3.2遗传信息编码在DNA分子上课件-2023-2024学年高一下学期生物浙科版（2019）必修2

孟德尔: 发表遗传定律相关论文 萨顿假说： 遗传因子在染色体上 摩尔根: 果蝇杂交实验： 基因在染色体上 “生命的基本特征就是能够储存和传递信息，亦即遗传密码能够代代相传。基因是活细胞的关键组成部分，要懂得什么是生命，就必须知道基因是如何发挥作用的。” ——薛定谔《生命是什么？》 格里菲思: 肺炎双球菌转化实验 艾弗里: 肺炎双球菌体外转化实验 1952年 赫尔希和蔡斯：噬菌体侵染实验 1866年 1903年 1910年 1928年 1944年 第二节 遗传信息编码在DNA分子上 1869年 米歇尔 F · Miescher 1844-1895 （1）研究伤口脓细胞时从白细胞的细胞核中 分离出一种他称为“核素”（Nuclein，现 称核酸）的化学物质。 （2）生殖细胞富含核酸，核酸在各种细胞中广泛存在。 （3）细胞分裂前核酸含量会显著增加。 米歇尔： 首先发现核酸 1869年 米歇尔： 首先发现核酸 科塞尔 A · Kossel 1853-1927 1901年 （1）1885至1901年间： （2）Kossel和他的学生经水解和化学分析确认发现 核酸含有戊糖、磷酸、嘌呤和嘧啶 。 （3）腺嘌呤：Adenine；鸟嘌呤：Guanine （3）胞嘧啶：Cytosine；胸腺嘧啶：Thymine；尿嘧啶：Uracil 科塞尔： 核酸含有嘌呤 和嘧啶 科塞尔： 1910年诺贝尔 生理学与医学奖 1869年 米歇尔： 首先发现核酸 1901年 科塞尔： 核酸含有嘌呤 和嘧啶 莱文 P.A.Levene 1869-1940 1934年 1920年： 莱文发现两种不同的核酸，即：DNA和RNA。 1934年： 莱文发现核酸可被分解成含有一个嘌呤/嘧啶、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段,这样的组合称为“核苷酸”。 莱文： 核酸的基本构成单位是核苷酸 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 脱氧核苷酸 脱氧核苷酸=1个含氮碱基＋1个脱氧核糖＋1个磷酸基团 含氮碱基 脱氧核糖 P O 脱氧核苷 脱氧核苷 【模型建构1】基本单位： DNA由4种脱氧核糖核苷酸构成 腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T） 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 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 腺嘌呤脱氧核苷酸 脱氧核苷酸的种类 命名： 碱基名称＋脱氧核苷酸 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 磷酸二酯键 5'端 3'端 材料2：当时科学界对DNA的认识：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。 G P A P T P 连接方式：一个脱氧核苷酸的磷酸基团与另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖的3号碳原子相连。形成的化学键称为磷酸二酯键 【模型建构2】一条脱氧核苷酸链 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 1950年初，威尔金斯、富兰克林用改进的技术获得了较好的DNA衍射图像，并指出DNA双链的同轴排列模式，还发现碱基在螺旋结构的内侧，磷酸基团在外侧 【模型建构3】DNA双链 假设模型 疏水 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 1951年，奥地利生物化学家卡伽夫对各种不同来源的DNA碱基成分进行了精密的分析 瑞典的科学家证明DNA是不对称的，并且发现DNA分子两条链的距离是固定的。 A:G T:C A:T G:C 嘌呤：嘧啶 牛 1.29 1.43 1.04 1.00 1.1 人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.0 小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99 酵母 1.67 1.92 1.03 1.20 1.0 母鸡 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99 沙雷氏菌 0.7 0.7 0.95 0.86 0.9 鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02 不同生物DNA 4种碱基比例关系 DNA 的碱基组成有什么规律？ （1）腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的物质的量大致相同； 鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的物质的量大致相同。 （2）不同生物DNA分子嘌呤与嘧啶的物质的量大致相同。 即A+G=T+C 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 P 4 1 3 5 2 o P 4 1 3 5 2 0 P P 【模型建构3】DNA双链 P 4 1 3 5 2 o P 4 1 3 5 2 0 P P P 4 1 3 5 2 o P 4 1 3 5 2 0 P P 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 DNA中碱基A与T以2个氢键相连，G与C以3个氢键相连。 （碱基互补配对原则） 古伦德1948年提出了碱基间以氢键相连。 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 P P P P P P P P A T C G T A G C 磷酸二酯键 氢键 5'端 3'端 3'端 5'端 游离 游离 【模型建构3】DNA双链 平面结构 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 【模型建构4】DNA双螺旋结构 空间结构 1953年沃森和克里克搭建了DNA双螺旋结构模型，并将撰写的《核酸的分子结构》论文发表在英国《自然》杂志上。 