3.2 DNA的结构-【有堂好课】2024-2025学年高一生物同步教学实用课件（人教版2019必修2）

第2节 DNA的结构 多多＆米粒 上海“世博和谐塔” 芝加哥螺旋塔 多多＆米粒 旋转楼梯的灵感 来自于DNA的双螺旋结构 雅典奥运会开幕式 激光打出的DNA双螺旋结构 问题探讨 多多＆米粒 肺炎链球菌体内转化实验 格里菲斯 肺炎链球菌体外转化实验 艾弗里 噬菌体侵染大肠杆菌实验 赫尔希、蔡斯 多多＆米粒 4 肺炎链球菌体内转化实验 格里菲斯 肺炎链球菌体外转化实验 艾弗里 噬菌体侵染大肠杆菌实验 赫尔希、蔡斯 多多＆米粒 5 DNA双螺旋结构模型的构建 威尔金斯 富兰克林 用X射线探测DNA，分析衍射图谱来确定DNA的晶体结构 沃森 克里克 23岁的沃森来剑桥完成烟草花叶病毒的博士后课题 35岁的克里克刚从物理学转行到生物学的研究生，主攻蛋白质晶体结构 鲍林 顶尖化学家。将量子力学引入化学，并将此推广到分子生物学 多多＆米粒 沃森：生物学家（1928-） 克里克：物理学家（1916-2004） 我能帮你理解生物学内容 我能帮你理解晶体学原理 主要构建者： 沃森、克里克 剑桥大学：卡文迪什实验室 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 他们说如何一步步构建出DNA双螺旋模型，在这个过程中，又获得了哪些高人相助？ 7 8 阅读教材第48-49页，思考与讨论<DNA结构模型的构建>,并根据资料回答有关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？ 多多＆米粒 9 DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 2.建立过程： 【资料1】20世纪30年代，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。 脱氧(核糖)核苷酸 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 3’5’-磷酸二酯键 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 11 【资料2】英国物理学家威尔金斯（M. Wilkins，1916—2004）和他的同事富兰克林（R. E. Franklin，1920—1958）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱（图A）。 沃森和克里克以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 二战后，科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2nm。经过显微镜测得DNA2条链和3条链的直径都是2nm。由此推测DNA可能由2条或3条链构成。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 【资料3】①DNA分子两条链之间的距离是固定的，直径约为2nm； 假说一：A与T配对，G与C配对； ②嘌呤是双环化合物，嘧啶是单环化合物（如图所示）； 据此推测位于DNA内部的碱基如何配对？可以提出哪些假说？ 问题：DNA中碱基的是如何配对的？ 嘌呤与嘧啶配对 假说二：A与C配对，G与T配对。 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 13 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 碱基（N） 嘌呤 嘧啶 两个环（更长） 一个环（更短） 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 14 查哥夫 【资料4】奥地利生物化学家查哥夫对DNA的碱基研究数据如下图： 由此推测，上述哪种假说是正确的？ 氢键 氢键 碱基互补配对原则 （3个氢键） G C A T （2个氢键） 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 氢原子与电负性大、半径小的原子X(氟、氧、氮等)以共价键结合，若与电负性大的原子Y(与X相同的也可以)接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H···Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。 15 1953年，沃森和克里克撰写的论文«核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型»在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。 1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 诺贝尔奖 DNA衍射图谱 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 16 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T,C的量等于G。 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 【模型建构4】 现存于伦敦科学博物馆 沃森（左）和克里克（右） 3.总结过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 18 ①DNA的基本单位是： 脱氧核苷酸 磷酸基团 脱氧核糖 含氮碱基 脱氧 核糖 P 含氮碱基 CH2 O 1' 2' 3' 4' 5' H H OH H H H 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T (4种) C、H、O、N、P 一、DNA双螺旋结构模型的构建 多多＆米粒 对DNA结构特点，我们从三个关键词来分析： 两条单链 反向平行 双螺旋结构 链数： 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′ 课本P50 二、DNA的结构 多多＆米粒 19 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′ 课本P50 二、DNA的结构 多多＆米粒 20 化学键： （2个氢键） 3′ 5′ 5′ 3′ 氢键 A T G C （3个氢键） 碱基互补配对原则 联系：核苷酸之间连接的化学键是？ 3',5'-磷酸二酯键 课本P50 二、DNA的结构 多多＆米粒 21 （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 二、DNA的结构 多多＆米粒 22 对点训练： 1.一个链状DNA分子含有几个游离的磷酸基团？ 2.一个脱氧核糖连接几个磷酸？ 3.一条链上相邻的两个碱基通过什么连接？ 4.A+T含量为40%的DNA分子和A+T含量为60%的DNA分子哪个结构更稳定，为什么？ A+T含量为40%的DNA分子G与C含量越多，氢键越多，更稳定。 1个或2个 2个游离的磷酸 脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖 T C G A A G C T 课本P50 二、DNA的结构 多多＆米粒 快问快答 (1)威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈螺旋结构(　　) (2)沃森和克里克构建的DNA分子双螺旋结构模型中，磷酸—脱氧核糖骨架排列在螺旋内部，碱基排列在螺旋外部(　　) (3)沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法(　　) × × √ (4)DNA中A与T碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强(　　) (5)一个DNA分子中1个磷酸均与2个脱氧核糖相连(　　) (6)DNA两条链上的碱基通过氢键相连(　　) (7)每个DNA分子中，脱氧核糖数＝磷酸数＝含氮碱基数(　　) × × √ √ 沃森和克里克 G和C 1个或2个 外部 内部 多多＆米粒 课堂演练 1.