高中生物：3《基因的本质 》 课件（新人教版必修2）.ppt

新课标人教版课件系列 高中生物 必修2 第三章 基因的本质 教学目标 1 通过 肺炎双球菌的转化实验 和 噬菌体侵染细菌的实验 理解dna是主要的遗传物质 2 通过引导学生设计实验并分析实验结果 培学生的思维能 概述dna分子结构的主要特点 注重科学史的认识 体会科学家的科学探究精神 概述dna分子的复制 理解水平 情感目标分析经典实验 让学生领悟科学探究思维 说明基因与遗传信息的关系 理解 第一节 dna是主要的遗传物质 第三章 基因的本质 科学家们通过分析发现 染色体中含有dna和蛋白质两种成分 生物体的遗传物质是dna还是蛋白质呢 对遗传物质的早期推测 20世纪二三十年代人们对蛋白质和dna的认识水平如何 当时认为遗传物质是哪种物质 为什么会有这样的观点 实验材料 两种肺炎双球菌 r型菌粗糙 无荚膜 无毒 s型菌光滑 有荚膜 有毒 可致死 一 格里菲思的肺炎双球菌转化实验 请同学们阅读教材p43 并思考以下问题 肺炎双球菌的转化实验分哪几个步骤 各看到哪些现象 第四组的实验结果说明了什么 小鼠死亡 小鼠正常 小鼠正常 小鼠死亡 肺炎双球菌的转化实验过程 1 2 3 4 为什么第四组实验将r型活细菌和加热杀死后的s型细菌混合后注射到小鼠体内 导致小鼠死亡 思考 细菌发生转化 性状的转化可以遗传 s型活菌 s型活菌 s型加热 r型活菌 混合 后代 转化 r型活菌 r型活菌 已经被加热杀死的s型细菌中 必然含有某种促成这一转化的活性物质 转化因子 格里菲思实验的结论是什么 在杀死的s型细菌中含有哪些物质 但究竟哪一个才是转化因子呢 在证明dna还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么 必须将蛋白质 其他物质与dna分开 单独 直接地观察它们的作用 才能确定究竟谁是遗传物质 提出问题 实验方案 2 分别与r型细菌混合培养 观察其后代是否有s型细菌出现 1 从活的s型细菌中分离 提取出各种成分 dna 蛋白质和多糖等物质 dna 蛋白质和其他物质谁是遗传物质 作出假设 实施方案验证预测 预期效果 dna是遗传物质 只有加入s型菌的dna才能使r型菌转变成s型菌 分析结论 实验材料 两种类型的肺炎双球菌 r型和s型 r型细菌 二 艾弗里确定转化因子的实验 r型细菌 只长r型菌 只长r型菌 r型细菌 dna是使r型细菌产生稳定遗传变化的物质 dna是转化因子 以上转化实验表明 dna是遗传物质 实验结论 1 噬菌体的结构模式图 t2噬菌体的遗传物质究竟是蛋白质还是dna 三 噬菌体侵染细菌的实验 t2噬菌体中60 是蛋白质 40 是dna 蛋白质外壳 dna 1952年赫尔希和蔡斯设计了一个巧妙实验 用放射性同位素标记和测试 同位素标记法 蛋白质的组成元素 dna的组成元素 c h o n s c h o n p 标记32p 标记35s 标记噬菌体方法 在分别含有放射性同位素32p和35s的培养基中培养细菌 分别用上述细菌培养t2噬菌体 制备含32p的噬菌体和含35s的噬菌体 实验过程及结果 第一组实验 第二组实验 亲代噬菌体 35s标记蛋白质 32p标记dna 寄主细胞内 无35s标记蛋白质 无32p标记dna 子代噬菌体 外壳蛋白质无35s dna有32p标记 实验结论 dna分子具有连续性 是遗传物质 思考与讨论 噬菌体侵染细菌包括哪几个过程 噬菌体侵染细菌的动态过程 侵入别的细菌 侵入 合成 吸附 组装 释放 在噬菌体中 亲代和子代之间具有连续性的物质是dna 而不是蛋白质 也就是说 子代噬菌体的各种性状是通过亲代的dna遗传给后代的 因此dna才是真正的遗传物质 噬菌体侵染细菌的实验表明 目前 已有充分的科学研究资料证明 绝大多数生物都是以dna作为遗传物质的 dna 主要的遗传物质 dna是唯一的遗传物质吗 遗传物质的类型 分析 烟草花叶病毒重建实验 实验证明 烟草花叶病毒 tmv 的遗传物质是rna 思考 dna或rna dna dna 2 烟草的遗传物质是什么 dna 1 动物和人体的遗传物质是什么 3 细菌的遗传物质是什么 