5.DNA是主要的遗传物质课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

考点一　 DNA是主要的遗传物质 染色体的主要成分是__________________。 染色体 蛋白质 DNA DNA和蛋白质 【温故知新】 究竟谁是遗传物质？ 设法将DNA和蛋白质等物质分开，单独地、直接地去观察它们各自的作用。 设计思路： 2 光滑 粗糙 菌落: 由母细胞繁殖到一定程度形成的子细胞集团 细菌作实验材料的优点： 结构简单 繁殖快 易培养 实验过程 实验结果 实验结论 1.S型活细菌 小鼠 2.R型活细菌 小鼠 3.加热杀死的S菌 小鼠 死亡 存活 存活 S型活细菌 . R型活细菌 . 加热杀死的S菌 . 死亡 加热杀死的S型菌中含有某种“转化因子”，将部分R型活菌转化为S型活菌。这种性状的转化是可以遗传的。 探究一： 格里菲斯的肺炎链球菌转化实验 4. 加热杀死的S菌 R型活菌 小鼠 混合 有毒性 无毒性 无毒性 蛋白质 脂质 DNA S型细菌 多糖 +R型 R型 R型 实验结论：DNA是转化因子， ， R型 R型 +R型 +R型 +R型 DNA+DNA酶 R型 +R型 探究二： 艾弗里的肺炎链球菌转化实验 DNA是遗传物质 蛋白质等其他物质不是遗传物质。 R型 +R型 RNA +S 型（ ） 少量 转化率很低 a. 化学成分 DNA和蛋白质 （40%） （60%） b. 结构 核心： 外壳： c. 生活习性 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。 (脱离寄主，不能生存) 探究三： 赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验 含有的物质少 结构简单 繁殖快 DNA 蛋白质 生物类型： . 病毒 病毒作实验材料的优点： T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程： 吸附 注入 增殖 （ ） 组装 （ ） DNA 释放 DNA复制和蛋白质合成 蛋白质外壳留在外面 利用的原料是什么？是谁提供的？ 实验方法： 放射性同位素标记法 该实验中用　　　 　 分别标记蛋白质和DNA 35S、32P DNA 蛋白质 （C、H、O、N、P） （C、H、O、N、S） 思考：可以用14C和18O同位素对蛋白质和DNA作标记吗？ 标记 特征 元素 （ ） 注意顺序 思考：怎样用同位素分别对噬菌体的DNA和蛋白质做标记？ 01 用分别含有35S 和32P的培养基培养细菌； 02 用噬菌体分别侵染上述被标记的细菌； 活细胞 寄生 分析：离心 离心 分层 上清液 沉淀物 包括噬菌体和蛋白质外壳 大肠杆菌 （可能附着噬菌体、蛋白质外壳） 分析：搅拌的目的是什么？ 使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体、蛋白质外壳与大肠杆菌分离 搅拌不充分 35S标记的噬菌体及蛋白质外壳没有和大肠杆菌分离，而随之到了沉淀物中。 沉淀物有很低的放射性 上清液的放射性很高 沉淀物的放射性很低 上清液的放射性很低 沉淀物的放射性很高 培养液搅拌后离心 培养液搅拌后离心 混合培养 （保温） 混合培养 （保温） ? 【 问题探讨 】 (1) 用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,沉淀物有很低放射性的原因是什么? (2) 用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中含有少量放射性的原因是 什么? 可能由于搅拌不充分、离心不彻底（时间短、转速低）等,有少量 噬菌体和蛋白质外壳仍吸附在大肠杆菌表面,随细菌离心到沉淀物中。 第18讲　人类对遗传物质的探索过程 ①混合培养时间过短： ②混合培养时间过长： 部分噬菌体的DNA没来及注入大肠杆菌,离心后分布于上清液中。 部分大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体，离心后分布于上清液中。 11 在亲代噬菌体DNA的指导下,子代噬菌体与亲代噬菌体完全相同。实验结论：证明了　 才是真正的遗传物质。 很高 DNA 很低 很高 未检测到35S 检测到32P 很低 与其他实验相比，这一实验证明DNA是遗传物质更有 说服力。为什么？ 噬菌体侵染细菌实验， DNA和蛋白质完全分开。 蛋白质 RNA 分别感染正常烟草 患病 不患病 子代TMV 不能得到病毒 实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。 RNA 探究四： 烟草花叶病毒感染烟草实验 TMV TMV(烟草花叶病毒)与HRV(车前草病毒)的病毒重建实验 结论： 子代病毒的类型是由重建病毒的 决定的，与蛋白质无关，RNA病毒的遗传物质是 。 RNA RNA 在自然界中，具有细胞结构的真核生物和原核生物，细胞中含有DNA和RNA两种核酸，遗传物质都是DNA。病毒没有细胞结构，大多数仍是DNA病毒，少数是RNA病毒，如新冠病毒、流感病毒、SARS病毒、艾滋病病毒（HIV)和烟草花叶病毒。 