3.2DNA的结构课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

DNA 的 结 构 课堂导入 在确信DNA是生物体的遗传物质之后，人们更迫切的想知道： 什么样的结构可以满足这些功能？ 结构 DNA是怎样储存遗传信息的？ 又是怎样决定生物性状的？ 功能 决定 ①相对稳定 ②携带信息 ③复制传递 如果爸爸是男的，妈妈是女的，按照融合遗传的观点，你应该是怎么样的？因此融合遗传的观点不适用于大多数情况。当时孟德尔也同意这个观点，但无奈这个观点当时非常盛行。那孟德尔为什么不同意，他做了什么研究？ 一、DNA双螺旋结构模型的构建 1.建立者：沃森和克里克 晚年沃森和克里克在双螺旋结构模型前的最后一次合影 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。 2.建立过程： 脱氧(核糖)核苷酸 A(腺嘌呤） T(胸腺嘧啶) C(胞嘧啶) G(鸟嘌呤) 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 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。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 一、DNA双螺旋结构模型的构建 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。 2.建立过程： A T G C 磷酸二酯键 同一条链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键进行连接 但对DNA的空间结构一无所知。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程： 20世纪初 DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：DNA呈螺旋结构 资料2：1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（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 （富兰克林的DNA衍射图谱---51号照片） 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：DNA呈螺旋结构 单丝衍射:光通过单丝后形成明暗相间分布的衍射条纹 单丝衍射 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：DNA呈螺旋结构 以红色激光水平照射竖直弹簧来模拟X射线透过DNA分子形成衍射图谱 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：DNA呈螺旋结构 （富兰克林的DNA衍射图谱---51号照片） 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：DNA呈螺旋结构 单丝衍射 DNA呈螺旋结构 （富兰克林的DNA衍射图谱---51号照片） 20世纪初 DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸 1951年 威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱:（X说明DNA呈螺旋结构） 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：DNA呈螺旋结构 双螺旋 or 三螺旋? 沃森和克里克构建的双螺旋和三螺旋结构模型，都被否定。 沃森和克里克把精力集中在双链螺旋模型搭建上的主要依据 20世纪初 1951-1952 1951年 DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸 双螺旋、三螺旋→失败；最终确定双螺旋结构 物理模型 威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱 （X说明DNA是螺旋的） 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：构建DNA双螺旋结构模型 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：构建DNA双螺旋结构模型 资料3 : DNA位于液体环境中，磷酸与脱氧核糖亲水，碱基疏水。 碱基安排在双螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋外部。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：构建DNA双螺旋结构模型 资料4 ：DNA双螺旋直径恒定为2nm，四种碱基结构式如下图： 请你推测碱基可能的配对方式： A-T A-C G-T G-C 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：构建DNA双螺旋结构模型 资料5：1952年，奥地利生物化学家查哥夫研究数据如下： A与T配对，G与C配对。 在DNA中，腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量。 DNA来源 AA:G T:C A:T G:C 嘌呤：嘧啶 人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.0 小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99 禽类结核杆菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1 母鸡 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99 鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02 20世纪初 1951-1952 1952年 1951年 DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸 物理模型 威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱 在DNA中： 腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T） 鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C） （X说明DNA是螺旋的） 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：构建DNA双螺旋结构模型 双螺旋、三螺旋→失败；最终确定双螺旋结构 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：构建DNA双螺旋结构模型 资料6：克里克还从富兰克林书面报告中发现： DNA两条链的方向是相反的。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程：构建DNA双螺旋结构模型 碱基安排在双螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋外部。A与T配对，G与C配对， DNA两条链的方向是相反的。 用金属制作的模型与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。 沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型 一、DNA双螺旋结构模型的构建 3. DNA的结构： （1）DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 （2）DNA中的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：遵循碱基互补配对原则（A与T配对，G与C配对）。 