3.2 DNA的结构-1课时-【精讲课堂】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 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。 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 卡文迪什实验室 沃森 克里克 一直对DNA结构的奥秘感兴趣的沃森，来到英国剑桥大学卡文迪什实验室工作。在这里，他遇到了同样对DNA结构着迷的克里克。两位兴趣相投的科学家达成合作进行DNA结构的研究。 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 活动：阅读教材P48-49，完成下列填空 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 基本组成元素是 基本单位是　 C 、H、 O 、N 、P 脱氧核苷酸（4种） O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 1’ 2’ 3’ 4’ 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 脱氧 核糖 磷酸 含氮碱基 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 脱氧 核糖 磷酸 含氮碱基 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 3',5'-磷酸二酯键 2.脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的DNA长链 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 活动：阅读教材P48-49，完成下列填空 资源2：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 。 现象：DNA呈现“X”形 推算：DNA呈螺旋结构 DNA衍射图谱 沃森、克里克的研究 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 活动：阅读教材P48-49，完成下列填空 资源3：生物学家沃森与物理学家克里克合力推出了三股螺旋的DNA结构，他们把磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧。当他们邀请威尔金斯和富兰克林前来观看时，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。 三螺旋 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 资源4：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。富兰克林拍摄的B型DNA钠盐纤维的X射线衍射图，清楚地显示出双重对称性，可以有力地排除三链螺旋的可能性，同时确定了DNA是双螺旋结构。 富兰克林 沃森和克里克也计算了单条脱氧核苷酸链的密度，发现它是实验提取的DNA密度的一半。 构建：DNA呈双螺旋结构 脱氧 核糖 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 活动：阅读教材P48-49，完成下列填空 资源5：1952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 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 磷酸 脱氧 核糖 A 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ T 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O O 磷酸 磷酸 脱氧 核糖 C 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 脱氧 核糖 G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O 磷酸 腺嘌呤（A） 胸腺嘧啶（T） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 满足查哥夫定律，碱基排列在内部（符合衍射图计算的参数） 氢键 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型 沃森和克里克改变了碱基配对的方式，让A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型。 结果发现：A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有稳定的直径。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现两者完全相符。 现存于伦敦科学博物馆 1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载引起了极大的轰动。 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 任务一：DNA双螺旋结构模型的构建 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。 早凋的“科学玫瑰” －－富兰克林（R.E.Franklin） 3.DNA的结构特点 任务二：DNA结构 2条反向平行的脱氧核苷酸长链盘绕形成双螺旋结构 O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H 3′ 5′ 5′ 3′ DNA平面结构 3.DNA的结构特点 任务二：DNA结构 3′ 5′ 5′ 3′ 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架 碱基 外侧： 内侧： DNA平面结构 3.DNA的结构特点 任务二：DNA结构 3′ 5′ 5′ 3′ 化学键： （2根氢键） 氢键 A T G C （3根氢键） 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 G与C越多，DNA的热稳定性越大 DNA平面结构 碱基对 任务二：DNA结构 任务二：DNA结构 思考·讨论： 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？ 3.一个原核细胞“细菌”DNA分子含有几个游离的磷酸基团？ 0 任务三：DNA结构特点 该DNA分子中一个磷酸与几个脱氧核糖相连？ 一个脱氧核糖与几个磷酸相连？ 一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过什么相连？ 一个或两个。 一个或两个。 “—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—” 思考·讨论： 任务三：DNA结构特点 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： 任务三：DNA结构特点 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： 任务三：DNA结构特点 有1700个碱基对，可以排列多少种DNA分子？ 在人体内，珠蛋白有1700个碱基对，可以排列多少种珠蛋白DNA分子？ 41700 1 多样性 特异性 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算规律 1链 10A 30G 30C 20T 2链 T？ C？ G？ A? 1链（A1+G1）/（T1+C1）=？ 2链（A2+G2）/（T2+C2）=？ DNA中（A+G）/（T+C）=？ 1链（A1+T1）/（G1+C1）=？ 2链（A2+T2）/（G2+C2）=？ DNA中（A+T）/（G+C）=？ N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 10 30 30 20 4/5 5/4 1 1/2 1/2 1/2 成倒数关系 比值相等 你能从上述结果中总结出什么规律吗？ 任务四：DNA结构计算 任务四：DNA结构计算 设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知：A1=T2 ， T1=A2， G1 = C2 ， C1=G2。则在双链DNA中： A = T ， G = C。 A+G = T+C = A+C = T+G = 碱基总数 规律一：在双链DNA中 总数与 总数相等，即A＋G等于T＋C 嘌呤碱基 嘧啶碱基 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算 N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A+G T+C =1 1 2 若 ，则 = 设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知：A1=T2 ， T1=A2， G1 = C2 ， C1=G2。