3.2 DNA的结构-【堂堂清】2024-2025学年高一生物下学期同步精品课件（2019人教版必修2）

3.2 DNA的结构 本节聚焦： 1.沃森和克里克是怎样揭示DNA的双螺旋 结构的？这一研究过程给我们哪些启示？ 2.DNA的双螺旋结构有哪些主要特点？ 1 旧知识回顾：DNA是主要的遗传物质 更多实验证据 更多实验证据 肺炎链球菌的转化实验 T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 烟草花叶病毒侵染实验 格里菲斯的 肺炎链球菌体内转化实验 艾弗里的 肺炎链球菌体外转化实验 DNA是肺炎链球菌、 T2噬菌体的遗传物质 DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质 RNA是烟草花叶病毒 的遗传物质 RNA是 RNA病毒的遗传物质 DNA是主要的遗传物质 2 DNA结构的探索历程 01 在确信DNA是生物体的遗传物质后，人们更加迫切地想知道： DNA是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物性状的？要回答这些问题，首先要弄清楚DNA的结构。 1.DNA结构的构建者： 上一节课，我们已经学习了是主要的遗传物质。 DNA结构的探索历程 01 【资料一】20世纪30年代，科学届已经认识到：DNA是以4种 为 单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有 4种碱基。 脱氧核苷酸 A、T、C、G 但是，人们并不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的。 疑问 DNA结构的探索历程 01 【资料二】1951年11月，英国物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林应用 X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。 【物理学知识】DNA衍射图谱呈“X”形意味着DNA分子是螺旋的。 DNA结构的探索历程 01 DNA以4种脱氧核苷酸 为单位组成长链 威尔金斯和富兰克林 提供的DNA衍射图谱 →但都被否定了 【构建模型1】双螺旋和三螺旋 DNA结构的探索历程 01 【资料三】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 来源 碱基组成（%） A G C T 人 30.9 19.9 19.8 29.4 鸡(母) 28.8 20.5 21.5 29.2 海胆 32.8 17.7 17.3 32.1 酵母 31.3 18.7 17.1 32.9 大肠杆菌 24.7 26.0 25.7 23.6 DNA结构的探索历程 01 DNA以4种脱氧核苷酸 为单位组成长链 威尔金斯和富兰克林 提供的DNA衍射图谱 →但都被否定了 【构建模型1】双螺旋和三螺旋 查哥夫提出DNA分子碱基 的数量特点：A=T,G=C 【构建模型2】双螺旋 ①碱基对安排在双螺旋内部 A与T配对,G与C配对 ②脱氧核糖—磷酸骨架在外部 DNA结构的探索历程 01 DNA双螺旋结构模型 结果发现： ①A-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。 DNA结构的探索历程 01 DNA双螺旋结构模型 结果发现： 获得了诺贝尔奖 ①A-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。 ②将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，模型与基于照片 推算出的DNA双螺旋结构相符。 DNA双螺旋结构模型的构建：①DNA的基本单位 02 腺嘌呤脱氧核苷酸 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 脱氧核糖 磷酸 含氮碱基 A G C T 游离的四种脱氧核苷酸如何构建成一条脱氧核苷酸长链？ 思考 脱氧核苷酸通过脱水缩合连接形成脱氧核苷酸长链。 DNA双螺旋结构模型的构建：②一条脱氧核苷酸长链 02 OH p = O O OH O 碱基 3′ 2′ 1′ 4′ CH2 O OH H H H H H 5′ p = OH O OH O 碱基 3′ 2′ 1′ 4′ CH2 O H H H H H 5′ H H2O 磷酸二酯键 有游离磷酸基团的一端， 称为5’-端 OH 有游离羟基的一端， 称为3’-端 DNA双螺旋结构模型的构建：③DNA的平面结构和空间结构 02 G P 4 1 3 5 2 o A P T P C P C P T P A P G P G P A P T P C P 反向平行 = = = 氢键 = DNA的结构（书本P50） 03 项目 特点 整体 由 条脱氧核苷酸链按 方式 盘旋成双螺旋结构 排列 外侧 和 交替连接， 构成基本骨架 内侧 碱基通过 连接成碱基对 碱基互补配对原则 A与 配对、 与C配对 两 反向平行 脱氧核糖 磷酸 氢键 T G DNA的结构（书本P50） 03 DNA的 平面结构 如何理解“反向”的含义？ 思考 ①脱氧核糖上与碱基相连的碳叫做 ’-C， 与磷酸基团相连的碳叫做 ’-C。 ②DNA的一条单链具有两个末端： 一端有一个游离的磷酸基团，称作 ’-端， 另一端有一个羟基（-OH），称作 ’-端。 ③DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始， 一条单链是从5’-端3’-端， 另一条单链则是从 ’-端 ’-端的。 1 5 5 3 3 5 DNA的 平面结构 随堂小练 1.一个脱氧核糖连接几个磷酸？ 2.一个DNA分子有几个游离的磷酸？ 3.一条链上相邻的脱氧核苷酸之间通过什么连接？ 4.一条链上相邻的两个碱基通过什么连接？ 1个或2个。 2个游离的磷酸。 磷酸二酯键。 脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖。 DNA的 平面结构 随堂小练 5.两条链上的碱基通过什么连接形成碱基对？ 6.C+G含量为40%的DNA分子和C+G含量为60%的 DNA分子哪个结构更稳定，为什么？ 7.DNA遗传信息是什么？ 氢键（一种分子间的相互作用力）。 碱基对的排列顺序就代表了遗传信息 G与C含量越多，氢键就越多，DNA结构就越稳定。 