3.2 DNA的结构课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

第三章 基因的本质 第2节 DNA的结构 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? DNA分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子水平，具有里程碑式的意义。 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。 导入 问题探讨 结构 功能 在确信DNA是遗传物质之后，人们更迫切的想知道： DNA是怎样储存遗传信息的？ 又是怎样决定生物性状的？ 要解答这些问题先要搞清楚DNA的结构 01 DNA双螺旋结构模型的构建 1.建立者： 1953年，沃森和克里克 克里克: 物理学家,对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。 沃森: 生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。 01 DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程： 资料1：20世纪30年代，科学家认识到：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。 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 A:腺嘌呤 T:胸腺嘧啶 C:胞嘧啶 G:鸟嘌呤 脱氧(核糖)核苷酸 A G C T 腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 组成DNA的四种脱氧核苷酸 2.建立过程： 01 DNA双螺旋结构模型的构建 资料二：1951年11月，英国生物物理学家威尔金（M.Wilkins）和同事富兰克（R.E.Franklin）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。 M.Wilkins R.E.Franklin “X”形意味着DNA分子是螺旋的 沃森和克里克据此推算出DNA呈螺旋结构。 双螺旋？三螺旋？ 2.建立过程： 01 DNA双螺旋结构模型的构建 资料3：1952年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。 查哥夫法则： 在DNA中，腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量； 鸟嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。 资料4 富兰克林发现，将DNA晶体翻转180度获得的X射线衍射图仍然是一样的。沃森与克里克认为：DNA两条链是反向排列的。 据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。 ①A-T与G-C具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径。 ②能够解释A=T、G=C的数量关系。 ③模型与X射线衍射照片比较，模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 2.建立过程： 01 DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程： 01 DNA双螺旋结构模型的构建 1953年，沃森和克里克撰写的论文在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。 1962，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。 （1）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？ （2）DNA 的基本骨架是由哪些物质组成的？他们分别位于DNA的什么部位？ 两条链构成，按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 DNA 的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧 思考•讨论： 2.建立过程： 01 DNA双螺旋结构模型的构建 （3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？ DNA 中的碱基通过氢键连接成碱基对。它们位于DNA的内侧。 碱基配对有一定规律：A一定与T配对，G一定与C配对。 2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你那些启示？ ③研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。 ①要善于利用他人的研究成果和经验； ②要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的； ①DNA双螺旋结构学说不但阐明了DNA的基本结构，并且对一个DNA分子如何复制成两个结构相同的DNA分子，以及DNA怎么传递生物体的遗传信息进行了合理说明。 ②是生物科学中具有革命性的发现，是20世纪最重要的发现之一。是分子生物学诞生的标志。 3.