资料4： 1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供了DNA的X射线衍射图谱。沃森和克里克见到了X射线衍射照片后敏锐地意识到DNA分子很可能是双链螺旋结构。 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 DNA双螺旋结构模型的主要特点：P57-58 (1)DNA的两条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。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。 5'端 3'端 5'端 3'端 DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端，两条单链走向相反。 G A G G C C C T A T C C T G G A G O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 G A G G C C C T A T C C T G G A 5' 3' 5' 3' (2)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规律：A与T通过2个氢键相连，G与C通过3个氢键相连。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。 G DNA结构模式图 (3)在DNA分子中，A=T，G=C，但A+T不一定等于G+C，这就是DNA中碱基含量的卡伽夫法则 (1)DNA的两条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。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。 DNA双螺旋结构模型的主要特点：P57-58 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 归纳：DNA分子结构的“五、四、三、二、一” 五种元素： 四种碱基： 三种物质： 两条长链： 一种螺旋： C、H、O、N、P A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸 磷酸基团、脱氧核糖、含氮碱基 两条反向平行的脱氧核苷酸链 规则的双螺旋结构 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 ①、一个磷酸连接几个脱氧核糖 ： 一个或两个 ②、一个脱氧核糖连接几个磷酸： 一个或两个 ③、碱基互补配对的原则 ： A与T配对；C与G配对 ④、分子中碱基的数目关系： A＝T；C ＝ G； 嘌呤＝嘧啶 ⑤、连接碱基对的化学键： 氢键。A与T由2个氢键相连；C与G由3个氢键相连。 3’ 3’ 5’ 5’ 拓展： 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 ⑥、稳定性与碱基之间的关系： DNA分子中C和G的比例越高，稳定性越强。 ⑦、分子中链的数目及特点： 两条反向平行的脱氧核苷酸长链 ⑧、DNA分子中连接相邻碱基的结构： 氢键或脱氧核糖▬磷酸基团▬脱氧核糖 ⑨、DNA分子中游离的磷酸基团数目： 2个 3’ 3’ 5’ 5’ ⑩、基本骨架： 由磷酸基团和脱氧核糖交替连接而成 ⑪ 、DNA分子简图： T G T A C A G C G C G A C A T G T C G C G C 3’ 3’ 5’ 5’ 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 活动：制作DNA双螺旋结构模型 1.原理 2.材料用具 3.方法步骤 DNA分子双螺旋结构的主要特点。 用不同颜色的卡纸剪成长方形代表碱基，用其他颜色的卡纸剪成圆形代表磷酸，另一种颜色的卡纸剪成五边形，代表脱氧核糖 。 将代表不同化合物的物体连接、组装在一起。 （3种形状、4种大小、6种颜色） 现有磷酸基团80个、A40个、T15个、C30个、G20个以及其他“连接物”若干。利用上述材料构建制作一个DNA分子模型。 （1）该DNA共有多少碱基对？A:T:C:G的比例是多少？ （2）制作该模型一共需要消耗多少个“连接物”？ 连接物1（脱氧核苷酸内部的共价键）=脱氧核苷酸数×2 连接物2（磷酸二酯键）=（单链中脱氧核苷酸数-1）×2 =脱氧核苷酸数-2 连接物3（氢键）=“A-T”对数×2+“C-G”对数×3 3:3:4:4 298 三、碱基排列顺序编码了遗传信息 （1）多样性 DNA分子中各种碱基数目不同，排列方式也不同； 例：脱氧核苷酸有四种，n个碱基对的排列顺序是 种。 4n （2）特异性 每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序。核苷酸的不同序列形成了生物独特的遗传信息。 ※两种生物的亲缘关系越近，它们细胞内的核苷酸序列也越相似 1、DNA分子的特性 大猩猩的鸟氨酸脱羧酶抗酶 3 基因序列 1 gttgcctaaa cctctgccac ccacctgtga acttcacttt gccacaggga ggcactgaac 61 tgaaaaactg ccttgtaaga ggtgtcgccc ctctgtccac tccctttctt atatcaagag 121 gggaaaaaca cgtaactacc tctacccgat ctggtcacca tacgcctatt acctttactg 181 ttacaagtac cggatcaccc tccgggagaa gatgctgcct cgttgttata aaagcatcac 241 ttataaggaa gaggaggact tgacactcca gccccgttcc tgcctccagt gctcctgagt 301 ccctagtagg cctccaggag ggcaaaagca ccgagcaggg taaccacgac cagcttaaag 361 aactgtattc ggctgggaac ttgacggtgc tggctactga ccccctgctc caccaggacc 421 cagtacagtt agactttcac ttctgcctta cctcccagac ctctgcccat tggcatggcc 481 ttctctgtga ccgtcgactc ttcctggata tcccatatca ggccttggat caaggcaact 541 gggaaagttt