3.2 DNA的结构-2024-2025学年高一生物同步备课课件（人教版2019必修2）

1 真凶的密码是什么？ 第3章 基因的本质 必修二 第三章 第2节 第2节 DNA的结构 3 4 DNA双螺旋结构模型的构建 5 DNA双螺旋结构模型的构建 1953年4月25日，沃森和克里克在英国《自然》发表题为《核酸的分子结构-脱氧核糖核酸的一个结构模型》 6 DNA双螺旋结构模型的构建 莫里斯·威尔金斯 罗莎琳德·富兰克林 查哥夫 鲍林 DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质 RNA是TMV的遗传物质 DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质 RNA是RNA病毒的遗传物质 更多实验证据 更多实验证据 DNA是主要的遗传物质 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 肺炎链球菌的转化实验 T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 格里菲斯的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 转化因子是什么 问题1:DNA是怎样储存遗传信息的呢？如何决定性状的？ DNA是主要的遗传物质 SZ-LWH SZ-LWH 情 境 回 顾 SZ-LWH SZ-LWH 8 温故而知新 DNA的中文全称： DNA的组成元素： DNA的基本单位： 脱氧核糖核酸 C、H、O、N、P 脱氧核糖核苷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 1’ 2’ 3’ 4’ 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基 C T A G 脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1’-C，与磷酸基团相连的碳叫作5’-C。 测一测你的记忆能力有多强！ A 脱氧核糖 G 脱氧核糖 T 脱氧核糖 C 脱氧核糖 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 这4种脱氧核苷酸是如何连接形成DNA的呢？ DNA的结构具有什么特点呢？ 问题探讨 坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑,以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。你知道为什么将它作为高科技的标志吗? 上网查阅有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。 DNA雕塑 DNA双螺旋结构的发现是20世纪最为重大的科学发现之一，和相对论、量子力学一起被誉为20世纪最重要三大科学发现。 以 DNA 双螺旋结构进行衍生设计 瑞典马尔默旋转塔 高190米/54层 巴拿马螺丝塔 高243米 莫斯科进化大厦 高度255米 沙特吉达钻石塔 高432米 北京中关村的“生命”雕塑 “生命”双螺旋雕塑象征中关村人 生生不息的创新精神。更多以DNA结构进行设计的建筑都成为了当地的地标性建筑。DNA双螺旋结构的发现更是具有里程碑意义。 DNA是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物性状的？首先需要弄清楚DNA的结构。 DNA那么小，科学家是如何一步步探索出他的结构的呢？ 11 12 1 2 DNA双螺旋结构模型的构建 DNA的结构 碱基互补配对原则的应用 3 卡文迪什实验室 沃森 13 沃森 克里克 我能帮你理解生物学内容 我能帮你理解晶体学原理 14 15 【资料1】 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 同一条链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键进行连接 科学界认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 1、DNA双螺旋结构模型的构建 A T G C 磷酸二酯键 p = O OH O 碱基 3′ 2′ 1′ 4′ CH2 O OH H H H H H 5′ p = OH O OH O 碱基 3′ 2′ 1′ 4′ CH2 O H H H H H 5′ O H O OH 磷酸酯键 脱去H2O，形成磷酸酯键 16 17 【资料2】英国物理学家威尔金斯（M. Wilkins，1916—2004）和他的同事富兰克林（R. E. Franklin，1920—1958）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱（图A）。应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。他们发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。 DNA的衍射图谱呈X型 X射线衍射技术 沃森和克里克以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构 1、DNA双螺旋结构模型的构建 DNA 双螺旋结构模型 威尔金斯和富兰克林提供的 尝试建构模型： 【资料3】沃森和克里克推算出DNA呈 结构 DNA的基本单位 螺旋 双螺旋、三螺旋 DNA衍射图谱 4种脱氧核苷酸 1、DNA双螺旋结构模型的构建 翻转180° 正向平行 反向平行 模型一 √ 1、DNA双螺旋结构模型的构建 1951年，富兰克林发现提高空气的湿度，发现DNA易吸收水分。 【资料3】组成DNA分子的脱氧核糖和磷酸基团具有亲水性，而碱基具有疏水性，细胞中的DNA分子总是处于一个液体环境中，据此分析脱氧核糖和磷酸基团与碱基的位置排布？ 脱氧核糖和磷酸基团排列在双链DNA分子的外侧，碱基排列在内侧。 1、DNA双螺旋结构模型的构建 模型二 碱基如何配对？ 【资料4】DNA螺旋的直径是固定的，均为2nm。嘌呤和嘧啶的分子结构如图 鸟嘌呤 腺嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 1、DNA双螺旋结构模型的构建 A P T P C P G P T P T P G P C P T P A P A P T P C P G P T P T P G P C P T P A P 两个环（更长） 一个环（更短） DNA的结构不稳定 1、DNA双螺旋结构模型的构建 模型二 碱基如何配对？ 结论：嘌呤与嘧啶相连 鸟嘌呤 腺嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 【资料4】DNA螺旋的直径是固定的，均为2nm。嘌呤和嘧啶的分子结构如图 1、DNA双螺旋结构模型的构建 沃森 克里克 查哥夫 我给你们带来一条重要信息 太感谢了，我想我知道DNA的结构了！ 24 25 【资料5】1950年，奥地利生物化学家查哥夫应用紫外分光光度法和纸层析等技术，对多种生物的DNA做碱基定量分析，分析结果：虽然在不同生物的DNA之间，4中核苷酸的数量和相对比例很不相同，但无论在哪种物质的DNA中，都有A=T和C=G。 结论： A与T配对，G与C配对 2个氢键 3个氢键 一个碱基上的H原子和与之配对碱基上电负性强的N原子或O原子间存在一定吸引力，形成氢键。 1、DNA双螺旋结构模型的构建 26 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P 结果发现： 这样组成的DNA分子具有恒定的直径，能够解释A、T、G、C的数量关系。 当把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 1、DNA双螺旋结构模型的构建 27 1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构一脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《Nature》杂志上刊载，引起了极大的轰动。 