最终结论： DNA是主要的遗传物质 细胞生物 （真核、原核） 非细胞生物 DNA病毒 RNA病毒 核酸 遗传物质 DNA和RNA DNA DNA RNA DNA RNA DNA是绝大多数生物的遗传物质 实验 肺炎链球菌体内转化实验 （格里菲斯 1928） 肺炎链球菌体外转化实验 （艾弗里等 1944） 噬菌体侵染细菌实验 （赫尔希和蔡斯 1952） 烟草花叶病毒实验、病毒重建实验 RNA是RNA病毒的遗传物质 DNA是遗传物质 “转化因子”是DNA DNA是遗传物质 存在“转化因子” 结论 最终结论：DNA是主要的遗传物质 小结： 考点二　 DNA的结构 组成元素是：____________________。 1、DNA的组成单位是：______________。 脱氧核苷酸 C、H、O、N、P 一、DNA分子的组成 磷酸 含Ｎ碱基 脱氧 核糖 C、H、O N P 组成物质是：________________________________。 磷酸、 脱氧核糖、 含N碱基 DNA初步水解产物是: 脱氧核苷酸 DNA彻底水解产物是: 磷酸、脱氧核糖、含N碱基 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ A G C T 腺嘌呤脱氧核苷酸 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 2、脱氧核苷酸的种类( 种) 4 3、许多脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链 磷酸二酯键 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 5’ A T G C 1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型，因此获得了诺贝尔生理学或医学奖。 克里克 沃森 A A A T T T G G G G C C C A T C 二、DNA分子双螺旋结构的主要特点 （1）DNA分子由 条链按照 的 方式盘旋成 结构。 （2）DNA分子中的 和 交替 连接排列在 侧，构成基本骨架。 （3）碱基排列在内侧，通过 连接成 碱基对，并遵循 原则。 A一定与 配对，G一定与 配对 脱氧核糖 外 反向平行 两 双螺旋 氢键 T C 磷酸 碱基互补配对 A T G C 个氢键 个氢键 2 3 碱基对越多，DNA的结构就越稳定。 G-C 5′ 3′ 3’ 5’ 5′ 3′ 3’ 5’ 注意： (1)两条链之间的碱基通过 相连； 一条链的两个相邻碱基之间是通过 相连的。 (2) 双链DNA分子中的绝大多数磷酸基 团都与 个脱氧核糖相连，只有 端的磷酸基团游离。 所以，一个双链DNA分子有 个 游离的磷酸基团。 脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖 2 2 氢键 5’ 2、在不同DNA分子中哪些是保持不变的？ 这说明DNA具有什么结构特性？ 基本骨架 碱基对的排列顺序 1、不同DNA分子结构上的差异体现在哪里？ 这说明DNA具有哪些结构特性？ 碱基互补配对原则 规则的双螺旋 稳定性 多样性 特异性 A A A T T T G G G G C C C A T C 【 问题探讨 】 碱基对的排列顺序千变万化 在生物体内，最短DNA分子也大约有4000个碱基对，请同学们计算这些碱基对可能的排列顺序有多少种？ 4 种 4000 2、特异性： 特定碱基对的排列顺序 3、稳定性： 脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架不变； 碱基互补配对原则不变； 碱基对的长度和间距固定不变。 1、多样性： 碱基对的排列顺序代表遗传信息。碱基对的排列顺序千变万化，所以DNA能储存大量的遗传信息。 遗传信息： 三、DNA作为遗传物质的结构特性 （4 n指碱基对数） n 规律一: 双链DNA中: ∵A＝T、G＝C，∴A＋G＝ 或A＋C＝ ， 即两个不互补的碱基之和占碱基总数的 。 规律二: 若一条链中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝n，则互补链中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝ ， 双链DNA中(A＋G)/(T＋C)＝ 。 规律三: 若一条链中(A1＋T1)/(G1＋C1)＝m，则互补链中(A2＋T2)/(G2＋C2)＝ ， 双链DNA中(A＋T)/(G＋C)＝ 。 T＋C 50% T＋G 例、某双链DNA中，腺嘌呤占18%，则鸟嘌呤占 。 32% 1 两个不互补的碱基和之比在两条单链中互为倒数，在双链DNA中为1 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 1 n m 两个互补的碱基和之比在每一条单链中及双链DNA中均相等 （A+G）/（T+C）=1 不能反映种间差异性。 （A+T）/（C+G）不同生物一般不同，能反映种间差异性。 