则在双链DNA中： A = T ， G = C。 任务四：DNA结构计算 N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 T1+C1 = m A1+G1 T2+C2 A2+G2 m 1 若 ，则 = G1+C1 = n A1+T1 G2+C2 A2+T2 n G+C A+T =n 设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知：A1=T2 ， T1=A2， G1 = C2 ， C1=G2。则在双链DNA中： A = T ， G = C。 任务四：DNA结构计算 N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 例1:某双链DNA分子中，G占30%，求T占多少？ 20% 例2:某双链DNA分子中，A占20%，有100个碱基对构成的DNA分子，G有多少个？ 60 例3: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 例4:在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 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算 N1 N2 N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 例题2：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 B 任务四：DNA结构计算 1．双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T、C＝G，且嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 2．双链DNA分子中，任意两个不互补的碱基之和恒等，即A＋G＝T＋C ＝A＋C ＝T＋G；并且任意两个不互补的碱基之和占碱基总量的50%，即(A＋C)%＝(T＋G)%＝50%(A＋T＋C＋G)。 3．双链DNA分子中，任意两个不互补碱基之和的比值：一条链与互补链互为倒数，双链中为1。即： 4．双链DNA分子中，任意两个互补碱基之和的比值：一条链与互补链以及双链中皆相等。即： 5．某种碱基在双链中所占的比例等于其在每一条链中所占比例的平均值。 6．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)/(C＋G)的值不同。 DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤 (1)弄清楚题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。 (2)画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。 (3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A 腺嘌呤；T 胸腺嘧啶 G 鸟嘌呤；C 胞嘧啶 设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则 可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。 则在DNA双链中： A = T ， G = C 可引申为： ①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数 A+G=T+C 即A+G/T+C=1 例题1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？ 27% 任务四：DNA结构计算 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A 腺嘌呤；T 胸腺嘧啶 G 鸟嘌呤；C 胞嘧啶 ②双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。(互补碱基之和的比值) A+T G+C A1+T1 G1+C1 A2 +T2 G 2 +C2 = = 即，若：A+T=整个DNA的n%， G+C=整个DNA的m% 则：A1+T1=1链的n%，G1+C1=1链的m% A2+T2=2链的n%，G2+C2=2链的m% 例题2、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。 24% 任务四：DNA结构计算 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A 腺嘌呤；T 胸腺嘧啶 G 鸟嘌呤；C 胞嘧啶 ③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。（不互补的碱基之和的比值） A1+G1 T1 +C1 = a T2 +C2 A2 +G2 = 1/a 例题3、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 ; 任务四：DNA结构计算 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A 腺嘌呤；T 胸腺嘧啶 G 鸟嘌呤；C 胞嘧啶 例4：某双链DNA分子中，A占整个DNA碱基总数的27%，其中一条链上A占该链碱基总数的22%。求另一条链上A占其所在链碱基总数的百分含量。 ④一种碱基在两条链中所占的比例等于这种碱基在每条单链中所占的比例之和的一半 32% 任务四：DNA结构计算 练习应用 1.在一个双链DNA分子中，碱基总数为a，鸟嘌呤碱基数为b，则下列叙述错误的是(　　) A.脱氧核苷酸数＝磷酸数＝a B.碱基之间的氢键数为a＋b C.T的数量为a－b D.一条链中C＋G的数量为b C 解析：DNA的基本单位是脱氧核苷酸，1分子的脱氧核苷酸是由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮碱基组成，因此脱氧核苷酸数＝磷酸数＝a，A正确；依题意和碱基互补配对原则可推知，在该双链DNA中，A＋T＋G＋C＝a，G＝C＝b，A＝T＝(a－b－b)÷2＝1/2a－b，又因为在双链DNA分子中，A与T之间有2个氢键， G与C之间有3个氢键，所以碱基之间的氢键数为2×(1/2a－b)＋3b＝a＋b，B正确，C错误；依据碱基互补配对原则可推知，在双链DNA分子中，一条链上的碱基C、G分别与另一条链上的G、C相等，所以一条链中C＋G的数量为b，D正确。 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 拓展：双链DNA碱基数目的相关计算规律 任务五：制作DNA双螺旋结构模型 可能用到的实验材料 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 模型搭建需要注意的问题 核苷酸的结构：磷酸基团、脱氧核糖和含氮碱基如何连接？ 请注意示意图上脱氧核糖碳原子的位置 DNA的两条链反向平行 碱基互补配对 平面模型构建立体模型 腺嘌呤 胸腺嘧啶 鸟嘌呤 胞嘧啶 任务五：制作DNA双螺旋结构模型 DNA双螺旋折纸教程 任务五：制作DNA双螺旋结构模型 任务五：制作DNA双螺旋结构模型 学生作品 任务五：制作DNA双螺旋结构模型 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。 （ ） 练习与应用 √ √ 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 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' 练习与应用 C C 实践应用 本节内容 化学组成单位 双螺旋结构 基本单位——脱氧核苷酸 种类： 4种 主要特点 碱基互补配对原则： ①由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。 ②外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 ，碱基排列在内侧。 ③DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。 —A —A —C —C— G —G—A— T— —T —T —G —G —C —C —T —A— DNA的结构 DNA双螺旋结构的构建 (碱基互补配对原则) UTC 2024-04-15 05:26:16 Lavf58.76.100 D.该DNA分子中＝ EVCapture4.1.9软件录制 Lavf58.28.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$