下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称 胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶（C） 鸟嘌呤 (G) 腺嘌呤 (A) 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 １. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. __ 1 2 3 4 5 6 7 8 10 9 G T C A 多多＆米粒 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： 二、DNA的结构 多多＆米粒 26 5’ 3’ 5’ 3’ 脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序千变万化。 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 3.多样性： 二、DNA的结构 多多＆米粒 27 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。 （1） 据实验测定，G//C碱基对占比越高，DNA越稳定，和其结构有什么关系？ （2）在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对。 请同学们计算DNA分子有多少种？ 多样性 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）为什么可以利用DNA指纹来识别身份？ 二、DNA的结构 多多＆米粒 28 A T A T T A G G G C C A T C 五种元素 四种碱基 一种螺旋 三种物质 两条长链 C、H、O、N、P A、T、C、G 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 规则的双螺旋结构 两条反向平行的脱氧核苷酸链 DNA的结构 多多＆米粒 2．下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩ 的名称。 ① ；② ； ③ ；④ ； ⑤ ；⑥ ； ⑦ ；⑧ ； ⑨ ； ⑩ 。 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 脱氧核糖 磷酸 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 例题1：一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中总共含有_____个氢键。 1000个碱基对共有2000个碱基 A=240 氢键数=240×2+760×3=2760 G+C= 1520 A+T= 480 T=240 G=C= 760 碱基互补配对原则 （3个氢键） G C A T （2个氢键） 三、DNA碱基数目的相关计算规律 多多＆米粒 先算ATCG的数量，再算氢键 31 A=T，C=G A+G = ?+? A+C = ?+? 在整个双链DNA中： T+C 50% T+G = 推论2： 推论1： 规律一：双链DNA分子中嘌呤总数＝嘧啶总数， 例题2：某生物细胞DNA的碱基中，腺嘌呤的分子数占22%，那么，胞嘧啶的分子数占（ ） A.11% B.22% C.28% D.44% C C=50%–22%=28% 任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 嘌呤%+嘧啶%=1 嘌呤%=嘧啶%= A+G C+T = = ? = = 50% 三、DNA碱基数目的相关计算规律 多多＆米粒 32 A T T A G C C G DNA双链 1链 2链 m m A2+C2+G2+T2 = A1+T1 A1+C1+G1+T1 T2+A2 = T+A A1 = T2 在整个双链DNA中： A+C+G+T A1+T1 设 ，求 =？ A+T A+T+G+C = n A1+T1+ G1+C1 A2+T2 =？ A2+T2+ G2+C2 n n 例题3：某DNA中G+C占整个DNA碱基总数的56%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是（ ） A.35% B.29% C.28% D.21% A 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”。 三、DNA碱基数目的相关计算规律 多多＆米粒 33 设DNA一条链为1链，互补链为2链。 根据碱基互补配对原则: 在DNA双链中： A = T ， G = C 可知：A1=T2 ， A2=T1，G1 = C2 ， G2 =C1。 A2+G2 T2+C2 A1+G1 T1+C1 = b 设 ，求 =？ A+G T+C =？ 1/b 1 针对训练3 某DNA双链中， 一条链中 则互补链中 的比值是 。 一条链中 则互补链中 的比值是 。 = A1+T1 C1+G1 0.4 = A1+C1 T1+G1 0.4 0.4 2.5 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” A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A2+T2 C2+G2 A2+C2 T2+G2 三、DNA碱基数目的相关计算规律 多多＆米粒 34 制 作 DNA 模 型 材料 用具 磷酸 脱氧核糖 4种碱基 多多＆米粒 制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。 制 作 DNA 模 型 多多＆米粒 将制成的脱氧核苷酸模型连接成长链。 制 作 DNA 模 型 多多＆米粒 制作DNA平面结构模型：将两条链间的碱基连接。 碱基互补配对原则 A T G C T A C G 制 作 DNA 模 型 多多＆米粒 制作DNA空间结构模型：双手分别提起两端，拉直双链，向右旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋空间结构模型。 制 作 DNA 模 型 多多＆米粒 在双链DNA分子中，G和C之和占全部碱基的48%，其中一条链的A占该链碱基总数的24%，则另一条链中的A占该链碱基总数的百分比为（ ） A.24% B.26% C.28% D.76% 多多＆米粒 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 多多＆米粒 已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.6%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.8%和17.2%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( ) A.31.6%和18.4% B.31.3%和18.7% C.18.7%和31.3% D.17.1%和32.9% 多多＆米粒 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1 000个碱基对，则碱基之间的氢键数2 600个 D.在DNA分子中G+C/A+T=3/2 多多＆米粒 外侧： 交替连接，构成 基本骨架，并按 方式排列成两条长链； 平面结构 内侧：两条链上的碱基通过 连成 ， 遵循 原则（A ,G ） 空间结构： 结构（右旋） 磷酸、脱氧核糖 反向平行 双螺旋 氢键 碱基对 ＝T ≡C 碱基互补配对 DNA分子结构的双螺旋结构 多多＆米粒 DNA分子结构的特性 (1) 性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。 (2) 性：如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。 (3) 性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。 稳定 多样 特异 多多＆米粒 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。 （ ） 多多＆米粒 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 多多＆米粒 二、拓展应用 碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义？ 多多＆米粒 Lavf58.29.100 $$