m 规律四: 若一条链中(A1＋T1)/(A1＋T1＋C1＋G1)＝n%， 则互补链(A2＋T2)/(A2＋T2＋C2＋G2)＝ , 双链DNA中(A＋T)/(A+T+G＋C)＝ 。 n% n% 在双链DNA中，A+T或G+C在全部碱基中所占的百分比 等于其任何一条单链中A+T或G+C所占的百分比。 例、某DNA一条链中A占28％，T占34％，则该DNA分子中C占 全部碱基的 。 19% 考点三　 DNA的复制 一、DNA半保留复制的实验证据 同位素标记法 技术手段： ——14N和15N（无放射性） 密度梯度离心法 ——含15N的DNA比含14N的DNA密度大 半保留复制图解： 15N/15N-重型DNA 子一代 子二代 亲 代 ① ② ③ 15N/14N-中型DNA 15N/14N-中型DNA 14N/14N-轻型DNA 二、DNA分子的复制 1、概念： 以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA分子的过程。 2、时间： 细胞分裂前的 . 3、场所： 主要在 （ ） 细胞核 间期 线粒体、叶绿体 原核生物（拟核、质粒） 31 DNA分子利用细胞提供的 ， 在 作用下，断开碱基对之 间的 ，螺旋的双链解开，这 个过程称为解旋。 ①解旋 ②合成子链 分别以解开的 模板， 在 等的催化下,利用 游离的四种 为原料， 按照 原则，各自 合成与母链互补的一条子链。 每条子链与对应的母链盘绕形成 结构，各自形成一个新的 DNA分子。 ③形成 子DNA 4、过程： 能量 解旋酶 氢键 两条母链 DNA聚合酶 脱氧核苷酸 碱基互补配对 双螺旋 解旋酶 DNA 聚合酶 32 5、条件 模板： 原料： 能量： 酶： 两条母链 游离的四种脱氧核苷酸 ATP 解旋酶、DNA聚合酶等 解旋酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 游离的脱氧核苷酸 5´ 5´ 3´ 3´ 新合成的子链 两条子链的延伸方向？ 5′ → 3′ DNA聚合酶 具有专一性 33 7、结果： 9、意义： 一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子 确保了 代代传递的连续性。 6、特点： 边解旋边复制 半保留复制 8、能够准确复制的原因： ①独特的________结构为复制提供了精确的模板； ②_______________原则保证了复制的精确进行。 双螺旋 碱基互补配对 遗传信息 多起点不同时复制 双向复制 半不连续性复制（P58） 34 【拓展延伸】DNA分子复制的方向分析 1．DNA两条子链的合成方向相反，具有双向复制的特点。 2．一般来讲，原核生物每个DNA只有一个复制起点；真核生物染色体 DNA有多个复制起点，这种复制方式提高了DNA复制的效率。 3．在复制速率相同的前提下，真核生物细胞的复制环大小不一，原因是 它们的复制起始时间有先后，图2中DNA是从其最右边开始复制的。 (1) DNA分子数 ①子代DNA分子数= 个。 ②子代中含亲代模板链的DNA分子数= 个。 占子代总DNA分子数的比例为 。 (2)链数 ①子代DNA链数= 条。 ②含有亲代DNA链 条。 占子代总DNA链数的比例为 。 DNA复制为半保留复制, 一个DNA分子复制n次,则: 2 2/2n 2 ① ② ③ 2n 2nX2 三、DNA复制相关的计算 2/(2nX2) (3)DNA复制消耗的某种脱氧核苷酸的原料数 注意亲代DNA分子的两条链被保留下来,不需要消耗原料。 一个DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制，则需要消耗该种脱氧核苷酸原料数为 个 m·(2n-1) ① ② ③ 例：一个DNA分子中含有1000个碱基对，其中有400个腺嘌呤。如果它 连续复制两次，消耗周围环境中游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 个。 1800 【易错警示】DNA复制计算问题的提醒 将含有15N的1个DNA分子放在含有14N的培养基中复制n次， (1)做题时看准是“含”, 还是“只含” 含14N的DNA分子有 个,只含14N的DNA分子有 个。 (2)做题时应看准是“DNA分子数”, 还是“链数” 子代DNA分子中, 总链数为 条。 模板链始终是 条。 2n (2n-2) 2n×2=2n+1 2 分裂间期 ①模板： ②原料： ③能量： ④酶： DNA的两条母链 游离的4种脱氧核苷酸 ATP 解旋酶(断开氢键)、DNA聚合酶(连接形成磷酸二酯键)等 ①DNA独特的双螺旋结构提供精确的模板 ①边解旋边复制 ②半保留复制 真核生物：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体 解旋 → 合成互补子链 → 形成子代DNA ②碱基互补配对原则 指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 保持了遗传信息的连续性 1个DNA分子 2个完全相同的DNA分子 DNA的复制小结 1、概念： 4、条件 5、复制过程： 6、复制特点： 7、复制的结果： 8、准确复制原因： 9、复制的生物学意义： 2、场所： 3、时期： $$