第19讲 DNA的结构、DNA的复制和基因的本质 -高考生物一轮复习课件（全国通用）

第19讲DNA的结构、DNA的复制和基因的本质一、DNA的结构1、DNA的结构特点2、碱基计算规律1、DNA的结构特点（1）DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。TACGGCATGCGCAT5´3´5´3´H碱基HHHOHHCH2磷酸基团1´2´3´4´5´DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5´端，另一端有一个羟基，称作3´-端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条链是从5´-端到3´-端的，另一条单链则是从3´-端到5´-端的。磷酸二酯键（2）DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：腺嘌呤(A)一定与胸腺嘧啶(T)配对（2个氢键）鸟嘌呤(G)一定与胞嘧啶(C)配对（3个氢键）碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。1、DNA的结构特点TACGGCATGCGCAT2、碱基计算规律①一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即“嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数”。②任意两个不互补碱基之和恒等且各占DNA总碱基数的50％，即A+G=T+C=A+C=T+G=50%1链2链A1T1C1G1T2A2G2C2A1=T2T1=A2C1=G2G1=C22、碱基计算规律1链2链A1T1C1G1T2A2G2C2……m……m2m③在双链DNA分子中，A＋T或C＋G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A＋T或C＋G所占的比例。推理：A1＝T2、T1＝A2，则A1＋T1＝A2＋T2，A＋T＝(A1＋T1)＋(A2＋T2)，A1+T1

mmA2+T2=2mA1+T1+A2+T2=2、碱基计算规律1链2链A1T1C1G1T2A2G2C2④非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1。推理：A1+G1=T2+C2，T1+C1=A2+G2，则A1+G1T1+C1A2+G2T2+C2=2、碱基计算规律1链2链A1T1C1G1T2A2G2C2⑤互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。推理：A1+T1=A2+T2,C1+G1=C2+G2

，则A1+T1

G1+C1G2+C2A2+T2=G+CA+T=2、碱基计算规律1链2链A1T1C1G1T2A2G2C2⑥某碱基在双链中所占的比例等于其在对应单链所占比例和的一半。若1链中碱基

A1所占的比例为A1m=a%A2m=b%若2链中碱基

A2

所占的比例为则碱基

A在双链中所占的比例为A2m=a+b2%A1+A22m=二、DNA的复制（一）对DNA复制的推测——提出问题和提出假说提出问题DNA是怎样复制的？提出假说DNA复制时，DNA双链螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。由于新合成的DNA分子都保留了原DNA分子中的一条链，因此，这种方式称作半保留复制。针对此假说有人提出了全保留复制等不同假说。全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA双链都是新合成的。半保留复制全保留复制（二）半保留复制的实验证据——假说验证和得出结论1、假说验证2、得出结论1、假说验证实验设计要证明DNA复制是半保留复制，就需要通过实验区分亲代与子代的DNA。1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了一个巧妙地实验。该实验通过密度梯度离心技术，可以将同位素标记的重量不同的DNA区分开来。1、假说验证实验设计实验设计如下科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌DNA几乎都是15N标记的。然后，将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养基中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将DNA离心，记录离心后试管中DNA的位置。1、假说验证演绎推理以半保留复制为前提，预测DNA在试管中的位置。细胞分裂一次15N/14N-DNA提取DNA,离心15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA如果DNA复制为半保留复制转移到含14NH4CI中密度低高提取DNA,离心提取DNA,离心第一代第二代第一代会出现的结果是第二代会出现的结果是15N/15N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA14N14N14N细胞再分裂一次1、假说验证演绎推理以全保留复制为前提，预测DNA在试管中的位置。细胞分裂一次提取DNA,离心15N/15N-DNA如果DNA复制为全保留复制转移到含14NH4CI中密度低高提取DNA,离心第一代第一代会出现的结果是15N/15N-DNA14N15N/15N-DNA14N/14N-DNA14N/14N-DNA15N/15N-DNA实验验证科学家进行了上述实验且结果符合半保留复制的演绎推理。2、得出结论DNA的复制是以半保留的方式进行的。（三）DNA复制的过程1、概念2、时期3、场所4、条件5、原则6、特点7、过程8、结果9、意义10、相关计算1、概念以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2、时期真核生物中，主要是有丝分裂前间期和减数第一次分裂前间期。3、场所真核生物主要在细胞核，线粒体和叶绿体中也能进行。原核生物主要发生在拟核。4、条件模板：DNA的两条链原料：4种游离的脱氧核苷酸酶：解旋酶、DNA聚合酶能量：ATP5、原则碱基互补配对原则（A-T、G-C）6、特点边解旋边复制半保留复制7、过程①解旋在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。解旋酶7、过程②合成子链然后DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。3´5´5´5´3´3´DNA聚合酶以母链为模板进行碱基互补配对7、过程③形成DNA随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。3´5´5´5´3´3´DNA聚合酶以母链为模板进行碱基互补配对8、结果复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中。DNA复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够精确进行。9、意义DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保持了遗传信息的连续性。10、相关计算亲代DNA复制n代后，DNA分子数为＿亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为______含亲代母链的DNA分子数为＿＿＿完全含亲代母链的DNA分子数为___不含亲代母链的DNA分子数为__________DNA链数的计算是在DNA分子个数的基础上乘2母链数一个亲代DNA分子只有2条链2n2个2n－202n-1三、基因通常是有遗传效应的DNA片段实例1实例3大肠杆菌DNA人的DNA实例2转基因实验基因是一个DNA片段基因可以控制某种性状基因具有遗传效应基因是具有遗传效应的DNA片段1、说明基因与DNA关系的实例1、说明基因与DNA关系的实例遗传效应是指可以复制、转录、翻译、指导蛋白质合成，从而控制生物性状的效应。2、DNA片段中的遗传信息研究表明，DNA能够储存足够量的遗传信息；遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性；DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。DNA上分布着许多个基因，基因通常是有遗传效应的DNA片段。有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒/HIV病毒)、流感病毒、烟草花叶病毒、2019-nCoV、SARS病毒等；对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。细胞分裂中染色体标记问题进行有丝分裂的细胞在细胞增殖过程中核DNA和染色体的标记情况分析DNA复制一次细胞分裂一次。如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。细胞分裂中染色体标记问题第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成；第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0~2n(以体细胞染色体数为2n为例)。细胞分裂中染色体标记问题进行减数分裂的细胞在分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析在进行减数分裂之前，DNA复制一次，减数分裂过程中细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。细胞分裂中染色体标记问题减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次，但DNA只复制一次，所以