DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制

第2節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制第一課時(shí)DNA的結(jié)構(gòu)情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)和制作的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)從平面到空間思維轉(zhuǎn)化能力。知識(shí)與技能1．概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。2．理解DNA分子復(fù)制的過(guò)程和意義。過(guò)程與方法1．通過(guò)DNA分子復(fù)制過(guò)程的學(xué)習(xí)，掌握同位素標(biāo)記法在生理學(xué)研究中的應(yīng)用。2．通過(guò)對(duì)DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決生物學(xué)中有關(guān)數(shù)理計(jì)算的問題。課堂導(dǎo)入通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們知道生物的遺傳物質(zhì)主要是DNA，細(xì)胞生物和部分病毒的遺傳物質(zhì)都是DNA。那么DNA究竟具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢？上圖是坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕像和雅典奧運(yùn)會(huì)中關(guān)于人類發(fā)現(xiàn)DNA的過(guò)程，這就是科學(xué)家模擬的DNA模型，下面就讓我們重溫科學(xué)家構(gòu)建DNA模型的研究歷程，分析DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。中關(guān)村DNA標(biāo)志雅典奧運(yùn)會(huì)開幕式經(jīng)典場(chǎng)景解開DNA結(jié)構(gòu)之謎1.20世紀(jì)30年代后期，瑞典的科學(xué)家們證明DNA是不對(duì)稱的。第二次世界大戰(zhàn)以后，科學(xué)家們用電子顯微鏡測(cè)定出DNA分子的直徑約為2nm。2.1951年，奧地利生物化學(xué)家查哥夫定量分析DNA分子的堿基組成，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量，鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量。3.1952年英國(guó)化學(xué)家富蘭克琳（R.E.Franklin）等采用X射線衍射技術(shù)拍攝到DNA結(jié)構(gòu)的照片，確認(rèn)DNA為螺旋結(jié)構(gòu)，并且是由不止一條鏈所構(gòu)成的。

4.1953年美國(guó)科學(xué)家沃森（J.D.Watson）（左）和英國(guó)科學(xué)家克里克（F.Crick）（右）提出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。探究一.DNA分子的結(jié)構(gòu)閱讀課本P59-P61邊做邊學(xué)相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合圖4－6和圖4－7，思考并小組討論下列問題：1.DNA分子的基本單位是什么？組成DNA分子的基本單位由哪幾種？它們有什么不同?

2.根據(jù)DNA分子基本單位的結(jié)構(gòu)推測(cè)DNA的元素組成由哪些？

3.DNA分子結(jié)構(gòu)具有哪些特點(diǎn)？1.DNA分子的基本單位一分子脫氧核苷酸由一分子脫氧核糖、一分子磷酸和一個(gè)含氮堿基組成，基本結(jié)構(gòu)如圖。脫氧核苷酸共有4種，不同脫氧核苷酸的堿基不同。含氮堿基磷酸脫氧核糖鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸

胸腺嘧啶脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸脫氧核苷酸的種類（4種）

DNA中文名稱為脫氧核糖核酸，其基本單位是脫氧核糖核苷酸，簡(jiǎn)稱脫氧核苷酸。2、元素組成脫氧核苷酸由脫氧核糖、磷酸和含氮堿基組成，脫氧核糖的元素組成為C、H、O，磷酸基團(tuán)中含有P元素，堿基中含有N元素，即DNA的元素組成為C、H、O、N、P。3、DNA分子的結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)脫氧核糖與磷酸交替連接構(gòu)成骨架堿基對(duì)氫鍵（1）DNA分子的平面結(jié)構(gòu)

組成DNA分子的堿基雖然只有4種，但是，堿基對(duì)的排列順序卻是千變?nèi)f化的。例如，一個(gè)DNA分子有4000個(gè)堿基對(duì)，這些堿基對(duì)可能的排列方式就有44000種。堿基對(duì)排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA分子的多樣性，而堿基對(duì)的特定的排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)DNA分子的特異性。（2）立體結(jié)構(gòu)沃森和克里克認(rèn)為：

①DNA分子的立體結(jié)構(gòu)是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，由兩條鏈組成，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；

②DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；③堿基排列在內(nèi)側(cè)；DNA分子兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)。④堿基互補(bǔ)配對(duì)原則：堿基配對(duì)有一定的規(guī)律：A一定與T配對(duì)；G一定與C配對(duì)。堿基之間的這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。A和T之間形成2個(gè)氫鍵，G和C之間形成3個(gè)氫鍵。堿基G與C配對(duì)，之間含有3個(gè)氫鍵，A與T配對(duì)，中間含有2個(gè)氫鍵，同樣長(zhǎng)度的DNA分子中，GC堿基對(duì)越多，氫鍵數(shù)目越多，DNA分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。5.DNA分子的結(jié)構(gòu)特性（1）多樣性堿基對(duì)的排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。（2）特異性堿基對(duì)的特定排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)DNA分子的特異性。（3）穩(wěn)定性具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。特別提醒(1)DNA結(jié)構(gòu)的“五、四、三、二、一”記憶五種元素：C、H、O、N、P；四種堿基：A、G、C、T，相應(yīng)的有四種脫氧核苷酸；三種物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基；二條長(zhǎng)鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈；一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)DNA分子徹底水解時(shí)得到的產(chǎn)物是脫氧核苷酸的基本組分，即脫氧核糖、磷酸、含氮堿基。1．如圖為DNA分子的平面結(jié)

構(gòu)，虛線表示堿基間的氫

鍵。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：活學(xué)活用(1)從主鏈上看，兩條單鏈____

平行；從堿基關(guān)系看，兩條單鏈_____________。(2)________和_____相間排列,構(gòu)成了DNA分子的基本骨架。(3)圖中有___種堿基，____種堿基對(duì)。反向堿基互補(bǔ)配對(duì)脫氧核糖磷酸44問題導(dǎo)析

(1)DNA分子兩條鏈按____平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)，在外側(cè)________和____交替連接，構(gòu)成基本骨架。反向脫氧核糖磷酸利用堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律的計(jì)算規(guī)律一：DNA雙鏈中的兩條互補(bǔ)鏈的堿基相等，任意兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和恒等，占?jí)A基總數(shù)的50%。即：A+G＝T+C＝A+C＝T+G＝50%，（A+G）/(T+C)＝(A+C)/(G+T)＝(T+C)/(A+G)＝1。規(guī)律二：在DNA雙鏈中的一條單鏈的（A+G）/(T+C)的值與另一條互補(bǔ)鏈的(T+C)/(A+G)的值互為倒數(shù)關(guān)系。規(guī)律三：DNA雙鏈中，一條單鏈的(A+T)/(G+C)的值與另一條互補(bǔ)鏈的(A+T)/(G+C)的值是相等的，也與整個(gè)DNA分子中的(A+T)/(G+C)的值相等。ATCGTAGCnm鞏固提高A+ＧT+Ｃ=am鏈：=an鏈：T+CA+G=1/aA+ＧT+Ｃn鏈：整個(gè)DNA：A+ＧT+Ｃ=1A+TG+Ｃ=bm鏈：n鏈：=bT+AC+G=bA+TG+Ｃn鏈：整個(gè)DNA：A+TG+Ｃ=b判斷正誤(1)DNA分子由四種脫氧核苷酸組成，這四種脫氧核苷酸含有的堿基是A、U、C、G。()(2)A—T堿基對(duì)和G—C堿基對(duì)具有相同的形狀和直徑，使DNA分子具有穩(wěn)定的直徑。()(3)DNA的兩條核糖核苷酸鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。()××√(4)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而成的。()(5)兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)。()(6)DNA上堿基對(duì)的形成遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，即A＝T，G＝C。()√√√D1.下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中，不正確的是(

)A．每個(gè)DNA分子中含有四種脫氧核苷酸B．DNA分子的兩條鏈反向平行C．DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連，且A與T配對(duì)，G與C配對(duì)D．每個(gè)脫氧核糖上均連接一個(gè)磷酸和一個(gè)含氮堿基2.下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中，錯(cuò)誤的是(

)A．每個(gè)雙鏈DNA分子含有四種脫氧核苷酸B．每個(gè)堿基分子上連接著一個(gè)磷酸和一個(gè)脫氧核酸C．每個(gè)DNA分子中堿基數(shù)＝磷酸數(shù)＝脫氧核糖數(shù)D．雙鏈DNA分子中的一段含有40個(gè)胞嘧啶，就一定會(huì)同時(shí)含有40個(gè)鳥嘌呤B3.下面對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的敘述中，錯(cuò)誤的是()A.DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)B.DNA分子中的兩條鏈反向平行C.DNA分子中氫鍵數(shù)目和堿基數(shù)目一定相等D.DNA分子中堿基之間一一對(duì)應(yīng)配對(duì)的關(guān)系是堿基互補(bǔ)配對(duì)原則解析答案解析在DNA分子中，A＝T、G＝C，脫氧核糖與磷酸交替連接，排列在DNA外側(cè)，共同構(gòu)成DNA分子的基本骨架；DNA分子兩條鏈反向平行；A－T間是2個(gè)氫鍵，G－C間是3個(gè)氫鍵，氫鍵數(shù)目和堿基數(shù)目不相等。C第2節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制第二課時(shí)DNA分子的復(fù)制探究二.DNA分子的復(fù)制閱讀課本P70-72積極思維的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合圖4－10，思考并小組討論下列問題：1.闡述科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)DNA分子半保留復(fù)制的方式的。2.DNA分子復(fù)制主要發(fā)生在什么時(shí)間，不同生物DNA復(fù)制的場(chǎng)所分別有哪些？3.需要具備哪些條件才能進(jìn)行DNA分子的復(fù)制？4.簡(jiǎn)述DNA分子復(fù)制的過(guò)程及DNA分子能精確復(fù)制的原因。5.DNA分子復(fù)制有哪些特點(diǎn)，這些特點(diǎn)有什么意義？1.DNA分子半保留復(fù)制方式的實(shí)驗(yàn)證據(jù)事實(shí)：1.為了證明DNA分子的復(fù)制方式，1957年兩位科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)非常精巧的實(shí)驗(yàn)。2.細(xì)菌大約每20min分裂一次，產(chǎn)生子代。放入盛有氯化銫溶液的試管中離心處理輕鏈帶含14N重鏈帶含15N雜合鏈帶含14N和15N

