3.2DNA的结构课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

授课人 曹玲 DNA的结构 DNA分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子的层次，具有里程碑式的意义。 DNA双螺旋结构的发现也是20世纪最为重大的科学发现之一，和相对论、量子力学一起被誉为20世纪最重要三大科学发现。 脱氧 核糖 含氮碱基 磷酸 脱氧（核糖）核苷酸 核苷 DNA的基本组成单位——脱氧核糖核苷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 1.DNA的基本单位： 脱氧核苷酸 3.核苷酸的组成 2.元素组成： 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 4.含氮碱基 O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H “脱氧”脱在了2号碳上。 从连着碱基的碳标为1号碳，顺时针逐一标记。 对比脱氧核糖与核糖的分子结构，观察氧原子在几号碳上脱去？ 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 A 脱氧 核糖 磷酸 G 脱氧 核糖 磷酸 C 脱氧 核糖 磷酸 T 脱氧 核糖 磷酸 脱氧核苷酸的种类(4种) 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 1951年 威尔金斯提供的富兰克林拍摄的DNA衍射图谱 威尔金斯 富兰克林 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 1951年秋天 23岁的美国生物学者沃森和35岁的英国物理学者克里克对DNA衍射图谱有关数据进行分析 沃森和克里克通过分析DNA衍射图谱，推测出DNA呈螺旋结构 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 DNA处于液体环境中，碱基是疏水的，磷酸和脱氧核糖是亲水的且磷酸带有负电荷 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 思考： 阅读资料，你认为磷酸、脱氧核糖和碱基应该分别在哪一侧？ 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 沃森和克里克尝试了许多种螺旋，但无论是双螺旋还是三螺旋，都不能得到与衍射图谱匹配的结果。 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 沃森和克里克最初构建的模型，连接双链结构的碱基之间是以相同碱基进行配对的，即A与A、T与T配对。 但是，有化学家指出这种配对方式违反了化学规律。这样设计的结构必然不会成立。 T A T A 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 1952年，沃森和克里克从奥地利生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息： 腺嘌呤（Ａ）的量总是等于胸腺嘧啶（Ｔ）的量 鸟嘌呤（Ｇ）的量总是等于胞嘧啶（Ｃ）的量。 A和T配对 G和C配对 思考： 阅读资料，你认为ATGC四种碱基如何进行配对，能够符合查哥夫提供的信息？ 查哥夫 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 嘌呤碱基A和G都是双环化合物，嘧啶碱基C和T也都是单环化合物，只有在A和T配对、C和G配对时，才能保证长链之间碱基距离恒定。 嘧啶 嘌呤 T G C A 碱基互补配对原则：在DNA双链中，碱基必须严格遵循A和T配对、C和G配对。 T G C A A C T G A C 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 T G C A T G 活动： 观察左图的碱基排列，请写出与其互补配对的另一条碱基链？你发现了什么？ T G C A T G C A A C G T A C G T 两条碱基的排列顺序正好相反！ 两条链是反向平行的 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 T G C HO A G C A OH T 5` 3` 3` 5` 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 结构探索 结构特点 ①DNA是由 单链组成的，这两条链按 方式盘旋成 。 ②DNA中的 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 在内侧 ③两条链上的碱基通过 连接成碱基对，且遵循 原则 2条 反向平行 双螺旋结构 脱氧核糖和磷酸 碱基 氢键 碱基互补配对 结构探索 提出问题 结构特点 相关计算 (4) 总结： 氢键 A T A T T A G G G C C A T C 碱基对 五种元素： C、H、O、N、P 四种碱基： A、T、C、G 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 氢键关系: A=T G≡C 两条反向平行的脱氧核苷酸链 提出问题 实验验证 相关计算 结构探索 结构特点 碱基对的排列顺序的千变万化。 在生物体内，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？ 4 种 4000 2）特异性 碱基对的特定排列顺序。 3）稳定性 具有规则的双螺旋结构。 