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

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 【重温经典】 第2节 DNA的结构 1 概述DNA结构的主要特点（重、难点）。 2 通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。 3 学会按照碱基互补配对原则进行碱基计算（难点）。 DNA雕塑 北京中关村高科技园区 目标一 DNA双螺旋结构模型的构建 1.【知识重温】DNA分子的化学组成 DNA中文全称 DNA的基本单位 脱氧（核糖）核苷酸 脱氧核糖核酸 基本单位的组成 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 DNA的基本组成元素？ C、H、O、N、P A T G C 腺嘌呤 胸腺嘧啶 胞嘧啶 鸟嘌呤 4种 脱氧核苷酸种类？ 脱氧 核糖 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 脱氧核苷酸的种类（4种） A C T G o 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 脱氧核糖 核糖 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 核苷酸模式图 “1碱磷5” 五碳糖 基本元素组成： 基本组成单位： 【总结】DNA分子的组成层次 脱氧核苷酸链 DNA分子 聚合 C、H、O、N、P 4种脱氧核苷酸 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基 主要分布于？ 少量分布于？ 盘旋 细胞核 线粒体、叶绿体中 2．DNA双螺旋结构模型的构建过程 阅读《教材》P48—49 物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林利用X射线衍射技术获得了DNA衍射图谱。 推断 沃森 克里克 美国 英国 1．DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？ 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结构模型的构建 双螺旋 三螺旋 2.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。据此你可以得出什么结论？ 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。 1951年，富兰克林发现提高空气的湿度，发现DNA易吸收水分。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。 DNA结构模型的构建 富兰克林 3.嘌呤碱基是双环化合物，嘧啶碱基是单环化合物（如图所示），而DNA分子两条链之间的距离是固定的，直径约为2nm，据此推测位于DNA内部的碱基如何配对？并作出假说。 嘌呤与嘧啶配对。 DNA结构模型的构建 假说一：A与T配对，G与C配对；假说二：A与C配对，G与T配对。 A与T的数量相等，C与G的数量相等。 DNA结构模型的构建 推测：碱基会怎么相互配对？ 生化学家--查哥夫 假说一 2个氢键 3个氢键 1953年美国生物学家沃森和英国物理学家克里克共同构建DNA分子双螺旋结构模型。 沃森（左）和克里克（右）在构建DNA模型 在生命的“旋梯”上 物理模型 2．DNA双螺旋结构模型的构建过程 阅读《教材》P48—49 脱氧核苷酸 DNA衍射图谱 T C 外部 骨架 相同碱基 A=T，G=C 3.DNA双螺旋结构模型的特点及意义 ②能解释DNA的复制。 01 特点：DNA具有恒定的直径。 02 ①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。 于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 富兰克林 威尔金斯 克里克 沃森 【练学1】1.判断正误 （1）威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微照片（　 　） （2）查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系（ 　） （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（　 　） 2．下列关于DNA结构模型构建的叙述，错误的是（　 　） A．查哥夫提供的信息为模型的构建提供了重要依据 B．根据DNA衍射图谱，沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构 C．