1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。 左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森 小故事 1958年，富兰克林因支气管肺炎和卵巢癌而去世。 按照惯例，诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外，同一奖项至多只能由3个人分享。 1、DNA双螺旋结构模型的构建 威尔金斯和富兰克林提供____________ DNA是以4种__________为单位连接而成的长链，分别含有_____________4种碱基 沃森和克里克推算出DNA分子呈_____结构 脱氧核苷酸 A、T、G、C DNA衍射图谱 螺旋 尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋 被否定 查哥夫提出DNA分子中A的量等于 ,C的量等于 。 修正、重建 构建DNA 模型 验证 DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 沃森和克里克 双螺旋结构 T G 核心●归纳 DNA结构模型的构建——DNA第一夫人（视频） 为什么可用DNA鉴定遇难者身份？DNA怎样结构特点使其具有如此重要的功能特性？ 2、DNA的结构 32 33 ①DNA的基本单位是： 脱氧核苷酸 磷酸基团 脱氧核糖 含氮碱基 脱氧 核糖 P 含氮碱基 CH2 O 1' 2' 3' 4' 5' H H OH H H H 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T (4种) C、H、O、N、P 2、DNA的结构 34 ②DNA双螺旋结构的主要特点如下: （1）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。 （2）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：A=T和C=G。 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P 碱基之间的这种一一对应的关系， 叫作碱基互补配对原则。 5' 5' 3' 3' DNA的结构模式图 氢键 碱基对 2、DNA的结构 35 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P DNA的结构模式图 DNA的双螺旋结构模式图 2、DNA的结构 36 (1)研究表明：DNA结构的稳定性与四种碱基的含量有关：G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。这是为什么呢？ 36 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P G和C形成三个氢键，A和T只形成两个氢键。氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定。 体现DNA分子的稳定性。 思考讨论 37 (2)DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息呢？ 在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有4种：A-T、T-A 、G-C 、C-G 。请同学们计算DNA分子有多少种？ 44000种 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P DNA中的遗传信息蕴藏在哪里呢？ 碱基的排列顺序千变万化。 思考讨论 碱基对的排列顺序代表遗传信息 种类：4n（n为碱基对的数目） 一般来说，一个较短的DNA分子有4000个碱基对，其排列顺序的组合是几近无穷的。 体现DNA分子的多样性。 思考讨论 39 (3)为什么每个DNA结构模型都与众不同？不同生物的DNA是否也不同？ DNA指纹技术 现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行DNA指纹鉴定。你能从下面的DNA指纹图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。 体现DNA分子的特异性。 思考讨论 ③DNA分子的结构特性。 (2)多样性：n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。 (3)特异性：每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。 (1)稳定性：两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变；碱基对构成方式不变；反向平行双螺旋；碱基互补配对等。 ④意义： 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。 2、DNA的结构 ⑤制作DNA双螺旋结构模型 磷酸 脱氧核糖 四种碱基 某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少需要： (1)代表磷酸的圆形塑料片几个？ (2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？ (3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？ (4)可组装出几种该DNA片段模型？ 20 20 20 410 2、DNA的结构 ⑤制作DNA双螺旋结构模型 沃森和克里克的模型 2、DNA的结构 ⑤制作DNA双螺旋结构模型 2、DNA的结构 作品展示 ⑤制作DNA双螺旋结构模型 2、DNA的结构 某研究小组用如图所示的6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧 核糖和碱基之间的连接物、碱基对之间的连接物(代表氢键)若干，成功搭建 了一个完整的DNA结构模型，模型中有4个T和6个G。下列有关说法正确 的是(　　) A．碱基对之间的连接物(代表氢键)有24个 B．代表胞嘧啶的卡片有4个 C．脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个 D．理论上能搭建出410种不同的DNA模型 C 26 6 少于 DNA分子结构的“五、四、三、二、一” 五种 元素 四种 碱基或脱氧核苷酸 三种 物质 二种 长链 一种 结构 C、H、O、N、P A、G、C、T 磷酸基团、脱氧核糖、碱基 两条脱氧核苷酸长链 双螺旋结构 知识梳理 DNA的结构特点 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、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 外侧： 交替连接，构成 基本骨架，并按 方式排列成两条长链； 平面结构 内侧：两条链上的碱基通过 连成 ， 遵循 原则（A ,G ） 空间结构： 结构（右旋） 磷酸、脱氧核糖 反向平行 双螺旋 氢键 碱基对 ＝T ≡C 碱基互补配对 DNA分子结构的双螺旋结构 知识梳理 DNA分子结构的特性 (1) 性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。 (2) 性：如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。 (3) 性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。 稳定 多样 特异 知识梳理 一、概念检测 1．