意义： 01 DNA双螺旋结构模型的构建 1.DNA的结构层次 02 DNA的结构 基本组成元素： 基本组成物质： 基本组成单位： DNA单链： DNA双链： C、H、O、N、P 磷酸基团、脱氧核糖、含氮碱基 脱氧核糖核苷酸（4种） 脱氧核苷酸链 DNA双螺旋结构 02 DNA的结构 2.DNA的结构特点 CH2 H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ 5’ 3’ 5’ 3’ 一个羟基(—OH)，称作3′－端 游离的磷酸基团，称作5′－端 磷酸二酯键 磷酸二酯键 C T T G A C A G 5’ 5’ 3’ 3’ （1）由 条单链按 _________ 方式盘旋成 _______ 结构 反向平行 双螺旋 2 15 3',5'-磷酸二酯键 02 DNA的结构 2.DNA的结构特点 和 交替连接，构成基本骨架； 磷酸 (2) 外侧 碱基 内侧 脱氧核糖 (3)碱基互补配对原则 两条链上的碱基通过 连接形成 ，且A只和 配对、G只和 配对，碱基之间的一一对应的关系，就叫作 。 氢键 氢键 T C 碱基互补配对原则 碱基对 2.DNA的结构特点 5’ 3’ 5’ 3’ 碱基对 02 DNA的结构 3、DNA双螺旋结构的形成 脱氧核糖 胸腺嘧啶 DNA初步水解产物是脱氧核核苷酸(4种) 02 DNA的结构 DNA彻底水解产物是磷酸(1种)、脱氧核糖(1种)、碱基(4种)。 2 3 5′ 3′ 3′ 5′ 碱基互补配对原则 氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定。 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（C） 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 脱氧核糖 磷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸链的片段 思考：这个DNA片段有多少个游离的磷酸基团（没有形成磷酸二酯键的磷酸基团）？ 2个 练习与应用 1、DNA的结构特性 碱基对的排列顺序的千变万化。 在生物体内，最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？ 4 种 4000 2）特异性 碱基对的特定排列顺序。 3）稳定性 具有规则的双螺旋结构。 1）多样性 ①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成； ②内部碱基对稳定——通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对原则，加强稳定性； ③空间结构稳定——规则的双螺旋结构； 03 DNA的特性 21 3、DNA杂交技术的应用 DNA杂交技术可以用于两个物种亲缘关系的判断，若两个物种的DNA样本经处理后形成的DNA互补区段越多，则两个物种的亲缘关系越近。 3.DNA的特性 22 制作DNA双螺旋结构模型 04 磷酸 脱氧核糖 四种碱基 1.准备材料： 6种：磷酸、脱氧核糖、4种碱基 2.制作脱氧核苷酸模型 制作DNA双螺旋结构模型 04 将脱氧核苷酸模型连接成长链。 3.制作脱氧核苷酸长链模型 制作DNA双螺旋结构模型 04 将两条链间 的碱基连接 4.制作DNA平面结构模型 制作DNA双螺旋结构模型 04 5.制作DNA立体结构模型 制作DNA双螺旋结构模型 04 在双链DNA中，根据碱基互补配对原则： ①A=T，G=C， (两条链不互补的碱基之和相等) 规律一：在双链DNA中，任意两个不互补碱基之和相等，并为碱基总数的50%（1/2） ②A+G=T+C ③A+C=T+G (嘌呤数=嘧啶数) （A+G）/ （T+C） =1 ④ （非配对碱基之和比值为1） A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 05 DNA分子中相关的碱基计算 A+G ( ) = A+C ( ) =50% A+T+G+C A+T+G+C T+G ( ) = T+C ( ) A+T+G+C A+T+G+C = A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 例1：某双链DNA的分子中，鸟嘌呤的分子数占碱基总数的22%，那么胸腺嘧啶的分子数占碱基总数的( ) A、22% B、28% C、78% D、50% B 【例题分析】 例2：在双链DNA分子中，G和C之和占全部碱基的48%，其中一条链的A占该链碱基总数的24%，则另一条链中的A占该链碱基总数的百分比为（ ） A、24% B、26% C、28% D、76% C 规律二：互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同， 若 ，则 ， G1＋C1 A1＋T1 ＝m G2＋C2 A2＋T2 G＋C A＋T ＝m ＝m 05 DNA分子中相关的碱基计算 例:若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子一条链上的A占这个链碱基的18%，则另一条链上的A的比例是(　　) A．9%　 　B．27% C．28% D．46% 05 DNA分子中相关的碱基计算 规律三：非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1， 若 , 则 ， T1 ＋C1 A1＋G1 ＝a T2 ＋C2 A2＋G2 ＝ T ＋C A＋G 1 a ＝1 DNA两互补链中，不配对的两碱基之和的比值乘积为1 例4：DNA的一个单链中（A+G）/（T+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是（ ） A、0.4和0.5 B、2.5和0.4 C、2.5 和1.0 D、0.4和1.0 C 例3：在双链DNA的一条链中A占22%，另一条链中A占24%，在整个DNA分子中，A占_____ 23% A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 【例题分析】 Lavf57.56.101 Lavf58.30.100 $$