3.2DNA的结构课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

第3章 基因的本质 自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”，而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么？摩尔根在他的《基因论》一书的末尾说：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”这个假设能成立吗？ 1 第2节 DNA的结构 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 目标 01 02 03 概述科学家构建DNA模型的研究历程。 概述DNA双螺旋结构模型的特点。 依据DNA的结构特点，分析并掌握DNA结构的相关计算。 教学目标 3 温故知新 DNA的中文全称：_________________ DNA的组成元素：_________________ DNA的结构单位：_________________ 脱氧核糖核酸 C、H、O、N、P 脱氧核苷酸 1分子脱氧核苷酸： ________ + ____________ +______________ 1分子磷酸 1分子脱氧核糖 1分子含氮碱基 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 A(腺嘌呤) G(鸟嘌呤) C(胞嘧啶) T(胸腺嘧啶) 脱氧核苷酸是如何构成DNA分子的呢？ (4种) 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 1953年，美国科学家沃森（J．D.Watson）和英国科学家克里克（F.Crick），共同提出了DNA的双螺旋结构模型，它标志着生物学的研究进入分子水平，在生物学的发展中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。 问题探讨 1、构建者： 沃森和克里克搭建 DNA双螺旋结构模式图 晚年沃森和克里克在双螺旋结构 模型前的最后一次合影 沃森： 美国生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容 克里克： 英国物理学家，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。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2、研究DNA结构常用的方法是： X射线晶体衍射法 沃森和克里克 6 思考·讨论 DNA结构模型的构建 ①DNA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、G、C 4种碱基。 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 一、DNA双螺旋结构模型的构建 3、构建依据： 8 ②威尔金斯和富兰克林应用X射线衍射技术获得的高质量DNA衍射图谱。 威尔金斯（M.Wilkins） 富兰克林（R.E.Franklin） 富兰克林拍摄的DNA衍射图谱 “X”形意味着DNA是螺旋的 一、DNA双螺旋结构模型的构建 3、构建依据： 沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构。他们先后建构了多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定了。 9 ③查哥夫发现：在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量， 鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 3、构建依据： 据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。脱氧核糖-磷酸骨架排列在外侧，碱基在内侧，A和T配对，C和G配对,DNA两条链的方向是相反的。 5’ 3’ 5’ 3’ 4、构建历程 一、DNA双螺旋结构模型的构建 　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《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动 一、DNA双螺旋结构模型的构建 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。 威尔金斯 克里克 沃森 一、DNA双螺旋结构模型的构建 13 讨论 1、请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。 (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？ (3)DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？ 两条链构成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 DNA 的基本骨架由脱氧核糖和磷酸组成，它们排列在DNA的外侧。 DNA 中的碱基通过氢键连接成碱基对。它们位于DNA的内侧，碱基配对具有一定的规律：A一定与T配对，G一定与C配对。 思考·讨论 DNA结构模型的构建 14 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？ 要善于利用他人的研究成果和经验； 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； 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。 思考·讨论 DNA结构模型的构建 讨论 15 二、DNA的结构 二、DNA的结构 5’ 3’ 5’ 3’ 脱氧核糖上与碱基相连的的碳叫做____，与磷酸基团相连的碳叫做______； 1’-C 5’-C DNA 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称为____，另一端有一个羟基（-OH），称作_____； 5’-端 3’-端 DNA的两条单链的走向_____，从双链的一端起始，一条单链是从5’-端到3’-端的，另一条则是从______________； 相反 3’-端到5’-端的 DNA的立体结构 DNA的平面结构 O CH2 OH H 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H 磷酸基团 含氮碱基 5’ 3’ 5’ 3’ 三、DNA双螺旋结构的主要特点 5’ 3’ 5’ 3’ 1.DNA是由 条单链组成的，这两条链 按 的方式盘旋成双螺旋结构； 两 反向平行 2.DNA中的 和 交替连接， 排列在 侧，构成 ；碱基 排列在____侧； 脱氧核糖 磷酸 外 基本骨架 内 3.两条链上的碱基通过 连接成 ，并且碱基配对具有一定的规律： 氢键 碱基对 A一定与_____配对； G一定与_____配对； T C 碱基之间的这种一一对应的关系， 叫作碱基互补配对原则。 A T G C G C比例越高，DNA的热稳定性越高 随堂练习 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 6 1 2 3 4 5 6 7 8 10 9 G T C A A T C G A T A G C T ① 1. ①是左边链的___端，这一端末端的基团为______； ②是右边链的___端，这一端末端的基团为_________； ② 3’- 5’- 羟基 磷酸基团 ③ 2. ③和④中，_____是真正的脱氧核苷酸， 名称是_________________； ④ ③ 腺嘌呤脱氧核苷酸 ⑤ 3. ⑤的名称是_________________； 一条脱氧核苷酸链的片段 4. 一个DNA分子有____个游离的磷酸基团，位于两条链 的_______； 一个脱氧核糖上连着________个磷酸基团； 一个磷酸基团上连着________个脱氧核糖； 一个脱氧核糖上连着_____个碱基； DNA两条链之间相邻的碱基由_____连接，一条链中 相邻的碱基通过 连接。 2 1或2 1或2 氢键 脱氧核糖-磷酸基团-脱氧核糖 1 5’-端 随堂练习 5’ 3’ 5’ 3’ ⑴空间结构稳定 两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 ⑵外部稳定的基本骨架 脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架； ⑶内部碱基对稳定： 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对， 碱基配对严格遵循碱基互补配对原则。 