20世纪初 1951-1952 1952年 1951年 DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸 物理模型 威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱 在DNA中， 腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T） 鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C） （X说明DNA是螺旋的） 沃森和克里克«核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型» 1953年 一、DNA双螺旋结构模型的构建 双螺旋、三螺旋→失败；最终确定双螺旋结构 21 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。 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 DNA衍射图谱 一、DNA双螺旋结构模型的构建 4. 意义 （1）DNA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）是分子生物学诞生的标志。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 思考与分析： （1）DNA分子结构构建过程中涉及到了哪些学科的知识？ 涉及的学科知识：物理学、生物学、化学、数学等。 （2）沃森和克里克的默契配合，发现 DNA 双螺旋结构的过程，作为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哪些启示？ 要善于利用他人的研究成果和经验； 要善于与他人交流和合作； 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。 二、DNA双螺旋结构的特点 氢键 碱基对 1.DNA分子是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 3.两条链上的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。 2.DNA分子中的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。 碱基互补配对原则：A=T G≡C 5’ 3’ 5’ 3’ 二、DNA双螺旋结构的特点 T C G A A G C T 思考： 1、一个链状DNA分子含有几个游离的磷酸基团？ 2.一个脱氧核糖连接几个磷酸？ 3.一条链上相邻的两个碱基通过什么连接？ 4、A+T含量为40%的DNA分子和A+T含量为60%的DNA分子哪个结构更稳定，为什么？ 2个游离的磷酸 1个或2个 脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖 A+T含量为40%的DNA分子G与C含量越多，氢键越多，更稳定。 二、DNA双螺旋结构的特点 1、稳定性：基本骨架：磷酸与脱氧核糖交替连接作为基本骨架。 内侧碱基：遵循碱基互补配对通过氢键连接形成碱基对。 2、多样性：碱基对（脱氧核苷酸）的排列顺序千变万化， 构成了DNA分子的多样性。 在生物体内，一个最短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？ 44000种 3、特异性：每种DNA有别于其他DNA，具有特定的碱基排列顺序。 因此可以利用DNA指纹来识别身份。 三、DNA结构的相关计算 根据碱基互补配对原则可知， A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 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分子中嘌呤总数等于嘧啶总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 针对训练1.某生物细胞双链DNA的碱基中，腺嘌呤的分子数占22%，那么，胞嘧啶的分子数占（ ） A.11% B.22% C.28% D.44% C C=50%–22%=28% 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。 2. A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。 A2＋T2 G2＋C2 = A1+T1 N1 A2+T2 = N2 A+T N = C1+G1 N1 C2+G2 = N2 C+G N 针对训练2.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 三、DNA结构的相关计算 即两者的关系是_____________。 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。 = 3.若 ， 则 针对训练3. 某DNA双链中， 一条链中 则互补链中的比值是 。 一条链中 则互补链中的比值是 。 = A+T C+G 0.4 = A+C T+G 0.4 0.4 2.5 T1+G1 = m A1+C1 三、DNA结构的相关计算 4.若 ， 则 N1 = a A1 N2 A2 规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。 =b N = A a+b 2 三、DNA结构的相关计算 针对训练3. 一条双链 DNA ， G 和C占全部碱基的 44% ，其中一条链的碱基中，A占 26% ，C占 20% ，那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的( ) 。 A. 28% 和 22% B. 30% 和 24% C. 26% 和 20% D. 24% 和 30% B 1.一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应是______个。 2.DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____ 60 29% 3.经测定,青蛙体细胞中一段DNA分子中A有600个,占全部碱基总数的24%。那么,该DNA片段中C所占比例和数量分别是(　　) A.24%,600个 B.24%,650个 C.26%,640个 D.26%,650个 D 小试牛刀 4.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的40%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是(　　) A．在它的互补链中，T与C之和占该链碱基总数的55% B．在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的20%和25% C．若该DNA分子含有1000个碱基对，则碱基之间的氢键数为2600个 D．该DNA分子中(C＋G)/（A＋T）＝3/2 B 小试牛刀 5．某DNA分子含有1000个碱基对，其中A的含量为30%，α链中G的含量为30%，下列与该DNA分子有关的叙述正确的是（ ） A．由于碱基互补配对，DNA分子中C与G的和一定占50% B．该DNA分子的两条单链中(A＋C)/(T＋G)的值一定相等 C．该DNA分子的α链中碱基A所占的比例在0～40%范围内 D．该DNA分子中含有的氢键数为2.4×103个 D 小试牛刀 一、概念检测 1．√ √ 2．【答案】①胞嘧啶　②腺嘌呤　③鸟嘌呤　④胸腺嘧啶　⑤脱氧核糖　⑥磷酸　⑦脱氧核苷酸　⑧碱基对　⑨氢键　⑩一条脱氧核苷酸链的片段 3．C 4.C 二、拓展应用 1.【提示】学生还未学习DNA的复制，因此，不一定能说出碱基互补配对原则在DNA复制过程中的意义。教师可引导学生根据碱基互补配对原则，推测DNA的复制方式，进而引导学生思考碱基互补配对原则对遗传信息传递的意义（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）。 练习与应用 $$