3.2 DNA的结构（精讲课件）-【上好课】2024-2025学年高一生物同步精品课堂（人教版2019必修2）

第2节 DNA的结构 第3章 基因的本质 必修二 DNA双螺旋结构模型的构建 1 DNA的结构 2 目录 习题检测 3 一、学习目标 二、重难点 1.概述DNA结构的主要特点。 2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的讨论和交流， 认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。 3.制作 DNA双螺旋结构模型。 DNA结构的主要特点。 DNA双螺旋结构模型的构建 1 DNA双螺旋结构模型的构建 1 20世纪初 1951-1952 1952 1951年 DNA的结构单位： 四种脱氧核苷酸 科赛尔、琼斯、列文 沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构， 尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败 （配对违反化学规律） 物理模型 X射线衍射技术 威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱 查哥夫 在DNA中， 腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T）， 鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C） 5 DNA双螺旋结构模型的构建 1 据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。 T C G A A G C T 01 03 02 DNA具有恒定的直径 能解释A、T、C、G的数量关系 制作的模型与基于拍摄的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符 6 DNA双螺旋结构模型的构建 1 英国《自然》杂志同时刊登了三篇论文，一篇是沃森和克里克的、一篇是威尔金斯的、一篇是富兰克林的。1962年，沃森、克里克、威尔金斯同时获得了诺贝尔生理学或医学奖。 1953年4月25日 沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型 1953年4月25日，英国《自然》杂志同时刊登了三篇论文，一篇是沃森和克里克的、一篇是威尔金斯的、一篇是富兰克林的。同时刊登其实是布拉格和国王学院的两位院长商议决定的，因为沃森和克里克的论文中用到了威尔金斯和富兰克林的论文结论，而那两篇论文还没发表。 1962年，沃森、克里克、威尔金斯同时获得了诺贝尔生理学或医学奖。可惜富兰克林在四年前因为癌症去世了。DNA的双螺旋结构由此为世人所知。 7 DNA双螺旋结构模型的构建 1 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的什么部位呢？ （3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？ DNA是由两条链构成的。 这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸， 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。碱基配对有一定的规律：A与T配对；G与C配对。 8 DNA双螺旋结构模型的构建 1 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？ ★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。 9 1 1.DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是（ ） ①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验 ②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱 ③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等 ④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制 A.①② 　　B.②③ 　　C.③④ 　　 D.①④ B 习题巩固 10 DNA的结构 2 1.DNA的基本单位 脱氧核苷酸 2.脱氧核苷酸的组成 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基 C 胞嘧啶 T 胸腺嘧啶 A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 1’ 2’ 3’ 4’ 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。 3.元素组成 C、H、O、N、P 回顾对DNA的认识 O P CH2 OH O OH H OH H H H H A 磷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H C 磷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H T 磷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H G 磷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 O OH H H2O 磷酸二酯键 DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。 4.DNA链的形成 回顾对DNA的认识 DNA的结构 2 一、DNA分子的结构 5’ A T G C T A C G 3’ 5’ 3’ 磷酸二酯键 1.由 条单链按_________方式盘旋成_______结构。 反向平行 双螺旋 2 5’ 3’ 5’ 3’ 15 A T A T T A G G G C C A T C 磷酸 和 交替连接，构成基本骨架； 2.外侧 碱基对 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 氢键 T C 碱基互补配对原则 碱基对 碱基对 一、DNA分子的结构 16 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 胞嘧啶（C） 氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。 一、DNA分子的结构 17 A T A T T A G G G C C A T C 4.总结 五种元素： C、H、O、N、P 四种碱基： A、T、C、G 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 氢键关系: A=T G≡C 一、DNA分子的结构 18 DNA结构模型解读 19 DNA的结构 2 二、DNA分子的结构特异性 20 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 2.特异性 碱基对的特定排列顺序。 3.稳定性 1.多样性 ①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成； ②内部碱基对稳定——通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对原则， 加强稳定性； ③空间结构稳定——规则的双螺旋结构。 碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。 遗传信息：DNA分子中的碱基对的排列顺序。 20 DNA的结构 2 三、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 21 1 习题巩固 1.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(　　) 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.