人教版高中生物必修二同步课件DNA的结构、复制与基因 课件

C=(m-2a)/2
子一代
子二代
第四节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼受精卵， 培育出转基因鲤鱼，与对照组相比，生长速度加快。
科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整 合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。 讨论： 1、为什么转基因鲤鱼生长更快？ 2、导入的外源基因是一个DNA分子，还是DNA-DNA
轻带 中带
二、DNA半保留复制的实验证据
实验验证：
大肠杆菌在含15NH4Cl 的 培养液中生长若干代
15N/15NDNA
转移到含14NH4Cl的 培养液中
提取DNA，离心
15N/15NDNA
第一代
15N/14NDNA
第二代
15N/14NDNA
14N/14NDNA
有14N的培养基中，则子一代、子二代的DNA分子平均相对分子质量分别
为15N=a 14N=b
15N/15 N 14N的培养基
14N/15 N
子一代： 两条14N链，两条15N链 平均分子量=(a+b)/2
子二代： 6条14N链，2条15N链 平均分子量=(a+3b)/4
四、相关计算
【例4】现有一个不带标记的果蝇体细胞，放在含32P培养基中培养，使其
密度梯度离心技术 1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔 （F.Stahl）以大肠杆菌为材料，利用15N和14N进行同位素标记，将亲 代DNA全部标记为15N，并将其放入14N的环境中培养。15N和14N是N 元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，因此， 利用密度梯度离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
14N/14NDNA
15N/14NDNA
细胞分裂1次 提取DNA，离心 细胞再分裂1次 提取DNA，离心
15N/14NDNA
14N/14N1D5NNA/14NDNA
三、DNA复制的过程
解旋 消耗ATP，破坏氢键，解旋酶解螺旋
↓
原料：游离的4中脱氧核苷酸
配对 原则：碱基互补配对原则 ↓ 模板：DNA的每一条母链
3条
2条
1.多样性 碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样 性，从而能够储存了大量的遗传信息。 2.特异性 每个DNA分子中的碱基对都有特定排列顺序，又构成 了每一个DNA分子的特异性。 3.稳定性 DNA分子中的脱氧核糖和磷酸基团交替连接的方式不 变，两条链之间碱基互补配对的方式不变。
假设有1个亲代DNA分子，
则14N的DNA单链有2条，
15N的DNA单链有14条，
共产生了8个DNA分子，
图1
图2
繁殖了3代
四、相关计算
【例7】将一个不含放射性标记的大肠杆菌（拟核DNA呈环状，共含有m
个碱基，其中有a个腺嘌呤）放在含有32p-胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中
培养一段时间， 检测到下图I、II两种类型的DNA（虚线表示含有放射性
的脱氧核苷酸链）。下列有关该实验的结果预测与分析，正确的是 C
A．DNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因分离定律
B．DNA第二次复制产生的子代DNA有1、II 两种类型，比例1 ：3 1:1
C．复制n次需要游离的胞嘧啶的数目是 (m/2-a)(2n-1) 每个DNA分子
D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n-2条 2n×2-2
24% A＋T=54% G+C=46%
A1 T2 T 1 A2
G1 C2 C1 G2
第三章 第3节 DNA的复制
思考:
生物亲子代之间是通过 遗传物质传递遗传信息的， 那么亲代的遗传物质如何 “多出一份”来传递给子代？
一、对DNA复制的推测
复制方式：半保留复制
提出者： 沃森和克里克 假说：①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；
，培养x分钟后提取子代大肠杆菌的DNA进行热变性处理，然后进行密度
梯度离心，离心管中出现的两个条带分别对应坐标图中的两个峰。 根 据 实
验结果推测x分钟内大肠杆菌细胞最多分裂 1 次 ,图2为培养24h的结果，
据图分析大肠杆菌增殖一代所需时间约为 8h 。 亲代→子一代→子二代
14N：15N=1:7
DNA的基本单位
4种脱氧核苷酸：
1分子脱氧核苷酸= 1分子脱氧核糖 + 1分子磷酸 + 1分子含氮碱基
DNA结构的一些关键信息
威尔金斯 富兰克林
→DNA衍射图谱
→螺旋结构
克里克 F. Crick 1916-2004
查哥夫 → A=T G=C
→脱氧核糖-磷酸骨架 排列在螺旋外部
含氮碱基排列在内侧 A与T配对， G与C配对
延伸 DNA聚合酶，形成磷酸二酯键
方向：5’→3’
↓
螺旋
复制叉
三、DNA复制的过程
DNA复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
复制泡
时间： 细胞分裂前的间期
场所： 真核生物→细胞核、线粒体、叶绿体
条件：模板→ 亲代的每一条母链
原料→细胞中游离的4种脱氧核苷酸
能量→ATP
酶→ 解旋酶、DNA聚合酶等
演绎推理：如果DNA是半保留复制，以15N的DNA为亲代DNA，放在14N
的环境中进行培养，复制后得到的子一代DNA和子二代DNA的组成是怎
样的?
