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

第二节 遗传信息编码在DNA分子上 DNA的探秘之旅...... 构建活动1：请尝试构建DNA的一条长链（2min） 资料2：20世纪中期科学家发现DNA片段中3号碳端的羟基与另一分子脱氧核苷酸的5号碳端的磷酸基团之间通过脱水缩合形成3,5—磷酸二酯键，多个脱氧核苷酸由糖—磷酯链连成 DNA。 资料1：20世纪初莱文和琼斯（美）发现DNA由六种小分子组成：脱氧核糖、磷酸和四种碱基（A、T、G、C），由这些小分子组成了四种脱氧核苷酸，这四种核苷酸构成了DNA。 【旧知回顾】 1950年威尔金斯和戈斯林利用X射线衍射技术得到了DNA的衍射图像 罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin） 在1951年夏天，富兰克林和她的研究生高斯林将特殊的高质量DNA样品暴露在从湿到干的各种不同湿度下。当它们向大气中添加水分时，股线拉伸，并且X射线图案变为清晰的x形。 51号照片 DNA的探秘之旅——图像揭秘 螺距 3.4nm 1 5 4 2 3 X衍射图中第4层线上的斑点消失，如果DNA是一条链，就不会存在相互干扰，斑点将连续呈现，而消失的斑点表明DNA不止一条链。 组成DNA分子的脱氧核苷酸长链究竟有几条？ DNA的探秘之旅——思维碰撞 资料3： （1）经显微镜测定DNA直径，2条链、3条链的直径都是2 nm，与实际测定相符。 （2）1952年，美国化学家鲍林发表DNA三链模型的研究报告，但DNA密度计算过高，错误明显。 鲍林没有参加学术会议，所以没有看到51号照片，作出了错误判断。沃森和克里克最初也提出了三螺旋结构。1953年1月，Wilkins约上了双人组，偷偷将“照片51号”带出实验室，拿给他们过目，并给予充分的解释，让双人组了解到了关于DNA化学结构的大部分信息。 在4天前，富兰克林在2月24日得出两种DNA皆为双股螺旋的结论（A型为确定，B型为推论，没有提供模型）。 DNA的探秘之旅——思维碰撞 事实1：碱基疏水，磷酸和脱氧核糖亲水，DNA在细胞中始终处于水环境中。 事实2：富兰克林的报告中提到DNA晶体是一种对称类型，即DNA晶体翻转180°进行X射线衍射。发现两端的衍射图谱相同。 构建活动2：请尝试构建DNA的双链结构（3min） 组成DNA分子的核苷酸双链如何排布呢？ 事实4：1952年奥地利生化学家查哥夫（卡伽夫）定量分析不同生物中DNA分子的碱基组成。 事实3：美国化学家杰里·多诺休（Jerry Donohue）向沃森讲述了碱基的形状：嘌呤是双环结构，嘧啶是单环结构。 【揭秘疑问】DNA分子的内部是如何组成的？ 碱基组成（%） 碱基比例 A G C T A/T G/C 嘌呤/嘧啶 人 30.9 19.9 19.8 29.4 1.05 1.00 1.04 鸡(母) 28.8 20.5 21.5 29.2 1.02 0.95 0.97 海胆 32.8 17.7 17.3 32.1 1.02 1.02 1.02 酵母 31.3 18.7 17.1 32.9 0.95 1.09 1.00 大肠杆菌 24.7 26.0 25.7 23.6 1.04 1.01 1.03 证据3：美国化学家杰里·多诺休（Jerry Donohue）讲述了碱基的形状。当时，大多数化学教科书都报道了氢在碱基上的特殊位置。这样的位置使它不可能匹配A到T，或G到C——它们就是不适合。Donohue告诉Watson，这些教科书已经过时了。现在，人们对这些碱基的形状有了更多的了解：一个氢原子可以在另一个位置连接到碱基上。实际上，基于一些不同的证据，唐纳休（Donohue）认为这些碱基可能采用了沃森尚未尝试的形状。A与T匹配，G与C匹配。另外，AT对的分子长与GC对完全相同！这样的碱基结合在一起，碱基将不会碰撞和排斥。 推测：碱基结构 A与T配对，C与G配对，导致DNA双链平行 1952年美国化学家古伦德研究得出碱基间以氢键相连 【拨开疑云】DNA分子的内部是如何组成的？ 证据3：美国化学家杰里·多诺休（Jerry Donohue）讲述了碱基的形状。当时，大多数化学教科书都报道了氢在碱基上的特殊位置。这样的位置使它不可能匹配A到T，或G到C——它们就是不适合。