4 一切生物的遗传物质是什么 5 病毒的遗传物质是什么 核酸 生物体遗传物质总结归纳 1 有细胞结构的生物 原核生物 真核生物 dna 2 无细胞结构的生物 即病毒 dna或rna 核酸是一切生物的遗传物质 核酸包括脱氧核糖核酸 dna 和核糖核酸 rna 绝大多数生物都是以dna作为遗传物质的 因此dna是主要的遗传物质 总括 例 病毒的遗传物质是 人的遗传物质是 a dnab rnac dna和rnad dna或rna d a 1 注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是 a r型肺炎双球菌b 加热杀死后的r型肺炎双球菌c 加热杀死后的s型肺炎双球菌d 加热杀死后的s型肺炎双球菌与r型细菌混合 d 练习 2 格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌的转化实验 证实了 dna是遗传物质 rna是遗传物质 dna是主要的遗传物质 蛋白质不是遗传物质 糖类不是遗传物质 dna能产生可遗传的变异a b c d a 3 噬菌体侵染细菌的实验证明了 a dna是主要的遗传物质b dna和蛋白质是遗传物质c dna是遗传物质d rna是遗传物质 c 5 一切生物的遗传物质是 a 核酸b dnac rnad 蛋白质 4 噬菌体在细菌体中合成自己的蛋白质需要 a 噬菌体的dna和氨基酸b 噬菌体的dna和细菌的氨基酸c 细菌的dna和氨基酸d 细菌的dna和噬菌体的氨基酸 b a 课后思考题 作为遗传物质 该具备那些特点 小资料 t2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒 t2噬菌体侵染细菌后 就会在自身遗传物质的作用下 利用细菌体内的物质来合成自身的组成成分 从而进行大量的繁殖 第二节 dna分子的结构 第三章 基因的本质 一 对dna分子双螺旋结构的发现和认识过程 1 19世纪50年代科学界认识到dna的化学组成 dna的基本组成元素有哪些 c h o n p dna的基本组成单位是什么 由哪几种物质组成 脱氧核苷酸 含氮碱基 脱氧核糖 磷酸 含氮碱基 a 腺嘌呤 t 胸腺嘧啶 g 鸟嘌呤 c 胞嘧啶 2 1951年威尔金斯展示了dna的x射线的衍射图谱 并且获得相关其数据 3 沃森和克里克提出dna双螺旋结构的初步构想 4 1952年查哥夫指出 腺嘌呤 a 的量总是等于胸腺嘧啶 t 的量 a t 鸟嘌呤 g 的量总是等于胞嘧啶 c 的量 g c 5 1953年沃森和克里克发表论文 核酸的分子结构模型 脱氧核糖核酸的一个结构模型 讨论a 上述资料中涉及到那些学科的知识和方法 这对你理解生物科学的发展有什么启示 思考与讨论 主要涉及了物理学 主要是晶体学 生物化学 数学和分子生物学等学科的知识 涉及的方法主要有 x射线衍射结构分析方法 其中包括数学计算法 构建模型的方法等等 现代科学技术中许多成果的取得都是多学科交叉运用的结果 反过来 多学科交叉的运用 又会促进学科的发展 诞生新的边缘学科 如生物化学 生物物理学等 要善于利用他人的研究成果和经验 要善于与他人交流和沟通 闪光的思想是在交流与撞击中获得的 研究小组成员在知识背景上最好是互补的 对所从事的研究要有兴趣和激情等 讨论b 沃森和克里克默契配合 发现dna双螺旋结构的过程 作为科学家合作的研究的典范 在科学界传为佳话 他们的这种工作方式给予你那些启示 二 dna的空间结构 以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的dna照片 从图上可辨认出dna是由两条链交缠在一起的螺旋结构 dna的结构模式图 从图中可见dna具有规则的双螺旋空间结构 放大 dna空间结构 a a a t t t g g g g c c c a t c 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 1 dna的化学组成 脱氧核糖 含氮碱基 磷酸 脱氧核苷 脱氧核苷酸 dna的基本单位 脱氧核苷酸 脱氧核糖 含氮碱基 