1）多样性 DNA杂交技术的应用 DNA杂交技术可以用于两个物种亲缘关系的判断，若两个物种的DNA样本经处理后形成的DNA互补区段越多，则两个物种的亲缘关系_____。 越近 提出问题 实验验证 相关计算 结构探索 结构特点 DNA RNA 组成 结构 分布 功能 五碳糖、碱基、核苷酸种类 双螺旋 单链 多种结构 细胞核（主要） 细胞质（主要） 主要遗传物质 部分病毒的遗传物质 在双链DNA中，根据碱基互补配对原则： 碱基互补配对原则相关计算(DNA双链) ①A=T，G=C， (两条链不互补的碱基之和相等) （A+G）或（A+C)或(T+G)或（T+C)/（A+T+G+C）= 1/2 规律一：在双链DNA中，任意两个不互补碱基之和相等，并为碱基总数的50%（1/2） ②A+G=T+C ③A+C=T+G (嘌呤数=嘧啶数) T+C = 1 A+G ④ （非配对碱基之和比值为1） A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 例1：某双链DNA的分子中，鸟嘌呤的分子数占碱基总数的22%，那么胸腺嘧啶的分子数占碱基总数的( ) A、22% B、28% C、78% D、50% B 若在一个生物体内嘌呤≠嘧啶是什么原因？ 若嘌呤≠嘧啶，则必然有单链结构存在； 含有单链，嘌呤数量一定不等于嘧啶数量吗？ 存在单链结构时，可能是嘌呤=嘧啶 也可能是嘌呤≠嘧啶，关系不确定； A+T A+T+G+C = A2+T2+G2+C2 A2+T2 = A1+T1+G1+C1 A1+T1 = m% m% m% 规律二：双链DNA中互补碱基和与碱基总数之比，与任意一条链的这种比值相等。 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 ⑤（A1+T1）%= (A2+T2）%=(A+T)% 23 A+T G+C A2+T2 G2+C2 A1+T1 G1+C1 = = 规律三：双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。 = a a a 24 ⑥若 ，则 ， A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 例4：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% C 规律四：两互补链之间（A+G）/（T+C）互为倒数，注意：整个DNA分子中该比值为1。 25 ⑦若 b ，则 。 T1+C1 = A1+G1 ⑥⑦“补则等，不补则倒” T2+C2 = A2+G2 T+C = 1 A+G A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 例5：DNA的一个单链中（A+G）/（T+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是（ ） A、0.4和0.5 B、2.5和0.4 C、2.5 和1.0 D、0.4和1.0 C 1/b 规律五：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)/(G＋C)的值不同，该比值体现了不同生物DNA分子的特异性； 不同生物的DNA的(A＋T)/(G＋C)的值一样吗？ A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 不一样 规律六：某碱基在双链中所占的比例等于它在每条单链中所占比例的平均值。 例6：在双链DNA的一条链中A占22%，另一条链中A占24%，在整个DNA分子中，A占_____ 23% ⑧A%=1/2(A1%+A2%) 规律七：若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例无法确定，但最大值为2c%，最小值为0 ； 例7：在一个双链DNA分子中A占22%，则A在其中一条单链中的数值能确定吗？ 不能 能确定范围吗？ 能确定范围，0%≤A1≤44%； A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 规律八：DNA分子的总氢键数=2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数) 例7：在某双链DNA中，碱基总数为1000，其中腺嘌呤200个，则该DNA分子中有______氢键； 1300 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 2 易错提醒： (1)看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例； (2)看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基； 提出问题 结构特点 相关计算 结构探索 1.某生物细胞中一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，则鸟嘌呤的分子数占？ 2.DNA的一条链中A+G/T+C=2，另一条链中相应的比是？ 整个DNA分子中相应的比是？ 3.DNA中的一条链中A+T/C+G=2，另一条链中相应的比是？整个DNA分子中相应的比是？ 32% 0.5、1 2、2 提出问题 结构特点 相关计算 结构探索 4、已知1个DNA分子中有1800个碱基对，其中胞嘧啶C有1000个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸数目和腺嘌呤的数目分别是？ 5、某DNA分子有500个碱基对，其中胞嘧啶占总碱基量的15%，那么DNA分子一条链上的鸟嘌呤的数量范围是？ 3600、800 0 - 300 $$