DNA 两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。 （1）DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基。 （ ） （2）在DNA的双链结构中，碱基的比例总是（A+G）/（T+C）=1。 （ ） 练习与应用 2．下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩ 的名称。 ① ；② ； ③ ；④ ； ⑤ ；⑥ ； ⑦ ；⑧ ； ⑨ ； ⑩ 。 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 脱氧核糖 磷酸 脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸链的片段 练习与应用 3．在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b，则 （ ） A．b≤0.5 B．b≥0.5 C．胞嘧啶为a（1/2b-1）个 D．胞嘧啶为b（1/2a-1）个 C 4．一条DNA单链的序列是5'-GATACC-3'，那么它的互补链的序列是 （ ） A．5'-CTATGG-3' B．5'-GATACC-3' C．5'-GGTATC-3' D．5'-CCATAG-3' C 练习与应用 化学组成单位 基本单位——脱氧核苷酸 种类： 四种 主要特点 ①由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。 ②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。 ③DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。 DNA的结构 DNA双螺旋结构的构建 (碱基互补配对原则) 沃森、克里克于1953年构建出DNA双螺旋结构模型 总结 DNA单链有关的计算 A1= , T1= , C1= , G1= 。 A1 C1 T1 G1 1链 DNA分子 2链 T2 G2 A2 C2 T2 A2 G2 C2 A= , C= 。 T G DNA双链有关的计算 A+C = = = = 。 A+G T+C T+G 50% 3、碱基互补配对原则的应用 SZ-LWH SZ-LWH DNA碱基数目相关计算规律 1. A1＋A2＝________________；G1＋G2＝________________。 即：双链中A＝___，G＝___， A＋G＝______＝______＝______＝__________________。 T1＋T2 C1＋C2 T C T＋C A＋C T＋G 1/2(A＋G＋T＋C) 规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 50% 根据碱基互补配对原则，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： 3、碱基互补配对原则的应用 SZ-LWH SZ-LWH DNA碱基数目相关计算规律 2. A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。 A2＋T2 G2＋C2 规律二：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，简记为“补则等”。 = A1+T1 N1 A2+T2 = N2 A+T N = C1+G1 N1 C2+G2 = N2 C+G N N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 根据碱基互补配对原则，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： 3、碱基互补配对原则的应用 SZ-LWH SZ-LWH DNA碱基数目相关计算规律 即两者的关系是_____________。 3.若 ，则 = T1+G1 = m A1+C1 T2+G2 A2+C2 m 1 互为倒数 规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。 N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 根据碱基互补配对原则，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： 3、碱基互补配对原则的应用 SZ-LWH SZ-LWH N2 N DNA碱基数目相关计算规律 4.若 = a%,则 = % a 2 = A2 b% 规律四： 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 N1 1链 2链 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 根据碱基互补配对原则，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： N A1 N1 A1 ________ N2 a+b 2 N A ________ = % 3、碱基互补配对原则的应用 SZ-LWH SZ-LWH 解题方法: 1.画图最直观 2.实施等量代换 3.注意用脚码标注 4.注意区分已知条件属上述哪种情况 5.规律很多,不必硬记,重在掌握解题方法 例1：某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是（ ） A.35% B.29% C.28% D.21% A 例2：某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶数量之和占全部碱基总数的56%，α链中腺嘌呤占28%。下列叙述错误的是（ ） A．β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44% B．β链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等，均是28% C．α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%，占双链DNA分子的8% D．α链中(G＋C)/(A＋T)＝14/11，β链中(A＋T)/(G＋C)＝11/14 B 例3：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占 A. 9 % B.18 % C. 32 % D. 64 % 例4：DNA分子中一条单链中，（A+G）/（T+C）=0.4，则互补链中和整个DNA分子中该比值分别是 A.0.4和0.6 B.2.5和1.0 C.0.4和0.4 D.0.6和1.0 例5：从某生物组织中提取一个DNA分析，其中G＋C占全部碱基的46%， 又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中A占28%，C占24%，则与H链 相对应的另一条链中，A、C分别占该链全部碱基的(　　) A．26%、22%　　　 B．24%、28% C．14%、11% D．11%、14% A 例6：下列有关DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其 互补链中碱基数目比值的关系图，不正确的是(　　) A B C D C 互补则等 不互补则倒 FormatFactory : www.pcfreetime.com Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.52 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf58.28.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.28.100 Lavf56.40.101 Tencent APD MTS $$