沃森和克里克在最初构建的双螺旋结构中，认为磷酸和脱氧核糖排列 在外部，碱基排列在内部，且A与T配对，G与C配对 D．DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的 C 目标二 DNA的结构 1．★DNA双螺旋结构的主要特点 一条脱氧核苷酸链 磷酸二酯键 … 3',5'-磷酸二酯键 5′ 5′ 3′ 3′ 氢键 DNA的平面结构 A P 脱氧 核糖 G P 脱氧 核糖 T P 脱氧 核糖 C P 脱氧 核糖 脱氧 核糖 G P A P C P T P 脱氧 核糖 脱氧 核糖 脱氧核糖 特点1：DNA是由 条单链组成的，这两条链按 方式盘旋成 。 反向平行 双螺旋结构 两 氢键 5’ 3’ 5’ 3’ 《教材》P50图 DNA的一条单链具有两个末端 ①一端有一个游离的磷酸基团， 称作 ； ②另一端有一个羟基（—OH）， 称作 ； DNA的两条单链走向相反 5′－端 3′－端 ①一条单链从5′－端→到3′－端； ②另一条单链从3′－端→到5′－端。 5’ 3’ 5’ 3’ 特点2：DNA中的 和 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 排列在内侧。 脱氧核糖 磷酸 碱基 氢键 5’ 3’ 5’ 3’ 特点3：两条链上的碱基通过 连接成碱基对，并且碱基配对具有一定规律。 氢键 氢键 5’ 3’ 5’ 3’ 碱基互补配对原则 即：A一定与T互补配对； G一定与C配对。 A T A－T之间形成2个氢键 G－C之间形成3个氢键 G C 【思考】相同长度的DNA分子中，稳定性大小？ G—C碱基对越多，氢键数越多，则DNA分子结构越稳定，更耐高温。 5′ －A－A－C－C－G－G－A－T－ 3′ －T 1.如果下面表示双链DNA一条单链的某片段，试写出与之互补配对的另一条单链片段。 练一练： －T －G －G －C －C －T －A－ 5′ 3′ 《教材》P52--选择4 C 2.下图是DNA的结构模式图，用文字写出图中标号的名称 《教材》P52 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 【研学】DNA分子平面结构示意图的识别并分析 （1）两个重要的化学键 ⑨ ⑩ 氢键 磷酸二酯键 （2）两种连接方式 ①两条链之间的碱基 通过 相连； ②同一条脱氧核苷酸链上相邻的两碱基是怎么相连的？ 氢键 依次：脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖 （3）一个线性DNA分子中含 有 个游离的磷酸基团？ 2 一个环状DNA分子中含 有 个游离的磷酸基团？ 0 （4）一个线性DNA片段中， 每个磷酸上都连着两个脱氧核糖吗？ ； 每个脱氧核糖上都连着两个磷酸吗？ 。 5′－端磷酸 3′－端脱氧核糖 NO NO （5）与图中碱基⑦构成一个 基本单位的磷酸是？ 与图中碱基G构成一个基本 单位的磷酸是？ 图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？ 5′－磷酸 5′－磷酸 不能 （6）DNA初步水解的产物？ DNA彻底水解的产物？ 脱氧核苷酸 4种 脱氧核糖、磷酸、 4种碱基（A、T、C、G） 6种 【练学2】1.判断正误 （1）DNA中碱基数＝磷酸数＝核糖数（　 　） （2）含有G、C碱基对比较多的DNA热稳定性较差（　 　） （3）DNA分子中的每个磷酸均与2个脱氧核糖连接（　 　） （4）磷酸与脱氧核糖交替连接，构成DNA的基本骨架（　 　） （5）DNA一条链上相邻的两个碱基通过氢键相连（　 　） 2．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 D ★3.碱基互补配对原则的应用——有关碱基数及比例的计算 （1）在一个双链DNA分子中，碱基个数： A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 则：A1＋A2＝ ；G1＋G2＝ 。 即：双链DNA分子中A＝ ，G＝ ； 则：A＋G＝ ＝ ＝ ＝ 。 T1＋T2 C1＋C2 T C T＋C A＋C T＋G 1/2(A＋G＋T＋C) 【规律一】 ①双链DNA分子中嘌呤碱基 总数等于嘧啶碱基总数； 【规律一】 ②任意两个不互补碱基之 和为碱基总数的一半。 【例】在某双链DNA分子的碱基中，腺嘌呤A分子数占20%， 则该DNA分子中T占 ，G 占 ，C 占 。 20% 30% 30% 若某双链DNA分子的一条单链中腺嘌呤A分子数占20%， 则该单链中T占 ，G 占 ，C 占 。 ？ ？ ？ 练一练： （2）在一个双链DNA分子中： A1＋T1＝__________； A2＋T2 G1＋C1＝__________。 G2＋C2 则： 则： 【规律二】互补碱基之和在任意一条链及整个DNA分子中所占比例都相等。 