3.2 DNA的结构课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

第2节 DNA的结构 格里菲斯 肺炎链球菌体内转化实验：含有某种“转化因子” 艾弗里 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 后续科学家 烟草花叶病毒侵染烟草的实验：遗传物质是RNA。DNA是主要的遗传物质。 DNA的结构 ? 前情回顾：名人榜 赫尔希、蔡斯 噬菌体侵染大肠杆菌实验：DNA是真正的遗传物质 以DNA双螺旋结构进行衍生设计 瑞典马尔默旋转塔 高190米/54层 巴拿马螺丝塔 高243米 莫斯科进化大厦 高度255米 沙特吉达钻石塔 高432米 投资额10亿美元 北京中关村的“生命”雕塑 问题探讨 “生命”双螺旋雕塑象征中关村人生生不息的创新精神。更多以DNA结构进行设计的建筑都成为了当地的地标性建筑。然而DNA双螺旋结构的发现更是具有里程碑意义。 卡文迪什实验室 沃森 克里克 两位兴趣相投的科学家达成合作 进行DNA结构的研究。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 一、DNA双螺旋结构模型的构建 资源1：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 4种碱基。 A、G、C、T 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 … P A P T P G P C P G P C 3’，5’-磷酸二酯键 DNA衍射图谱 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 尝试建立模型，但都否定了。后来他们在看到威尔金斯提供的一些最新的X射线照片，几乎可以确定DNA是规则的双螺旋结构 6 资料3：1952年春天，奥地利生物化学家查哥夫，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中碱基会相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。 1.双螺旋结构：碱基在内部，脱氧核糖-磷酸骨架在外部。 2.A与T，C与G配对，两条链方向相反。 沃森、克里克的研究 沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型 01 DNA具有恒定的直径 02 能解释A、T、C、G的数量关系 03 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 1962年诺贝尔生理学与医学奖 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 威尔金斯 克里克 沃森 1953年，沃森和克里克撰写《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文发表。 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 例4.(2021·广东，5)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 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 √ 1.DNA的基本单位： 脱氧核苷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 1’ 2’ 3’ 4’ 脱氧核苷酸的种类：4种 二、DNA结构特点 2.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 DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘绕形成双螺旋结构。 DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，它的组成有一定的规律，碱基互补配对原则。 3.DNA的结构特点 5’ 3’ 5’ 3’ 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 P52： 1.你能说出图中1～10的名称。 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 脱氧核糖 磷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸　 一条脱氧核苷酸链的片段 碱基对 氢键 2.一个DNA分子含有几个游离的磷酸基团？ 3.一个脱氧核糖连接几个磷酸？ 1个或2个 2个 4.一条链上相邻的两个碱基通过什么连接？ 脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖 5. 为什么G//C碱基对含量越多DNA越稳定？ 氢键越多，结构越稳定，而G—C碱基对之间含有的氢键多，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。 稳定性 外部稳定的基本骨架、内部碱基对稳定、空间结构稳定。 6.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。 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 多样性 7.为什么可以利用DNA指纹来识别身份？ 特异性 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。 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 √ 3.下面关于DNA分子结构的叙述中，错误的是 A.每个双链DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸 B.每个核糖上均连接着1个磷酸和1个碱基 C.DNA分子的基本骨架排列在外侧 D.双链DNA分子中的一段若含有40个胞嘧啶，就一定会同时含有40个鸟 嘌呤 √ ①在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。 