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 04 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 稳定性、多样性、特异性。 请根据 DNA 结构特点及平面结构图归纳出 DNA 分子的特性。 思考 04 ①DNA的稳定性 氢键 两条链上的碱基之间的氢键 和每条链上的磷酸二酯键， 共同维持了双螺旋结构的稳定性。 根据结构与功能相适应， DNA是如何维系它的遗传稳定性的？ 思考 ②DNA的多样性 氢键 碱基排列顺序的千变万化， 使DNA储存了大量的遗传信息。 DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？ 思考 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。 ③DNA的特异性 你能从下面的DNA指纹图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？为什么？ 思考 怀疑对象1。 因为两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微。 随堂小练 1．下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是(　　) A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像 B．沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型 C．查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系 D．富兰克林和查哥夫发现DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量 B DNA衍射图谱，×； 只是提出了碱基的数量关系，A=T，C=G，配对是沃森和克里克提出的，×； 富兰克林拍摄了DNA衍射图谱，×； 随堂小练 2．1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于(　　) ①证明DNA是遗传物质 ②确定DNA是染色体的组成成分 ③发现DNA如何储存遗传信息 ④解释A、T、G、C的数量关系 A．①③ B．②④ C．②③ D．③④ D 【微专题】DNA碱基数目的相关计算规律 一、碱基互补配对原则 二、以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系 三、以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系 四、DNA双链和单链中碱基数量的关系 碱基互补配对原则 【旧知识回顾】DNA的结构 ①由 条脱氧核苷酸链按 方式盘旋成 结构。 ②DNA外侧： 和 交替连接； DNA内侧：碱基通过 连接成碱基对。 ③碱基的配对遵循 原则。 01 1 1 1 1 2 2 2 2 双螺旋 两 反向平行 设DNA一条链为1链， 则2链为1链的互补链。 脱氧核糖 磷酸 氢键 碱基互补配对 以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系 02 (1)A、T、G、C的关系: 。(2)非互补碱基和之比:(A+G)/(T+C)=(A+C)/(T+G)= 。 1 1 1 1 2 2 2 2 A=T、C=G 1 结论1：DNA双链中非互补碱基之和相等。 以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系 03 (1)A1= ,T1= ,G1= ,C1= 。 (2)若1链中(A1+G1)/(T1+C1)=m,则2链中(A2+G2)/(T2+C2)= 。 1 1 1 1 2 2 2 2 1/m T2 A2 G2 C2 结论2：两链间非互补碱基和之比互为倒数。 (1)若双链DNA中的一条链上A1+T1=n%，则 A1+T1=A2+T2= ， 所以A+T= = = 。 DNA双链和单链中碱基数量的关系 04 1 1 1 1 2 2 2 2 A1=T2 T1=A2 n% (A1+A2+T1+T2)/2 (n%+n%)/2 n% 结论3：在同一DNA中,单链中某互补碱基之和所占的比例与互补链中 和双链中该互补碱基之和所占的比例相等。 (2)若1链中A1所占比例为X1，2链中A2所占比例为X2， 则整个DNA中A所占比例为 。 DNA双链和单链中碱基数量的关系 04 1 1 1 1 2 2 2 2 (X1+X2)/2 结论4：某碱基占双链DNA碱基总数的比例等于 相应碱基占相应单链比例之和的一半。 随堂小练 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？ x 0.4x x 0.4x 0.4 0.4 2.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？ 2.5 1 x 0.4x x 0.4x 练习与应用（书本P52） 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，而且都含有A、T、C、G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 。（ ） √ √ ① ； ② ； ③ ； ④ ； ⑤ ； ⑥ ； ⑦ ； ⑧ ； ⑨ ； ⑩ ； 练习与应用（书本P52） 2.下图是DNA分子结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 脱氧核糖 磷酸基团 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 练习与应用（书本P52） 3.在含有四种碱基的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) D. 胞嘧啶为b(1/2a-1) 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 C = C=G，共a/b-2a个 由题意可得，全部碱基共a/b个 A=T，共2a个 （a/b-2a） 2 a（1/2b-1） Lavf58.30.100 $$