Donohue告诉Watson，这些教科书已经过时了。现在，人们对这些碱基的形状有了更多的了解：一个氢原子可以在另一个位置连接到碱基上。实际上，基于一些不同的证据，唐纳休（Donohue）认为这些碱基可能采用了沃森尚未尝试的形状。A与T匹配，G与C匹配。另外，AT对的分子长与GC对完全相同！这样的碱基结合在一起，碱基将不会碰撞和排斥。 构建活动3：根据你所获取的DNA相关特征，修正模型 沃森和克里克在1953年4月25日《自然》杂志上提出著名的DNA双螺旋结构模型。 当碱基排列呈现这种结构时分子能量处于最低状态。 9 1.不同个体的DNA分子的差异存在于何处？为什么能够通过DNA指纹技术确认真凶？ 乘胜追击——DNA的秘密 2.DNA指纹技术还有哪些用途？ A T G C A T G C 脱氧核苷 酸 脱氧核苷酸链 脱氧核糖核酸（DNA） 磷酸二酯键 氢键 【任务】： 1、请归纳DNA结构的特点。 2、请从DNA结构角度分析，DNA适合作为遗传物质的特性。 5’ 3’ 3’ 5’ 脱氧核苷酸链的方向性，游离的磷酸基团和脱氧核糖。 DNA分子的稳定性是指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性，有关的主要因素主要是分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成规则的 结构，其双螺旋结构就是稳定性的原因之一；DNA分子中 和 交替排列的顺序稳定不变，DNA分子双螺旋结构中间为碱基对，碱基之间形成 键，从而维持了双螺旋结构的稳定；DNA分子两条链间对应碱基严格按照 原则进行配对；每个特定的DNA分子中，碱基对的数量和排列顺序稳定不变． 小规律：“五四三二一” 五种元素： C、H、O、N、P 四种碱基： A、G、C、T 三种物质： 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 两条长链： 两条反向平行的脱氧核苷酸链 一种螺旋： 规则的双螺旋结构 12 RNA与DNA的比较 DNA RNA 结构 基本组成单位 脱氧核苷酸 碱基 A 、 G 、 C 、 T 五碳糖 无机酸 磷酸 磷酸 （一般）规则的双螺旋 脱氧核糖 （一般）单链 核糖核苷酸 A 、 G 、 C 、 U 核糖 例1：在下列四种化合物的化学组成中,“O”内符号所对应的含义最接近的是 ①和② ②和③ C. ③和④ D. ①和④                                                                        答案：D 1.双链DNA分子中: A=T G=C A+ G = T + C=1/2（A+G+C+T） A+ G T + C = 1 2.双链DNA分子中: 如果链1中的 A+ G T + C = a 则链2中的 A+ G T + C = 1/a 双链中的 A+ G T + C = 1 如果链1中的 A+ T G + C = b 则链2中的 A+ T G + C = b 双链中的 A+ T G + C = b 【知识拓展】利用碱基互补配对规律的计算 例2：在一个标准的双链DNA分子中，含有35%的腺嘌呤，它所含有的胞嘧啶应该是多少？ 15% 例3：在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的42％，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24％，胸腺嘧啶占30％，则另一条链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的多少？ 34%、12% DNA作为遗传物质需要具备的特性： （1）稳定性和连续性：规则的双螺旋结构（磷酸二酯键和氢键）保证DNA分子能够精确的自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性。 （2）多样性： DNA分子的碱基排列为遗传多样性奠定基础。 人的基因组约含有30亿个碱基对。 人的DNA分子有多少种排列组合形式：43,000,000,000 （3）特异性： DNA分子的多样性决定每一个个体的遗传物质均不同。 DNA双螺旋的结构和功能 $$