磷酸 a g c t 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 1 dna的化学组成 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 脱氧核苷酸的种类 腺嘌呤脱氧核苷酸 四种脱氧核苷酸聚合形成多核苷酸链 磷酸二酯键 2 dna分子的平面结构 氢键 dna分子是如何维系它的结构稳定性 碱基对之间的氢键维系两条链的偶联 碱基对之间的相互作用力 3 dna的双螺旋结构 构成方式 位置 双螺旋外侧 双螺旋内侧 碱基对 主链 骨架 1 脱氧核糖与磷酸交替排列 2 两条主链呈反向平行 3 盘绕成规则的双螺旋 1 主链上对应碱基以氢键连结成对 2 碱基互补配对 a t g c 4 dna多样性和特异性 1 多样性 同学们尝试两个符号牌的排列方式 这两个符号牌可以写出相同符号a或b 又可以写成a和b 它们由左向右的书写类型有多少种 四种 aa bb ab ba 在生物体内 一个最短dna分子也大约有4000个碱基对 碱基对有 a t t a g c c g 请同学们计算dna分子有多少种 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 5 碱基互补配对原则应用 设dna一条链为1链 互补链为2链 根据碱基互补配对原则可知 a1 t2 a2 t1 g1 c2 g2 c1 则在dna双链中 a t g c 可引申为 嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数a g t c即a g t c 1 双链dna分子中a t g c等于其中任何一条链的a t g c 例题1 某双链dna分子中 g占23 求a占多少 解析 因为dna分子中 a g t c 所以 a 50 23 27 双链dna分子中 互补的两条链中a g t c互为倒数 例题2 在dna的一个单链中 a g t c 0 4 上述比例在其互补链和整个dna分子中分别是多少 2 51 双链dna分子中 a t占整个dna分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中a t占该链碱基总数的百分比 其中任何一条链a t是整个dna分子a t的一半 例题3 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 24 a t 54 g c 46 例题4 在含有四种碱基的dna区段中 有腺嘌呤a个 占该区段全部碱基的比例为b 则 b 0 5b b 0 5c 胞嘧啶为a 1 2 b d 胞嘧啶为b 1 2 a c 例题5 分析一个dna分子时 发现30 的脱氧核苷酸含有a 由此可知 该分子中一条链上g含量的最大值可占此链碱基总数的多少 40 例题6 某dna分子中a t占整个dna分子碱基总数的34 其中一条链上的c占该链碱基总数的28 那么 对应的另一条互补链上的c占该链碱基总数的比例是多少 38 化学组成单位 双螺旋结构 基本单位 脱氧核苷酸 种类 四种 主要特点 碱基互补配对原则 dna分子的多样性 特异性和稳定性 由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成 外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 碱基排列在内侧 dna分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对 碱基4种 碱基对2种 排列顺序不同 dna的结构 dna双螺旋结构的构建 小结 1 某双链dna分子的碱基中 鸟嘌呤占30 则胸腺嘧啶为 2 一个dna分子的碱基中 腺嘌呤占20 那么在含有100个碱基对的dna分子中 胞嘧啶应是 3 dna分子的一条单链中 a 20 t 22 求整个dna分子中g 20 60个 29 练习 4 已知在dna分子中的一条单链 a g t c m时 求 1 在另一互补链中这一比例是多少 