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连 D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA 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 B 22 1 习题巩固 2.如图为某同学在学习了DNA分子 的结构后画的含有2个碱基对的DNA分子片段(其中“○”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中哪位同学的评价较合理？ ①甲认为该图没有什么物质和结构上的错误。 ②乙认为该图至少有3处错误，其中核糖应改为脱氧核糖，U应改为T，DNA单链中脱氧核苷酸的磷酸基团应与相邻脱氧核苷酸3′碳上的羟基脱水形成磷酸二酯键。 ③丙认为如果他画的是双链RNA分子，则该图就是正确的。 该同学要画的为DNA分子结构图，图中的错误有：①五碳糖应为脱氧核糖；② 碱基不含尿嘧啶(U)；③磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接。故乙同学评价较合理。 23 1 3.图中1为DNA分子片段的一条链，2为碱基对， 3为氢键，4为一个脱氧核苷酸。 T G A A T C T G A A T C 5’ 3’ (1)双链DNA中，游离的磷酸基团有 个。每个脱氧核糖一般连接着 个磷酸，一条单链上有 个脱氧核糖只连接一个磷酸。 2 2 1 (2)○与 、▭之间的数量关系为 。 1：1：1 (3)A与T之间有 个氢键，G与C之间有 个氢键。若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为 ；若已知G有m个，则氢键数为 。 2 3 3n－m 2n+m 习题巩固 24 1.根据碱基比例对核酸样品进行判定 是否含 有U 是 否 则含有RNA 为DNA A+C T+G 是否=1 是 否 可能是双链DNA可能是单链DNA 则为单链 DNA 2.双链DNA分子中有关单链碱基的计算 A1= , T1= , C1= , G1= 。 T2 A2 G2 C2 DNA分子中的碱基数量的计算规律 25 3.双链DNA分子中有关计算 （1）一个双链DNA分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数， 即A+G=T+C。 注意：一个双链DNA分子中，A+T与C+G不一定相等， 而且一般都不相等。 在双链DNA分子中：∵ A = T G = C ∴A+G = T+C 不同生物的DNA分子中，互补配对的碱基之和的比值不同， 即（A+T）/（G+C）的值不同。该比值体现了不同生物的DNA分子的特异性。 DNA分子中的碱基数量的计算规律 26 在双链DNA分子中：∵ A = T G = C ∴A+G = T+C （2）在DNA双链中，任意两个非互补碱基和的比例_______， 并为碱基总数的_____。 恒等 50% 也可写成： ∴A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T) = A+G T+C T+G A+C =1 A+C T+G T+C A+G = = =50% 任意两个非互补碱基和的比例为1，则可能为双链。 若为双链，则任意两个非互补碱基和的比例为1。 非互补碱基：不配对的碱基 3.双链DNA分子中有关计算 27 （3）双链DNA分子中，互补碱基之和与碱基总数之比， 与任意一条链的这种比值相等。 设A1+G1+C1+T1=m，则A2+G2+C2+T2=m ∴ A+G+C+T=2m ∵ A1 = T2、T1 = A2 ，则A1+T1=A2+T2 ，A+T=(A1+T1)+(A2+T2) A+T 2m m A1 +T1 m A2 +T2 = = 故 3.双链DNA分子中有关计算 28 （4）在双链DNA分子的两条互补链中， 非互补碱基之和比例互为倒数。 A1+G1 T1+C1 在一条链中， = m A1+G1 T1+C1 则 = m = T2+C2 A2+G2 A2+G2 T2+C2 在互补链中， = 1/m （5）双链DNA分子中，互补碱基之和的比例在任意一条链 及整个DNA分子中都相同。 A+T G+C G1+C1 A1 +T1 G2+C2 A2 +T2 = = 补则等，不补则倒。 3.双链DNA分子中有关计算 29 （6）若已知A在双链中所占的比例为c%， 则A1在单链中所占的比例无法确定， 但最大值为2c%，最小值为0 。 【例题】 在一个双链DNA分子中A占22%， 则A在其中一条单链中的数值能确定吗？ 能确定范围，0%≤A1≤44% （8）DNA分子的总氢键数= 2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数) 3.双链DNA分子中有关计算 30 （7）某碱基在双链中所占的比例等于 它在每条单链中所占比例的平均值。 A1 A1+T1+G1+C1 A2 A2+T2+G2+C2 A1 +A2 A1+T1+G1+C1 A2 A1+T1+G1+C1 A1 A1+T1+G1+C1 A (A+T+G+C)×1/2 = = = A A+T+G+C ( ) 1/2 A1 A1+T1+G1+C1 A2 A2+T2+G2+C2 + + = + 即某种碱基在1链中占m%，在互补链 （即2链）中占n%，则这种碱基在双链中应占(m+n)/2 % 3.双链DNA分子中有关计算 31 1.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的（ ） A.32.9%，17.1%　　　 B.31.3%，18.7% C.18.7%，31.3%　　　 D.17.1%，32.9% 1 B (A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%=64.2% T1=32.9% T2=? (G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%=35.8% C1=17.1% C2=? 习题巩固 32 2.(2024·哈尔滨模拟)在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占(　 ) A.12%和34% B.21%和24% C.34%和12% D.58%和30% 1 C 习题巩固 因为A＋T占全部碱基总数的42%，所以G＋C占全部碱基总数的58%；因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上所占比例相等，所以在两条链中A＋T、G＋C均分别占42%、58%；设链1上C1占24%，则链1上G1占34%，其互补链2上C2占34%；设链1上T1占30%，则链1上A1占12%，其互补链2上T2占12%，故选C。 33 1 3.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（ ） C 习题巩固 34 1 4.酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是（ ） A.DNA复制后A约占32% B.DNA中C约占18% C.DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1 D.RNA中U约占32% D 习题巩固 35 1 课堂总结 36 习题检测 3 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。 （ ） 习题检测 ✓ ✓ 38 习题检测 T G 2 A 4 C T 3 A A T 1 5’ 3’ 9 11 5 6 7 10 8 2.下面是DNA的分子的结构模式图， 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 11.磷酸二酯键 39 习题检测 3.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 40 习题检测 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 41 习题检测 5.碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义? 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。 42 THANKS $$