3.2 DNA的结构-【精准备课】2024-2025学年高一生物同步教学精优课件（人教版2019必修2）

第3章 基因的本质 1 2 第2节 DNA的结构 主讲教师：周慧慧 3 聚焦 1 沃森和克里克是怎样揭示DNA的双螺旋结构的？ 2 这一研究过程给我们哪些启示？ 3 DNA的双螺旋结构有哪些主要特点？ 1 DNA的结构 5 2.1 DNA的化学组成 脱氧核苷酸 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基 C、H、O、N、P A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 T 胸腺嘧啶 DNA的基本单位： DNA元素组成： 核苷酸的组成： 含氮碱基 脱氧核糖 C C C 脱氧核苷酸 C C 6 DNA是脱氧核苷酸连接而成的长链 核苷酸连接而成的长链 3,5磷酸二酯键 2.2 DNA的结构 7 2.2 DNA的结构 G A G G C C C T A T C C T G G A G 氢键 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律： A（腺嘌呤）与T（胸腺嘧啶）配对； G（鸟嘌呤）与C（胞嘧啶）配对。 碱基互补配对原则 氢键通常是一种缺电子的氢原子与富电子原子或原子团之间的一种弱相互作用 8 2.2 DNA的结构 反向平行 3' 5' G A G G C C C T A T C C T G G A G 5' 3' O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H 一个羟基(—OH)，称作3′-端 游离的磷酸基团，称作5′-端 9 2.2 DNA的结构 DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。 G A G G C C C T A T C C T G G A G 3' 5' 5' 3' 氢键通常是一种缺电子的氢原子与富电子原子或原子团之间的一种弱相互作用 10 2.2 DNA的结构 DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 立体结构 平面结构 双螺旋解开放大 11 2.3 DNA的结构特性 多样性：脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序千变万化。 G A G G C C C T A T C C T G G A G 3' 5' 5' 3' 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 12 2.3 DNA的结构特性 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。 G A G G C C C T A T C C T G G A G 3' 5' 5' 3' 稳定性： 两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架。 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。 13 随堂练习 一个DNA片段有4个游离的磷酸基团。 一条脱氧核苷酸链中相邻脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连 ✖ 2 ✔ DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过氢键相连。 ✖ DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”相连。 双链DNA分子中，相邻碱基通过氢键相连。 根据图中左边链的序列：5’-TGCAGTC-3’，写出互补链的序列。 3’-ACGTCAG-5’ 随堂练习 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 胞嘧啶（C） 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 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 6 1 2 3 4 5 6 7 8 10 9 G T C A 2 DNA双螺旋结构模型的构建 16 1. DNA双螺旋结构模型的构建 构建者：沃森（J.D.Watson，1928-）和克里克（F.Crick） 沃森和克里克搭建 DNA双螺旋结构模式图 晚年沃森和克里克在双螺旋结构 模型前的最后一次合影 克里克： 英国物理学家，对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。 沃森： 美国生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容 沃森和克里克在构建DNA模型过程中，借助了他人的哪些经验和成果？ 17 思考·讨论 时间：20世纪30年代 DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子； 脱氧核苷酸化学组成包括磷酸、脱氧核糖、碱基； 脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 18 思考·讨论 时间：1951年11月 应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。 科学家：威尔金斯（M.Wilkins）和富兰克林（R.E.Franklin） 威尔金斯（M.Wilkins） 富兰克林（R.E.Franklin） 富兰克林拍摄的DNA衍射图谱 “X”行意味着DNA是螺旋的 19 思考·讨论 沃森和克里克推测出DNA分子呈螺旋形的。 他们先后建构了多种不同双螺旋、三螺旋模型。 科学家 ：沃森（J.D.Watson，1928-）和克里克（F.Crick） 失败 20 思考·讨论 科学家 ：查哥夫（E.Chargaff） 时间：1952 在DNA中，腺嘌呤（A）的量等于胸腺嘧啶（T）的量；鸟嘌呤（G）的量等于胞嘧啶（C）的量。 21 思考·讨论 科学家 ：沃森（J.D.Watson，1928-）和克里克（F.Crick） 建出DNA双螺旋结构模型，脱氧核糖-磷酸骨架排列在外侧，碱基在内侧。 A和T配对，C和G配对，两条链的方向是相反的。 沃森和克里克搭建 DNA双螺旋结构模型 碱基对 另一碱基对 A T G C 氢键 22 思考·讨论 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。 威尔金斯 克里克 沃森 23 讨论以下问题，展示学习成果： 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那些启示？ 思考·讨论 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。 24 讨论以下问题，展示学习成果： DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？ DNA 的基本骨架是由那些物质组成的？他们分别位于DNA的什么部位？ DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？ 思考·讨论 两条链构成，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，碱基配对有一定规律：A一定与T配对，G一定与C配对。 25 视频见U盘该课件文件夹 探究·实践 制作DNA双螺旋结构模型 26 探究·实践 实验目的：某些通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。 材料用具 曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等常用物品 磷酸 脱氧核糖 四种碱基 6种：磷酸、脱氧核糖、4种碱基 27 探究·实践 1．组装“脱氧核苷酸模型” 2．制作“多核苷酸长链模型” 3．制作DNA分子平面结构模型 4．制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型 利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。 将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相同，碱基之间能够互补配对。 按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。 把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。 28 探究·实践 29 3 有关DNA中的碱基计算规律 30 3.1 碱基互补配对原则 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 基本原则：双链DNA中，A=T，C=G。 A1= T1= T2 A2 A = T G1= C1= C2 G2 C = G 31 3.2 相关推论 规律1：双链DNA中，A=T、C=G，则嘌呤碱基总数等于嘧啶总数； 或任意两个不互补碱基之和恒等，即A+G=T+C=A+C=T+G，为总数的50%。 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 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： 32 随堂练习 练习 1.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% 2.某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？ C 27% 3. 有关DNA中的碱基计算规律 规律2：双链DNA中，互补的两个碱基之和占全部碱基的比等于在 任何一条单链中，这两个碱基之和占单链全部碱基数的比。 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 m m A2+C2+G2+T2 = A1+T1 A1+C1+G1+T1 T2+A2 = A1+T1+T2+A2 = T+A 1链碱基数 m 2链碱基数 m A1 = T2，T1 = A2 在整个双链DNA中： 双链碱基数 2m 双链碱基数 2m 34 随堂练习 练习 1.某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，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 3.2 相关推论 规律3：双链DNA中，互补碱基和之比在单链、双链中均相等。 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 C2+G2 = C+G A1+T1 C1+G1 T2+A2 = T+A 规律4：DNA两条链间的非互补碱基和之比互为倒数。 且在整个DNA分子中，该比值为1。 = A1+G1 T1+C1 n = A2+G2 T2+C2 1/n = A+G T+C 1 总结：补则等，不补则倒。 36 随堂练习 练习 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 = A+T C+G 0.4 = A+C T+G 0.4 0.4 2.5 3.2 相关推论 规律5：某碱基在双链中所占的比例等于其在对应单链所占比例和的一半。 = A1 m a% = A2 m b% = A 2m a+b 2 % A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 m m 规律6：已知A在双链中所占比例为c%，A1在单链中所占比例虽无法确定，但最大值为2c%，最小值为0。 38 4 练习与应用 39 4.1 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。 （ ） ✔ ✔ 40 2.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 4.1 概念检测 41 3.一条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 4.1 概念检测 42 4.2 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？ DNA的复制，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。 43 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 44 $$