3.2DNA的结构 课件 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

3.2 DNA的结构 1 DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质 RNA是TMV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RNA病毒的遗传物质 更多实验证据 更多实验证据 DNA是主要的遗传物质 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 肺炎链球菌的转化实验 T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 格里菲斯的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 转化因子是什么 DNA是怎样储存遗传信息的呢？如何决定性状的？ 情境回顾—DNA是主要的遗传物质 资料一：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、G、C4种碱基。 1951年，英国化学家托德提出核苷酸分子间的化学连接方式。他认为核苷酸与核苷酸之间通过磷酸二酯键(脱氧核糖的3位碳原子与相邻核苷酸的磷酸发生化学反应形成的化学键)连接。 活动一：请根据上述信息，用四种脱氧核苷酸构建一条脱氧核苷酸长链 DNA双螺旋结构模型的构建 … P A P T P G P C P G P C 脱氧核苷酸长链 DNA双螺旋结构模型的构建 资料二：富兰克林和威尔金斯给DNA拍了多张Ｘ射线衍射图谱，他们发现DNA翻转 180°后的图谱与未翻转的一模一样。据此推断DNA是由几条链构成？ DNA呈现“X”形 DNA呈螺旋结构 推断 威尔金斯 富兰克林 翻转180° 三螺旋 双螺旋 DNA双螺旋结构模型的构建 资料三：组成DNA分子的脱氧核糖和磷酸基团具有亲水性，而碱基具有疏水性，细胞中的DNA分子总是处于一个液体环境中，据此分析脱氧核糖和磷酸基团与碱基的位置排布？ 脱氧核糖和磷酸基团排列在双链DNA分子的外侧，碱基排列在内侧。 富兰克林 1951年，富兰克林发现提高空气的湿度，发现DNA易吸收水分。 DNA双螺旋结构模型的构建 1.DNA的两条单链由碱基连接而成还是由“脱氧核糖—磷酸”的基本骨架连接而成？请结合以下资料，判断模型1、2中哪一个是科学的？ 资料一　嘌呤和嘧啶碱基具有疏水性，脱氧核糖和磷酸具有亲水性。 请判断：在科学的模型下画“√”，反之画“×”。 √ × 核心探讨—步步高P53 A P T P C P G P T P 沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但是这个结构又被否定了，为什么？ 我们先来分析下这四种碱基的化学结构 T P G P C P T P A P 8 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 碱基（N） 嘌呤 嘧啶 DNA双螺旋结构模型的构建 两个环（更长） 一个环（更短） 9 a.这种结构导致DNA的结构不固定，会导致什么结果？ DNA的结构不稳定 A P T P C P G P T P T P G P C P T P A P A P T P C P G P T P T P G P C P T P A P 发生改变： b.那应该怎样配对呢？ 10 资料四：20世纪50年代初，查哥夫应用紫外分光光度法和纸层析等技术，对多种生物的 DNA 做碱基定量分析，发现了DNA中碱基的规律。 查哥夫 DNA双螺旋结构模型的构建 C T T G A C A G 模型： A与T配对 C与G配对 如何连接？ 氢键 一个碱基上的H原子和与之配对的碱基上的电负性强的N原子或O原子间存在一定的吸引力，形成氢键。 直径恒定 资料五：DNA螺旋的直径是固定的，均为2nm。 12 2.两条链中的碱基排列在内侧，是相同的碱基两两相连吗？请结合以下资料进行分析： 资料二　DNA螺旋的直径是固定的，均为2 nm。 资料三　嘌呤和嘧啶的分子结构图 结论：__________________________________________。 不是相同的碱基两两相连，应是嘌呤与嘧啶相连 核心探讨—步步高P53 3.请根据查哥夫碱基数据表猜测应是哪两种碱基配对？ 来源 碱基的相对含量 腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T 人 30.9 19.9 19.8 29.4 牛 27.9 22.7 22.1 27.3 酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9 结核分枝杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6 结论：______________________。 A与T配对，G与C配对 核心探讨—步步高P53 C T T G A C A G 模型： A与T之间有几个氢键？ C与G之间有几个氢键？ 2个氢键 3个氢键 直径恒定 15 C T T G A C A G 模型： a.这是DNA的最终结构吗？ 不是，因为它还是平面结构 b.它的立体结构是？ 双螺旋 c.变成双螺旋结构后会是怎样的？ 16 平面结构： C T T G A C A G DNA双螺旋结构： 17 18 威尔金斯和富兰克林提供____________ DNA是以4种__________为单位连接而成的长链，分别含有_____________4种碱基 沃森和克里克推算出DNA分子呈_____结构 脱氧核苷酸 A、T、G、C DNA衍射图谱 螺旋 尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋 被否定 查哥夫提出DNA分子中A的量等于 ,C的量等于 。 修正、重建 构建DNA 模型 验证 DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 沃森和克里克 双螺旋结构 T G DNA双螺旋结构模型的构建 教材P49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?它们分别位于 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? 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哪些启示? 教材P49讨论 (1)DNA是由两条链构成的。