亲代 DNA
15N15N
15N/15N-DNA
重带
子一代 DNA
15N14N
14N15N
15N/14N-DNA
中带
15N 14N 14N14N 14N14N 14N15N 子二代
第4次复制需要消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数：
四、相关计算
【例2】用15N标记一个含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个， 若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，
4次复制共需要消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数：
每个DNA分子中：C=60=G， A=T=(200-60×2)÷2=40 复制4次，新合成的DNA数=16-1=15 共需要T=15×40=600
练习与应用
一、√√ ①胞嘧啶C ②腺嘌呤A ③鸟嘌呤G ④胸腺嘧啶T ⑤脱氧核糖
⑥磷酸 ⑦脱氧核苷酸 ⑧碱基对 ⑨氢键 ⑩一条脱氧核苷酸链的片段 CC
A1 T2 G1 C2 T1 A2 C1 G2
1.双链中非互补碱基之和相等
A+G=T+C=50%
2.非互补碱基和之比，双链互为倒数
A1+G1 T1+C1
第三章 第2节 DNA的结构
科学家发明了一项以DNA为介质的数据 存储新技术(右图)。与现有的各类存储介质相 比，DNA能够储存更多的信息。DNA作为生 物的遗传物质，能够携带大量控制生物生长、 发育和繁殖的遗传信息，这是由DNA分子的 特定结构决定的。
DNA 存储器
结合所学知识，阅读教材P48-49回答下列问题： 1.DNA的基本单位是什么？ 2.DNA由几条链构成，具有怎样的立体结构？ 3.每条单链是如何由基本单位连接形成的？ 4.研究DNA结构常用的方法是？ 5.DNA结构的骨架是什么？碱基之间有什么样的关系？
新合成的子链全部为14N 含14N的DNA分子数：16
除含15N的2个以外只含14N的DNA分子数：16-2=14
子代DNA中脱氧核苷酸链数：24×2=32
含15N的脱氧核苷酸链数：2
15N14N的DNA分子
含14N的脱氧核苷酸链数：32-2=30 其余均为14N14N的
4次复制共需要消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数：
特点： 半保留复制、边解旋边复制、多起点双向复制（真核生物）
复制泡
复制方向
三、DNA复制的过程
DNA复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 时间： 细胞分裂前的间期 场所： 真核生物→细胞核、线粒体、叶绿体 条件：模板→ 亲代的每一条母链
原料→细胞中游离的4种脱氧核苷酸 能量→ATP 酶→ 解旋酶、DNA聚合酶等 特点： 半保留复制、边解旋边复制、多起点双向复制（真核生物） 精确复制的原因：DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，
=a
A2+G2 T2+C2
=1/a
3.互补碱基和之比，双链中相等，且互补
碱基之和，在单双链中占比相等
A+T G+C =
A1+T1 G1+C1
=
A2 +T2 G2 +C2
【例1】某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%， 其中一条链上G占该链碱基总数的22%。 求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。
②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据 碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上； ③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条 链，这种复制方式被称做半保留复制。
一、对DNA复制的推测
全保留复制： 亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。
二、DNA半保留复制的实验证据
密度梯度离心： 高密度介质氯化铯经高速离心后， 氯化铯会形成一个密度梯度。 当加入DNA分子后，经过离心， DNA会停留在与周围的氯化铯密 度相同的位置，通过观察DNA在 ： 氯化铯梯度中的位置就能区分含 15N的DNA和含14N的DNA。
二、DNA半保留复制的实验证据
进行两次分裂，产生四个子细胞。下列叙述中正确的是（ A ）