A1＋T1 G1＋C1+A1＋T1 ＝m A2＋T2 G2＋A2＋T2+C2 ＝m A＋T A＋T+G＋C ＝m 则 若 则 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算规律 ②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”。 ④非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。在整个DNA分子中为1。 若 , , 则 ，则 T2 ＋C2 A2＋G2 ＝ 1 a T ＋C A＋G ＝1 T1 ＋C1 A1＋G1 ＝a ③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， 若 ，，则 ，则 G1＋C1 A1＋T1 ＝m G2＋C2 A2＋T2 ＝m G＋C A＋T ＝m 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 24 5.从某生物组织中提取DNA进行分析，其4种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%。又知该DNA的一条链(H链)，所含的碱基中有28%是腺嘌呤，问与H链互补的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的( ) A.42% B.27% C.26% D.14% C 6．某DNA分子含有1 000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．该DNA分子中含有的氢键数为2.4×103个 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．由于碱基互补配对，DNA分子中C与G的和一定占50% √ 25 2.甲生物核酸的碱基组成为：嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遗传物质的碱基比例为：嘌呤占34%、嘧啶占66%，则甲、乙生物可能是（ ） A.蓝藻、变形虫 B.T2噬菌体、豌豆 C.硝化细菌、绵羊 D.肺炎双球菌、烟草花叶病毒 D 三、制作DNA双螺旋结构模型 利用居家可获得的材料构建DNA双螺旋结构模型。 纸板、彩笔、铁丝、筷子、夹子都有可能是你会用到的好材料。 以下DNA结构如何表示？ 脱氧核糖 磷酸基团 四种含氮碱基（A、T、C、G） 化学键和氢键 学生作品 核心探讨：DNA的多样性和稳定性 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？ 提示　碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。 2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？ 提示　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。 本节内容 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 √ 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 √ ▌经检测得知，一双链DNA分子中鸟嘌呤的数目为x，其占碱基总量的比例是y，以下推断正确的是( ) A． 与鸟嘌呤互补的碱基所占的比例是(1－y) B． 该DNA分子的嘌呤碱基和嘧啶碱基的比值是x/y C． 该DNA分子的碱基之间的氢键数是x(1＋2/y) D． 与鸟嘌呤不互补的碱基数目是x(1－2y)/y D RNA的结构 1)化学组成 组成元素：C H O N P 腺嘌呤核糖核苷酸 鸟嘌呤核糖核苷酸 胞嘧啶核糖核苷酸 尿嘧啶核糖核苷酸 2)结构： 单链、比DNA短 基本单位：核糖核苷酸 34 RNA——由一条核糖核苷酸链构成，一般是单链 A 人体中，组成核酸的碱基和核苷酸分别有多少种？ 碱基：5种 核苷酸：8种 如果是艾滋病毒呢 如果是蓝藻呢 细胞结构的生物：5和8 非细胞结构：4和4 U C G 核酸的水解 核酸 8种核苷酸 磷酸、 2种五碳糖、 5种含氮碱基 DNA 4种脱氧核苷酸 磷酸、脱氧核糖、 4种含氮碱基 RNA 4种核糖核苷酸 磷酸、核糖、 4种含氮碱基 初步水解 彻底水解 2.某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上有A：T:G:C=1:2:3:4。下列表述错误的是（ ） B A.该DNA分子的共有540个氢键 B.该DNA分子中的碱基排列方式共有4200种 C.该DNA分子中4种含氮碱基A:T:G:C=3:3:7:7 D.该DNA分子的热稳定较高 DNA双螺旋结构模型的构建 Construction of DNA double helix structure model 1951年 富兰克林发现提高空气的湿度，发现DNA易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团应该位于DNA的外侧，其余部分位于内侧。这是解开DNA结构的重要线索。 富兰克林 内侧 外侧 38 ▌在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则下列有关叙述正确的（ ）。 ①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m 　 ②碱基之间的氢键数为(3m-2n)/2 ③一条链中A+T的数量为n 　 ④G的数量为m-n A、①③ B、②③④ C、①②④ D、①②③ D ￭ 实战演练 ：DNA的相关计算题（比例问题） 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 √ DNA双螺旋结构模型的构建 Construction of DNA double helix structure model 1951年 沃森与克里克推算出三股螺旋的DNA结构（磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧）。他们邀请威尔金斯和富兰克林观看，被两人评价为“一无是处”，并告知他们含氮碱基应该排列在内侧。沃森和克里克默默地记录下了这个关键信息。 41 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 D.该DNA分子中＝ $$