2.2DNA分子的结构和复制（第1课时）课件-2025-2026学年高一下学期生物苏教版必修2

PLANT DNA分子的结构和复制 第二章 遗传的分子基础 【学习目标】 1.简述科学家构建模型的研究历程 2.概述DNA结构及其主要特点 3.尝试制作DNA双螺旋结构模型 课堂导入 目 录 01 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 02 DNA 分子的双螺旋结构模型 03 设计和制作 DNA 分子双螺旋结构模型 04 DNA碱基数目的相关计算规律 积极思维：富兰克林为 DNA 分子结构模型的建立做出了什么贡献？ 事实1 20 世纪人类最伟大的成果莫过于遗传学中DNA分子双螺旋结构的发现。在此之前，人们对于DNA分子结构还不甚了解。许多科学家都在为此探索。 事实2 英国科学家富兰克林用X射线穿过潮湿状态下的DNA纤维形成明暗交替的衍射图像，再把从不同角度获得的同一纤维的衍射图像综合起来，分析组成的原子如何排列。 事实3 1952 年，富兰克林不断地完善研究工作，获得了一张DNA分子的X射线衍射图片。她通过解析，推断 DNA 分子可能由两条链组成。这对 DNA 分子结构模型的建立具有重要意义。 富兰克林 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 20世纪30年代后期，瑞典科学家证明了DNA分子是不对称的。 20世纪40年代后期，科学家又用电子显微镜观察，并通过计算得出DNA分子的直径约为2nm。 含氮碱基 磷酸 A G C T 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 脱氧 核糖 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 1951年，威尔金斯在一场关于DNA演讲上展示了两张用X射线做的DNA衍射照片 威尔金斯 现象：DNA呈现“X”形 推断：DNA分子是螺旋的 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 1951年，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。 内侧 外侧 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 1951年，沃森与克里克推算出三股螺旋的DNA结构（磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧）。他们邀请威尔金斯和富兰克林观看，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。沃森和克里克默默地记录下了这个关键信息。 × 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 1951 年，奥地利科学家查哥夫在定量分析几种生物 DNA 分子的碱基组成后，发现DNA分子中腺嘌呤（A）的量总与胸腺嘧啶（T）的量相当，鸟嘌呤（G）的量总与胞嘧啶（C）的量相当。 DNA来源 DNA的碱基组成（单位：每摩尔磷酸） A T G C 人（胸腺） 0.28 0.28 0.18 0.15 牛胸腺 0.26 0.25 0.21 0.16 牛脾脏 0.26 0.24 0.21 0.17 酵母菌 0.24 0.25 0.14 0.14 禽结核杆菌 0.12 0.11 0.28 0.26 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 1952年7月，奥地利生物化学家查加夫来到沃森和克里克的实验室，两人得到了一个关键信息：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。 他们开始着手制作一个双链结构，含氮碱基排列在脱氧核糖核苷酸链的内侧，并让A和T配对，C和G配对。 这才终于找到一种规则的DNA结构，但还有不少地方仍需做修正。 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 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。 沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 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。 左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森 DNA 分子的双螺旋结构模型 1.基本组成单位 脱氧核苷酸（脱氧核糖核苷酸） 脱氧核苷 脱氧核苷酸 AGCT 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 P 脱氧 核糖 含氮碱基 磷酸 基团 DNA 分子的双螺旋结构模型 2.DNA的结构 （1）DNA 分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构 5' 3' 3' 5' 脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1'-C 与磷酸基团相连的碳叫作5'-C DNA 分子的双螺旋结构模型 （2）DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成 DNA 分子的基本骨架 （3）DNA 分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧 5' 3' 3' 5' DNA 分子的双螺旋结构模型 碱基互补配对原则 嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系。 A=T G≡C G≡C比例越高，DNA的热稳定性越高 5' 3' 3' 5' DNA 分子的双螺旋结构模型 3.DNA的结构特性 （1）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 （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 （3）多样性 碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化 DNA 分子的双螺旋结构模型 【思考】在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。