四、DNA的结构特性 1.稳定性： 5’ 3’ 5’ 3’ 脱氧核苷酸数量不同，碱基排列顺序的千变万化。 在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，请计算DNA分子有多少种？ 44000 四、DNA的结构特性 2.多样性： 3.特异性： 每个DNA分子中碱基的特定排列顺序，构成 了DNA分子的特异性。 探究·实践 1、实验目的：某些通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点 的认识和理解。 2、材料用具 曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等常用物品 磷酸 脱氧核糖 四种碱基 6种：磷酸、脱氧核糖、4种碱基 制作DNA双螺旋结构模型 23 探究·实践 制作DNA双螺旋结构模型 (1)组装“脱氧核苷酸模型” (2)制作“多核苷酸长链模型” (3)制作DNA分子平面结构模型 (4)制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型 利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。 将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相同，碱基之间能够互补配对。 按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。 把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。 探究·实践 制作DNA双螺旋结构模型 3、制作步骤 25 探究·实践 26 在双链DNA中，根据碱基互补配对原则： ①A=T，G=C， (任意两个不互补的碱基之和相等) （A+G）或（A+C)或(T+G)或（T+C)/（A+T+G+C）= 1/2 ②A+G=T+C ③A+C=T+G (嘌呤数=嘧啶数) T+C = 1 A+G ④ （任意两个不互补的碱基之和比值为1） A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 五、DNA分子中有关碱基的计算规律 规律一：在双链DNA中，A=T、G=C，则嘌呤碱基总数等于嘧啶总数；或任意两个不互补的碱基之和相等，并为碱基总数的50%（1/2） 例1：已知一个含150个磷酸的双链DNA分子中有腺嘌 呤25个，请问此DNA分子中有多少个胞嘧啶？ 50 五、有关DNA中的碱基计算规律 例2：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% ✔ A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 规律一：在双链DNA中，A=T、G=C，则嘌呤碱基总数等于嘧啶总数；或任意两个不互补的碱基之和相等，并为碱基总数的50%（1/2） 五、有关DNA中的碱基计算规律 例3：不同的双链DNA分子,下列的相关比值中有可能不 同的是（ ） A、A/T B、（A+T）/（G+C） C、G/C D、（A+G）/（T+C） ✔ 补充1：双链DNA中，A+T与G+C不一定相等； 规律一：在双链DNA中，A=T、G=C，则嘌呤碱基总数等于嘧啶总数；或任意两个不互补的碱基之和相等，并为碱基总数的50%（1/2） 若在一个生物体内嘌呤≠嘧啶是什么原因？ 有单链核酸存在 例4：某生物鸟嘌呤：胞嘧啶=3:1，则该生物不可能是（ ） A.大肠杆菌 B.艾滋病病毒 C.T2噬菌体 D.人体细胞 ✔ 补充2：双链DNA中，嘌呤数等于嘧啶数； 单链DNA、RNA或DNA+RNA，则嘌呤数不一定等于嘧啶数。 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A+T A+T+G+C = A2+T2+G2+C2 A2+T2 = A1+T1+G1+C1 A1+T1 = m% m% m% 则：1链中（A1+T1）% = 2链中(A2+T2）% = DNA双链中(A+T)% 五、有关DNA中的碱基计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 规律二：在DNA双链中，一条单链中A+T（或G+C）所占的百分比，与互补链中以及整个DNA分子中A+T（或G+C）所占的百分比相等。 1链中： 2链中： 整个DNA中： 30 五、有关DNA中的碱基计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 例5：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% ✔ 例6：在双链DNA分子中，A与T之和占全部碱基总数的 42%，若其中一条链的C占该链碱基总数的24%， T占30%，则另一条链上C、T分别占该链碱基总数 的（ ） A、34% 12% B、42% 12% C、58% 34% D、34% 30% ✔ 规律二：在DNA双链中，一条单链中A+T（或G+C）所占的百分比，与互补链中以及整个DNA分子中A+T（或G+C）所占的百分比相等。 31 若 A+T G+C A2+T2 G2+C2 A1+T1 G1+C1 = = 规律三：在DNA双链中，一条单链的A+T/G+C的值，与互补链的A+T/G+C的值及整个DNA分子中A+T/G+C的值相等。 = a a a 32 五、有关DNA中的碱基计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 则 例7：DNA的一个单链中（A+T）/（G+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、0.4和0.4 C、2.5和1.0 D、0.4和1.0 ✔ 变式：某双链DNA分子一条链上(A＋T)/(G＋C)的值为0.3， 则在整个DNA分子中A:T:G:C为(　　) A．1:1:1:1 B．2:2:3:3 C．3:3:10:10 D．10:10:3:3 ✔ 33 若 T1+C1 = A1+G1 T+C = A+G 1/b 规律四：在DNA双链中，任意不互补碱基和之比在DNA的两条单链中互为倒数，在整个DNA分子中此比为1 补则等，不补则倒 1 五、有关DNA中的碱基计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 T2+C2 = A2+G2 则 b 例8：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 ✔ 易错提醒： (1)看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是 双链中的比例。 (2)看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多 少“对”碱基还是多少“个”碱基。 例9：在某双链DNA中，碱基总数为1000，其中腺嘌 呤200个，则该DNA分子中有______个氢键； 1300 五、有关DNA中的碱基计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 规律五：DNA分子的总氢键数=2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数) 练习与应用 35 . 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。 （ ） ✔ ✔ 36 . 2.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 一、概念检测 37 . 3.一条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 一、概念检测 38 . 二、拓展应用 碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义？ DNA的复制，根据碱基互补配对原则，DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，保证了遗传信息传递的准确性。 39 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 40 $$