简记为“补则等” A1+T1 N1 A+T N = A2+T2 = N2 C1+G1 N1 C+G N = C2+G2 = N2 练一练： 【例】若在DNA的一条链中（A+T）/（C+G）= b ， 则其互补链中（A+T）/（C+G）=？ 整个DNA分子中（A+T）/（C+G）=？ b b 【例】若DNA的一条链中（A+T）占40%， 则其互补链中（A+T）占 ； 整个DNA分子中（A+T）占 。 40% 40% （3）在一个双链DNA分子中： 若一条链中 则其互补链中 整个DNA分子中 1 若一条链中 则其互补链中 整个DNA分子中 1 【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” T1+G1 = m A1+C1 T2+G2 = ？ A2+C2 T+G = ？ A+C m 1 T1+C1 = a A1+G1 T2+C2 = ？ A2+G2 T+C = ？ A+G a 1 （4）在一个双链DNA分子中： 若 则 【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。 N1 = a A1 N2 = b A2 N = ？ A 2 a+b 1.某双链DNA分子中，若一条单链中碱基比值A+T/G+C=0.8，则在其互补链中这个比例为( ) A、 0.4 B、 0.8 C、1.25 D、 2.5 2.某双链DNA分子中，若一条单链中碱基比值A+G/T+C=0.4，则在其互补链中这个比例为( ) A、 0.4 B、 0.8 C、 1 D、 2.5 B D 练一练： 简记为“补则等” 简记为“不补则倒” 《教材》P52--选择3 C 8．某生物的碱基组成是嘌呤碱基占碱基总数的60%，嘧啶碱基占碱基总数的40%，则它不可能是 (　 　) A．棉花 B．绵羊 C．T2噬菌体 D．烟草花叶病毒 《练透—作业13》P149 C 3．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 D．该DNA分子中（C+G）/（A+T）=3/2 【练学2】 B 4．某DNA分子中A＋T的量占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链上的G的量占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条链上的G的量占该链碱基总数的比例是（　 　） A．35% B．29% C．28% D．21% 【练学2】 A 目标三 制作DNA双螺旋结构模型 1．目的要求 2．材料用具 曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等物品。 通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。 3．制作过程 ①从DNA的基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过订书钉连接成基本单位——脱氧核苷酸模型。 ②然后把“脱氧核苷酸”按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条“脱氧核苷酸链”。 ③用同样方法制作另一条，再按碱基互补配对方式用订书钉连接两条链。 ④最后旋转。 4.DNA只含有4种脱氧核苷酸，但 的千变万化，使DNA储存了大量的 。 一个含有100个碱基的DNA分子，碱基对的排列顺序最多有 种； 一个含有100个碱基对的DNA分子，碱基对的排列顺序最多有 种； 450 4100 一个含有n个碱基对的DNA分子，碱基对的排列顺序最多有 种。 4n 碱基对排列顺序 遗传信息 【总结】DNA分子的多样性： DNA分子中 的排列顺序千变万化，构成了DNA分子的多样性。 碱基对 5.DNA 两条链上的碱基之间的 维持了双螺旋结构的稳定性。 氢键 1．下列学生小组制作的DNA结构模型片段中，正确的是（　 ） 【练学3】 A 2．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（多选）( ) 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2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 BC 3．如图为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，现在要制作一个包含4种碱基、15个碱基对的模型，下列叙述正确的是（　 　） A．制作时要用到6种不同形状大小的卡片， 共需要90张卡片 B．模型中d处卡片代表磷酸基团，它和脱氧 核糖交替连接，位于主链的内侧 C．DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个 碱基和两个磷酸基团 D．DNA的两条链反向平行，故a链从左向右 的碱基序列和b链从右向左的碱基序列相同 A 【网络构建】 $$