輕鏈帶（含14N）雜合鏈帶（含14N和15N）()()()實(shí)驗(yàn)證明：在新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來(lái)DNA分子中的一條鏈，因此，這種復(fù)制方式又被稱為DNA半保留復(fù)制。

DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板，通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。2.DNA分子復(fù)制的時(shí)間和場(chǎng)所DNA分子的復(fù)制是指以親代DNA分子為模板來(lái)合成子代DNA的過(guò)程。時(shí)間：細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)分裂的間期。概念：場(chǎng)所：真核生物：主要在細(xì)胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體內(nèi)也可進(jìn)行。原核生物：主要在擬核，也可以在細(xì)胞質(zhì)(如質(zhì)粒的復(fù)制)中進(jìn)行。DNA病毒：在活的宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。3.在有絲分裂和減數(shù)分裂過(guò)程中，復(fù)制產(chǎn)生的兩個(gè)子DNA分子存在位置如何？它們何時(shí)分開？復(fù)制產(chǎn)生的兩個(gè)子DNA分子位于兩姐妹染色單體上，它們將于有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期著絲粒分裂時(shí)，彼此分開。4.DNA分子復(fù)制的條件模板：原料：能量：酶：4種游離的脫氧核苷酸ATPDNA解旋酶；DNA聚合酶等親代DNA的兩條母鏈5、DNA復(fù)制的過(guò)程：（1）解旋。（2）以母鏈為模板，合成互補(bǔ)子鏈。（3）母鏈與互補(bǔ)子鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板，通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)，保證了復(fù)制能夠精確地進(jìn)行。DNA分子的復(fù)制是一個(gè)邊解旋邊復(fù)制的過(guò)程。一個(gè)DNA復(fù)制產(chǎn)生了兩個(gè)相同的DNA.6.特點(diǎn)：邊解旋邊復(fù)制，提高DNA分子復(fù)制的效率；多位點(diǎn)復(fù)制，提高DNA分子復(fù)制的效率；半保留復(fù)制，確保DNA復(fù)制準(zhǔn)確無(wú)誤的進(jìn)行；意義：

通過(guò)精確無(wú)誤的復(fù)制，把遺傳信息從親代傳遞給子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性，保證了物種的相對(duì)穩(wěn)定性。1.下列有關(guān)DNA復(fù)制的敘述，正確的是(）A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脫氧核苷酸B．在復(fù)制過(guò)程中，復(fù)制和解旋是同時(shí)進(jìn)行的C．解旋后以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈D．兩條新的子鏈通過(guò)氫鍵形成一個(gè)新的DNA分子解析：DNA分子在解旋酶的作用下把螺旋的雙鏈解開，在水解酶的作用下才能水解成脫氧核苷酸；DNA復(fù)制的過(guò)程是邊解旋邊復(fù)制；DNA復(fù)制是分別以解開的兩條母鏈為模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用細(xì)胞中游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，各自合成與母鏈互補(bǔ)的一段子鏈；每條新鏈與其對(duì)應(yīng)的模板通過(guò)氫鍵形成一個(gè)新的DNA分子。2.下列關(guān)于DNA復(fù)制過(guò)程的正確順序是（）①互補(bǔ)堿基對(duì)之間氫鍵斷裂②互補(bǔ)堿基對(duì)之間形成氫鍵③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母鏈為模板進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)⑤子鏈與母鏈盤旋成雙螺旋狀結(jié)構(gòu)A.①③④②⑤B.①④②⑤③C.①③⑤④②D.③①④②⑤D3.用一個(gè)32P標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌，若該細(xì)菌解體后釋放出32個(gè)大小、形狀一樣的噬菌體，則其中含有