gaccgcaacc ctggagtacg tggaagagaa gacaaatgtg gactctgtgt 601 ttgtgaactt ccagaatgat cggaacgaca gaggtgccct gctgcgggcc ttcagctaca 661 tgggctttga ggtggtcaga ccaggtcacc ctgccctccc tcccttggac aatgtcatct 721 ttatggtgta tccccttgaa agggatgttg gccacctgcc cagtgagcct ccttgaacat 781 gcttattcca acactttgag gggctggaag ccttgacaca tggaatcagg ggcctgggat 841 gtgattcagg acactttcca tcctaggaat aaagggtagt gcaatcatca a //// 三、碱基排列顺序编码了遗传信息 重点结论：C、G的比例越高，双螺旋结构越稳定，热稳定性越强。 （3）稳定性 ①DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变。 ②两条链间碱基互补配对的方式不变。 三、碱基排列顺序编码了遗传信息 1.科学家可以判断各种生物在进化中的亲缘关系 2.医生可以对两个人的血缘关系做出参考性的结论 3.警察可以对案件中人物的身份进行鉴定 2、研究DNA中核苷酸序列的意义 DNA指纹技术 下图中怀疑对象中，谁最可能是嫌疑犯？ 2、由120个碱基组成的DNA分子片段，可因其碱基对组成和序列的不同而携 带不同的遗传信息，其种类数最多可达 （ ） A、4120 B、1204 C、460 D、604 C 四、碱基互补配对原则及其推论 (1)双链DNA分子中 A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝50%； (A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝1 规律一：DNA分子中任意非互补碱基之和相等，且占DNA碱基总数的50%。 T A G C A T C G A＝T，G＝C； A＋G＝T＋C；(A＋G)/(T＋C)＝1， 即：嘌呤总数＝嘧啶总数； A+T G+C A2+T2 G2+C2 A1+T1 G1+C1 = = = n n n A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 例：若DNA的一个单链中，A1+T1/G1+C1=n，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 规律二：在DNA双链中，双链和单链中互补碱基和之比相等 A+T G+C A1+T1 G1+C1 A2 +T2 G2 +C2 = = = n 若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 0.4 0.4 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 规律三：在DNA双链中，非互补碱基之和的比值在两条单链中互为倒数。 互为倒数 例：在DNA的一个单链中，A1+G1/T1+C1=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 2.5 ; 1 A1+C1 T1+G1 A2+C2 T2+G2 与 的关系是 。 1 n A2+G2 T2+C2 = T1+C1 = n A1+G1 四、碱基互补配对原则及其应用 思考：什么关系？ A+T A+T+G+C A1 +T1 A1+T1+G1+C1 A2+T2 A2+T2+G2+C2 规律四：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。 A 1 T 2 T 1 A2 G 1 C 2 C 1 G 2 DNA双链 A1+T1= A2+T2 = 1/2（A+T） G1+C1= G2+C2 = 1/2（G+C） A+T A+T+G+C A1 +T1 A1+T1+G1+C1 A2+T2 A2+T2+G2+C2 = = A 1 T 2 T 1 A2 G 1 C 2 C 1 G 2 DNA双链 例4：某双链DNA分子中，A占整个DNA碱基总数的27%，其中一条链上A占该链碱基总数的22%。求另一条链上A占其所在链碱基总数的百分含量。 规律五：一种碱基在DNA双链中所占的比例等于这种碱基在每条单链中所占的比例之和的一半 32% 34 19班，（6月1日）17（6月2日） A C G T A C G U DNA和RNA的区别 DNA和RNA的区别 人体细胞有 种核酸， 种核苷酸， 种含氮碱基 人的遗传物质中有 种核酸， 种核苷酸， 种含氮碱基 2 8 5 1 4 4 DNA和RNA的区别 DNA RNA 组成元素 化学组成 基本单位 化学结构 空间结构 C、H、O、N、P C、H、O、N、P 磷酸基团、脱氧核糖、含氮碱基（A、C、G、T） 磷酸基团、核糖、含氮碱基（A、C、G、U） 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 脱氧核苷酸链 核糖核苷酸链 规则的双螺旋结构（双链） 单链 一、双螺旋结构揭示了DNA分子的结构 １ ２ ３ ４ A G C T 1、下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。 ５ ６ ７ ８ ９ 10 胞嘧啶（C） 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 脱氧核糖 磷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸链的片段 １、 ２、 ３、 ４、 ５、 ６、 ７、 ８、 ９、 10、 当堂小练习 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、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% 5.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 6: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 ( ) Ａ、26%　　Ｂ、24% 　Ｃ、14% Ｄ、11%　 A 当在一单链中,如果(A+T)/(G+C)= n 时,求: $$