1 m 2 这个比例关系在整个分子中又是多少 1 3 在另一互补链中这一比例是多少 n 4 这个比例在整个dna分子中又是多少 n 当在一单链中 如果 a t g c n时 求 5 从某生物组织中提取dna进行分析 其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46 又知dna的一条链 h链 所含的碱基中28 是腺嘌呤 问与h链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的 26 24 14 11 a 基础知识简答 1 沃森和克里克于年提出了著名的模型 为合理地解释遗传物质的奠定了基础 2 dna又称 组成它的基本单位是 由一分子 一分子 一分子组成 组成dna的碱基共有种 符号表示为 脱氧核苷共有种 名称是 1953 dna双螺旋 各种功能 脱氧核糖核酸 脱氧核苷酸 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 4 atgc 4 胞嘧啶脱氧核苷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 3 下图是dna分子结构模式图 用文字填出1 10的名称 胞嘧啶 c 腺嘌呤 a 鸟嘌呤 g 胸腺嘧啶 t 脱氧核糖 磷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸链的片段 第三节 dna的复制 第三章 基因的本质 复习 1 dna分子具有特殊的空间结构 也就是具有规则的 结构 2 与 交替连接构成dna分子的基本骨架 3 碱基互补配对原则 a与 g与 两条链上的碱基通过 连接 双螺旋 t c 氢键 脱氧核糖 磷酸 北京奥运会会徽 中国印舞动的北京 怎样将这枚会徽复制成两个完全一样的印章 问题探讨 一 对dna分子复制的推测 1 保留型复制 新复制出的分子直接形成 完全没有旧的部分 3 分散型复制 复制的两个分子同时含有的和新的部分 但其分配是随机组合的 2 半保留型复制 以双链dna的每一条链作为模板进行复制 因此形成的分子一半新 一半旧 沃森和克里克 dna分子到底是以什么方式进行复制的 我们如何判断dna的复制是半保留的还是全保留的 1958年 科学家运用同位素标记法进行实验 证实了dna以半保留的方式复制 重带 中带 轻带 中带 亲代dna 第一代dna 第二代dna 亲代 第一代 第二代 第三代 第四代 1 任意两个不互补碱基之和 并为碱基总数的 2 场所 3 时期 4 条件5 复制过程 6 复制特点 7 复制的结果 8 复制的精确性 9 复制的生物学意义 三 dna分子复制的过程 1 2 3 4 阅读思考p54 dna分子结构主要特点 1 dna分子是有条链组成 盘旋成结构 2 交替连接 排列在外侧 构成基本骨架 排列在内侧 3 碱基通过连接成碱基对 并遵循原则 4 任意两个不互补碱基之和 并为碱基总数的 课堂小测 1 场所 2 时期 3 条件4 复制过程 5 复制特点 6 复制的结果 7 复制的精确性 8 复制的生物学意义 1 2 3 4 dna的复制 课堂小测 解旋酶催化 解旋 模板 在dna聚合酶的催化下 利用游离的脱氧核苷酸进行碱基配对 复制 以母链为模板进行碱基配对 母链 旧链 子链 新链 复制后的dna 同时进行 复制过程 规律1 亲代dna分子经n次复制后 所合成的dna分子中 dna分子数 含亲代母链的dna分子数 不含亲代母链的dna分子数依次为 2n 变通 亲代母链与子代dna链数之比为 含亲代母链的dna分子数与子代dna分子数之比为 2 2n 2 2 2n 四 dna复制有关计算规律总结 即1 2n 2 2n 2 规律2 含某碱基数为a的亲代dna分子经n次复制后 所需该游离的脱氧核苷酸数r是多少 r 2n 1 a 1 一个dna分子自我复制后形成两个dna分子 这两个新的dna分子 a 分别由两条母链和两条子链形成b 两条母链和两条子链随机结合而成c 分别由一条子链及一条母链结合而成d 一条子链与另一条子链的母链结合 c 