A．若四个子细胞中均含4条染色体，则一定有一半子细胞含有a基因
B．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因 1个
C．若四个子细胞中的核DNA均含15N，则每个子细胞均含8条染色体 4条
只复制了1次→减数分裂
复制了2次→有丝分裂
染色体→染色体上的DNA
子细胞染色体
复制前
一次分裂 复制
姐妹染色 单体分离
二次分裂 复制
×8 ×8
复制后
姐妹染色 单体分离
两种子染色体分配情况有 多种→子细胞有多种情况
四、相关计算
【例5】某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记，其中一
对同源染色体上有基因A和a，现给此精原细胞提供含14N的原料让其连续
通过碱基互补配对，保证复制能准确进行 意义： DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，
从而保持了遗传信息的连续性
四、相关计算
【例2】用15N标记一个含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个， 若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，
子代DNA分子数：24=16
仅亲代2条链含15N 含15N的DNA分子数：2
沃森 J. Watson
1928-
威尔金斯
DNA结构
5’
氢键
A
3’ （1）DNA分子是由两条 反向平行的脱氧核苷酸长
G T T G T
C
链盘旋成双螺旋结构
（2） DNA分子中的脱氧
A
核糖和磷酸交替连接，排
A
列在外侧，构成基本骨架；
C
）
3’
碱基在内侧。 （3）两条链上的碱基通过 5’氢键连结起来，形成碱基 对，且遵循碱基互补配对 原则。
D．若四个子细胞中有一半核DNA含15N，则每个子细胞均含4条染色体8条
减数分裂，复制一次分裂两次
×8 ×8
一次分裂 复制
姐妹染色 单体分离
二次分裂 复制
姐妹染色 单体分离
若为有丝分裂，每个子细胞中含有的被标记染色体数为：0-8条 四个子细胞中含有被标记染色体的子细胞个数为：2-4个
四、相关计算
【 例 6】研究人员将含14N—DNA的大肠杆菌转移到含15NH4Cl的培养液中
连续分裂两次，下列叙述正确的是（ A ）
A．第二次分裂中期，每个细胞的16条染色单体都被32P标记
B．第一次分裂后期，每条染色体的每条染色单体都有32P标记 无单体
C．第一次分裂中期，每条染色体每条脱氧核苷酸链都有32P标记 每条单体
D．第二次分裂后期，每个细胞共有16条脱氧核苷酸链被32P标记 16+8
第4次复制需要消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数：
第4次复制新合成的DNA数=24-23=8
第4次复制共需要T=8×40=320
15N14N的DNA分子 其余均为14N14N的
四、相关计算
【 例 3】假如某大肠杆菌的DNA分子用15N标记后其相对分子质量为a，用
14N标记后其相对分子质量为b。现将用15N标记后的大肠杆菌，培养在含
半保留复制： 新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
弥散复制： 亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的
两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。
二、DNA半保留复制的实验证据
如何区分开模版DNA的母链
与新合成的DNA子链？ 实验材料：大肠杆菌 实验方法：同位素标记技术
外源基因导入受体细胞后，
必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。
对照 转基因
分析基因与DNA的关系 【资料1】大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子(右图A),长度约为4.7×10个碱基 对，在DNA 分子上分布了大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为 1×103个碱基对。 【资料3】人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+X+Y)上DNA 的碱基序列。每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约含有31.6亿 个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。