它的立体结构为: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的基本骨架由脱氧核糖和磷酸组成，它们排列在 DNA 的外侧。(3)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。 2.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。 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 √ 典题应用—步步高P54 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为DNA复制机制的阐明奠定基础 A.①③ B.②③ C.②④ D.③④ √ 典题应用—步步高P54 24 对DNA结构特点，从三个关键词来分析： 两条单链 反向平行 链 数： 方 向： O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H 3′ 5′ 5′ 3′ DNA的结构 DNA的一条单链具有两个末端，磷酸基团端称作5’-端。羟基(-OH)端称作3’-端。 25 2.“反向”含义的理解：脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作________，与磷酸基团相连的碳叫作________。DNA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_________，另一端有一个羟基(—OH)，称作________。DNA的两条单链走向_____，从双链的一端开始，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链则是从3′－端到5′－端的。 1′－C 5′－C 5′－端 3′－端 相反 教材梳理—步步高P54 对DNA结构特点，从三个关键词来分析： 两条单链 反向平行 链 数： 双螺旋结构 方 向： 结 构： O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H 3′ 5′ 5′ 3′ DNA的结构 27 2.互补链中相邻碱基通过 相连。 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架 碱 基 外 侧： 内 侧： 3′ 5′ 5′ 3′ 1.DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过 “ ”相连。 脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖 氢键 DNA的结构 28 配 对： （3个氢键） 氢键 G C A T （2个氢键） 碱基互补配对原则 连接核苷酸的化学键： 3',5'-磷酸二酯键 3′ 5′ 5′ 3′ G与C越多，DNA的热稳定性越大 DNA的结构 29 DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。 3',5'-磷酸二酯键 2.1 DNA的基本单位 DNA的结构 两条单链 反向平行 双螺旋结构 链 数： 方 向： 空间结构： 3′ 5′ 3′ 5′ 碱基互补配对形成氢键 G C A T 核苷酸之间连接的化学键 3',5'-磷酸二酯键 脱氧核糖和磷酸交替 连接构成基本骨架 外 侧： 碱基 内 侧： 任务二：DNA的结构及相关计算 1.如图是DNA的结构模式图，据图回答下列问题： (1)说出图中①～⑩的名称。 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胸腺嘧啶脱氧核苷酸　⑧碱基对　⑨氢键　⑩一条脱氧核苷酸链的片段 核心探讨—步步高P55 (2)一个链状DNA分子含有几个游离的磷酸基团？ 含有2个游离的磷酸基团。 (3)为什么G－C碱基对含量越多DNA越稳定？ 因为A与T之间有两个氢键，而G与C之间有三个氢键，所以DNA中G与C碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强。 核心探讨—步步高P55 核心归纳—步步高P55 准确辨析DNA结构中的数量、位置关系及连接方式 ①DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基(　　) ②每个DNA分子中，碱基数＝磷酸数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数 (　　) ③G—C碱基对的比例越大，DNA分子的稳定性越高(　　) ④在环状DNA和链状DNA结构中，均有两个游离磷酸(　　) ⑤两条链上互补的碱基通过氢键连接成碱基对(　　) ⑥DNA分子中一条链上的相邻碱基通过氢链连接(　　) ⑦每个DNA分子中一般都会含有四种脱氧核苷酸(　　) ⑧DNA分子的两条链是反向平行的，并且游离的磷酸基团位于同一侧(　　) ⑨维持基因结构稳定的键主要是磷酸二酯键和氢键(　　) × 易错点 DNA分子的一条单链，相邻碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”相连。 双链DNA碱基数目的相关计算规律—步步高P55 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： (1)A1＋A2＝_______；G1＋G2＝________。 即：双链中A＝__，G＝__，A＋G＝_____＝_____＝_____＝ (A＋G＋T＋C)。 规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和相等且为碱基总数的一半。 T1＋T2 C1＋C2 T C T＋C A＋C T＋G 互补碱基数量相等 (2)A1＋T1＝_______；G1＋C1＝_______。 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，简记为“补则等”。 A2＋T2 G2＋C2 双链DNA碱基数目的相关计算规律 (3)若 ＝___，即两者的关系是_________。 规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。 互为倒数 (4)若 _______。 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。 双链DNA碱基数目的相关计算规律 2.