3.2DNA的结构 课件 2023—2024学年高一下学期生物人教版必修2

第2节 DNA的结构 坐落在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？ 它标志着生物学的研究进入分子的层次，是生物学的发展的第二个智力高峰，具有里程碑式的意义。 问题探讨 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分子的双螺旋结构模型。 DNA的结构 元素组成： 四种碱基：A、T、C、G C、H、O、N、P DNA的基本单位： 脱氧核苷酸 碱基 脱氧 核糖 磷酸 5 1953年摘取桂冠的是两位年轻的科学家——美国生物学家沃森（J. D. Watson，1928—）和英国物理学家克里克（F. Crick，1916—2004），DNA双螺旋结构的揭示是划时代的伟大发现，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。 DNA双螺旋结构模型的构建 卡文迪什实验室 沃森 6 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 7 当时，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。 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 腺嘌呤脱氧核苷酸 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 如何 构成 DNA的？ 8 富兰克林拍摄的DNA衍射图谱 富兰克林 2.富兰克林和同事威尔金斯采用X射线衍射技术拍摄到DNA衍射图谱。 沃森、克里克推算出DNA分子呈螺旋结构的结论。 威尔金斯 富兰克林 DNA衍射图谱 （X意味着DNA分子是螺旋的） 10 DNA是螺旋结构 双螺旋？ 三螺旋？ 一.DNA双螺旋结构模型的构建 11 沃森 克里克 查哥夫 我给你们带来一条重要信息 DNA中，A的量总是等于T的量；G的量总是等于C的量。 太感谢了，我想我知道DNA的结构了！ 12 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。 　　1952年，奥地利生物化学家查哥夫访问剑桥大学。沃森和克里克从他那得到了一个重要的信息。 13 沃森和克里克改变了碱基配对的方式，让A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型。 　　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。 14 A T G C 1 3 5 3 5 1 A T G C 1 3 5 3 5 1 反向平行 5′ 3′ 5′ 3′ C T T G A C A G 结果发现： A—T碱基对与G—C碱基对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，能够解释A、T、G、C的数量关系。当他们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。 模型三 配对的碱基之间通过什么链接在一起呢？ A和T配对，G和C配对，那么配对的碱基通过什么来链接呢？其实是通过氢键来链接。氢键是氢原子和周围的O原子、N原子之间相互吸引形成的一种分子间作用力。所以我们看以下这四种碱基的结构，找一下A和T、G和C之间有分别有多少个氢键。 16 C T T G A C A G 模型： C与G之间有几个氢键？ 2个氢键 3个氢键 A与T之间有几个氢键？ 17 平面结构： C T T G A C A G DNA双螺旋结构： 18 请阅读课本P50页，总结DNA的双螺旋结构 19 一个羟基(—OH)，称作3′－端 二、DNA的结构—— 立体结构 平面结构 5’ A T G C T A C G 3’ 5’ 3’ DNA双螺旋结构 DNA是由 条单链按_ ________方式盘旋成___ ____结构 反向平行 双螺旋 2 游离的磷酸基团，称作5′－端 5’ 3’ 5’ 3’ 20 （1）DNA是由 条单链按_________方式盘旋成_______结构 反向平行 双螺旋 2 5’ 3’ 5’ 3’ 磷酸 和 交替连接，构成基本骨架； (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 T C 碱基互补配对原则 碱基对 归纳总结-DNA的双螺旋结构 21 P A P A P P DNA的结构 02 （1）DNA由两条单链组成，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： A与T配对； G与C配对。 （碱基互补配对原则） 磷酸二酯键 P P P P P P A DNA的结构 02 P A P A P P P P P P P P A 5' 3' O CH2 H H OH H H 碱基 H 1' 2' 3' 4' 磷酸基团 5' 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。 DNA的一条单链具有两个末端： 一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5'-端； 另一端有一个羟基，称作3'-端。 5' 3' 5'端 3'端 一、DNA分子的特性 1、相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接方式不变；两条链间碱基互补配对方式不变。 2、多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。 问题探讨：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。计算DNA分子有多少种？ 44000种 若某DNA分子中有 n 个碱基对，则排列顺序有4n 种 ，n表示碱基对数。 3、特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。 二、由碱基种类及比例可分析判断核酸的种类 （1）若有U无T，则该核酸为RNA。 （2）若有T无U，且A＝T，G＝C，则该核酸一般为双链DNA。 （3）若有T无U，且A≠T，G≠C，则该核酸为单链DNA。 5、碱基互补配对原则应用 规律1：设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则 可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。 则在DNA双链中： A = T ， G = C A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 例题1：某双链DNA分子中，鸟嘌呤占23%，求腺嘌呤占多少？ 解析： 因为DNA分子中，A+G=T+C。所以， A=50%–23%=27% ⑴互补的碱基的量相等，即A＝T、C＝G (最基本的规律)； ⑵双链DNA分子中任意两不互补的碱基之和占碱基总量的50％，即：（A+C）％=（T+G）%=50%； ⑶双链DNA分子中两不互补的碱基之和比值相等，即（A+G）/（T+C）＝（A+C）/（T+G）=1 规律总结：任意两个不互补碱基之和恒等，各占碱基总数的50%；不互补碱基之和的比值等于1； 不同生物个体的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即（A+T）与（C+G）的比值不同，该比值体现了不同生物DNA分子的特异性； 如果在一个含有100个碱基对双链DNA分子中，腺嘌呤占20%，胞嘧啶应是多少？ 60 规律二： DNA分子的一条链上（A+T）／（C+G）= a，则该链的互补链上相应比例为a； DNA分子的一条链上（A+ C）/（T+ G）＝b，则该链的互补链上相应比例为1／b。 【问题探讨】 在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0. 4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 提示：2. 5；1。 若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0. 4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 提示：0. 4；0. 4。 规律三：可配对的碱基之和（A+T或者G+C）占全部碱基的百分率等于其中任意一条单链该对碱基之和占该单链碱基的百分率。 DNA分子中（A+T)/(G+C)比值等于每条单链中的比值。 【问题探讨】 某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。 提示：24% 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。 （ ） 课本P52——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。 课本P52——练习与应用 1 2 3 4 P P P P G T A C 5 6 7 8 10 9 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 3：在含有四种碱基的DNA区段中，有腺嘌呤a个，占该区段全部碱基的比例为b，则 （ ) b≤0.5 B. b≥0.5 C.胞嘧啶为a(1/2b－1) D.胞嘧啶为b(1/2a － 1) C 课本P52——练习与应用 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 5、DNA的一条单链中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0.6　　 B 2.5和1　　　 C 0.4和0.4　　　　D 0.6和1 6、DNA的一条单链中A＋C/G＋T＝0.4，上述比例在其补单链和整个DNA分子中分别是（　　） A 0.4和0.6　　 B 2.5和1　　　 C 0.4和0.4　　　　D 0.6 A1 T2 T1 C1 G1 G2 C2 A2 DNA中的碱基计算规律 04 7．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% $$