评价反馈练习 2 下列关于dna复制过程中 正确顺序是 互补碱基对间氢键断裂 互补碱基对之间形成氢键 dna分子在解旋酶作用下解旋 以母链为模板进行碱基互补配对 子链与母链盘旋成双螺旋结构a b c d c 3 一个双链dna分子为第一代 经过3次自我复制 在第四代dna分子中 共有 条脱氧核苷酸长链 有 条第一代脱氧核苷酸的长链a 2b 4c 8d 16 d a 4 经15n标记的一个dna分子 放入14n的培养基中培养 经过4次复制后 子代中含15n的dna占 a1 16b1 8c1 4d1 2 b 5 某双链dna分子共含有碱基1400个 其中一条链上 a t c g 2 5 问该dna分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶的数目 a 300个b 400个c 600个d 1200个 c 6 图中一 二 三表示dna复制的过程 一表示 这一过程中 dna分子在 的作用下 两条扭成螺旋的长链开始 二表示 每条母链在一些 的作用下 链上的碱基按照 与周围环境中游离的 来配对 三表示 解旋 解旋酶 以母链为模板进行碱基配对 解开 dna聚合酶 碱基互补配对原则 脱氧核苷酸 形成两个新的dna分子 3 复制的条件 2 复制的过程 4 复制的特点 dna分子的复制 1 复制的概念 5 复制的意义 知识小结 一 对dna复制的推测 三 dna复制的过程 二 dna半保留复制的实验证据 g0 g1 g2三代dna离心后的试管分别是图中的 g0 g1 g2 a b d g2代在 三条带中dna数的比例是 图中 两条带中dna分子所含的同位素磷分别是 上述实验结果证明了dna的复制方式是 0 1 1 31p 31p和32p 半保留复制 8 以含有31p标志的大肠杆菌放入32p的培养液中 培养2代 离心结果如右 二 dna半保留复制的实验证据 自学思考以下问题 然后与小组同学交流1 大肠杆菌首先放在什么培养基中培养的 2 然后转移到什么培养基中培养的 3 如果是半保留复制的 离心后应该出现几条带 4 三条带离心后在试管中的分布如何 5 实验结论是什么 第四节 基因是有遗传效应的dna片段 第三章 基因的本质 想一想 基因 dna吗 基因和dna有什么关系呢 阅读课本p55 p56 资料分析 回答下列问题 1 从资料1你能得出什么结论 2 从资料2你能得出什么结论 3 从资料3你能得出什么结论 4 从资料4你能得出什么结论 5 综合以上4个资料 你能得出什么结论 大肠杆菌一个dna上含有多个基因 说明基因是一段dna 把海蛰的绿色荧光基因转入鼠的体内 鼠体内出现了以前没有的荧光 说明基因有遗传效应 人体中构成基因的碱基对组成较少 所占比例不超过全部碱基总数的2 这说明并不是随便一段dna就称为基因 基因是一段dna 但是一段dna不一定是基因 没有hmgic基因 就没有肥胖的表现 有hmgic基因就有肥胖表现 说明基因能控制生物的性状 基因是有遗传效应的dna片段 它是生物体遗传的功能单位和结构单位 1 dna分子数基因数 2 所有基因的碱基总数dna分子的碱基总数 小于 小于 填 大于 等于 或 小于 练习 探究 作为遗传物质一定要蕴含大量的遗传信息 dna是否足以储存大量的遗传信息 可形成 种基因 可形成 2种基因 可形成 10种基因 结论 dna中的碱基排列顺序储存大量的遗传信息 n种基因 碱基排列顺序的千变万化 构成dna分子的多样性 碱基的特定排列顺序 构成dna分子的特异性 dna分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的基础 如何理解dna分子的多样性 不同dna的碱基的个数不同 排列顺序不同 形成了不同的dna dna分子多样性是指 碱基排列顺序的千变万化 如何理解dna分子的特异性 每个特定的dna分子都是具有特定的碱基排列顺序 这种排列是其他dna没有的 可以理解为独有的 染色体 染色体 dna 基因 脱氧核苷酸之间的关系 每条染色体上有一个dna分子 染色体是dna的主要载体 主要的遗传物质 每个dna分子含有许多基因 基因是有