一个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_____ 1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____ 20% 60个 3.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？ 0.4 0.4 4.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 DNA分子中有关碱基数量的计算 39 例：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。 DNA分子中有关碱基数量的计算 40 3.(2023·湖北黄石高一联考)如图为DNA分子部分片段的示意图，下列有关叙述正确的是 A.①为3′－端，⑥为5′－端 B.DNA的基本骨架中所含化学元素包括C、 H、O、N、P C.一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通 过氢键相连 D.若该分子中G —C碱基对比例高，则热稳定性较高 √ 典题应用—步步高P55 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1 000个碱基对，则碱基之间的氢键数为2 600个 √ 典题应用—步步高P56 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。 解题方法: DNA分子中有关碱基数量的计算 1.画图最直观 2.实施等量代换 3.注意用脚码标注 4.注意区分已知条件属于上述哪种情况 5.规律很多,不必硬记,重在掌握解题方法 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少 需要： (1)代表磷酸的球形塑料片几个？ (2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？ (3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？ (4)可组装出几种该DNA片段模型？ 20 20 20 410 制作脱氧核苷酸 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 6种：磷酸、脱氧核糖、4种碱基 磷酸 脱氧核糖 四种碱基 准备材料： 沃森和克里克的模型 学生作品 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 A T A T T A G G G C C A T C C、H、O、N、P 五种元素： 四种碱基： 三种物质： 两条长链： 一种螺旋： 规则的双螺旋结构 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 两条反向平行的脱氧核苷酸链 A=T G≡C 小结 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 1.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？ 碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。 核心探讨——步步高P56 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 种类 数目 多样性 2.为什么可以利用DNA指纹来识别身份？ 两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此可以利用DNA指纹来识别身份。 核心探讨——步步高P56 特异性 50 在现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行DNA指纹鉴定。此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。 体现DNA分子的特异性。 DNA指纹技术—教材P52 3.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？ 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。 核心探讨——步步高P56 5’ 3’ 5’ 3’ 稳定性 DNA的结构特性 5’ 3’ 5’ 3’ ⑴两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 ⑵外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架； ⑶内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对， 遵循碱基互补配对原则。 2.特异性： 每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。 1.稳定性： D与d基因不同的根本原因是什么？ 脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序千变万化。 3.多样性： 52 5.(2023·河南许昌高一期末)下列学生小组制作的DNA结构模型片段中，正确的是 √ 典题应用—步步高P56 6.用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如表所示，下列说法正确的是 卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基 A T G C 卡片数量 10 10 2 3 3 2 A.最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对 B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键 C.搭建的DNA模型中有4个游离的磷酸基团 D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA片段 √ 典题应用—步步高P56 网络构建 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 ＝＝(N为相应的碱基总数)，＝＝。 ＝a，＝b，则＝ (a＋b) ＝m，则 D.该DNA分子中＝ Lavf58.30.100 $$