计算DNA分子有多少种？ 44000 种类 数目 设计和制作 DNA 分子双螺旋结构模型 1.一位同学用不同颜色的纸片制作了一种简易的DNA分子结构模型 2.小组同学分析该模型的优缺点后，再确定本组的制作计划，并分工准备各种材料 3.绘制 DNA 分子双螺旋结构模型的设计图，确定模型的大小（如高度与直径的比例）、维系立体构型的方式等 建议：先考虑模型和 DNA 分子各部分结构的数量关系，再考虑空间关系 设计和制作 DNA 分子双螺旋结构模型 4.用准备好的各种材料分别制作相关配件（如脱氧核糖、磷酸、碱基），再将各种配件整合在一起，逐步完成 DNA 分子双螺旋结构模型的制作 5.根据设计图，检查已经完成的 DNA 分子双螺旋结构模型，对模型的不足之处加以修正 6.全班展示制作的模型，开展小组内自评和小组之间的互评 DNA碱基数目的相关计算规律 1.根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： A1＋A2＝ ；G1＋G2＝ . 即：双链中A＝ ，G＝ ； A＋G＝ ＝ ＝ ＝ . T1＋T2 C1＋C2 T C T＋C A＋C T＋G 1/2（A＋G＋T＋C） A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 【规律】双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半 DNA碱基数目的相关计算规律 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。 = A1+T1 N1 A2+T2 = N2 A+T N = C1+G1 N1 C2+G2 = N2 C+G N A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 N N1 N2 A2＋T2 G2＋C2 【规律】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” DNA碱基数目的相关计算规律 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： 若 ，则 = . 即两者的关系是_____________。 T1+G1 = m A1+C1 T2+G2 A2+C2 m 1 互为倒数 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 N N1 N2 【规律】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” 课堂小结 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 课堂练习 1.20世纪50年代初，查哥夫对多种生物DNA做了碱基定量分析，发现(A+T)/(C+G)的值如下表。结合所学知识，你认为能得出的结论是( ) A.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同 B.猪的DNA结构比大肠杆菌DNA结构更稳定一些 C.同一生物个体不同组织的DNA碱基组成相同 D.小麦DNA中(A+T)的数量是鼠DNA中(C+G)数量的1.21倍 C DNA来源 大肠杆菌 小麦 鼠 猪肝 猪胸腺 猪脾 (A+T)/(C+G) 1.0 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43 课堂练习 解析：DNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息，由题表可知，小麦和鼠DNA中(A+T)/(C+G)的值相同，但是不代表碱基对的排列顺序相同，A错误；碱基A与T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键，DNA中的氢键越多，DNA的结构越稳定，则DNA分子中(G+C)之和所占比例越大，DNA分子结构越稳定，而(A+T)/(C+G)的值越大，(G+C)占整个DNA分子的比例越小，因此大肠杆菌的DNA分子结构比猪的稳定，B错误；同一生物个体不同组织的遗传物质相同，DNA碱基组成相同，C正确；小麦和鼠DNA中(A+T)/(C+G)的值相同，但是碱基的总数不确定，小麦DNA中(A+T)与鼠DNA中(C+G)的比例关系不能确定，D错误。 课堂练习 2.如图为DNA分子结构示意图，对该图的描述正确的是( ) A.②和③相间排列构成了DNA分子的基本骨架 B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 C.DNA的一条单链具有两个末端， 一端有一个游离的磷酸基团，称作5'端 D.DNA彻底水解产物是脱氧核苷酸 解析：分析题图：①是磷酸基团，②是脱氧核糖，③⑦是胞嘧啶，④不能构成胞嘧啶脱氧核苷酸，⑤是腺嘌呤，⑥是鸟嘌呤，⑧是胸腺嘧啶，⑨是氢键，B错误。DNA中的②脱氧核糖和①磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，A错误。DNA彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，D错误。 C 课堂练习 3.下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是( ) A.磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架 B.双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高 C.两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化 D.若一条链的G+C占47%,则另一条链的A+T也占47% 解析：双链DNA分子由两条反向平行的长链组成，双链盘旋成双螺旋结构，DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA分子的基本骨架，排列在双螺旋结构的外侧，碱基位于内侧，A正确；由于双链DNA中碱基间遵循碱基互补配对原则，且A与T之间通过2个氢键连接，G与C之间通过3个氢键连接，因此C或G占比越高，氢键越多，破坏氢键需要的能量越多，所需的DNA热变性温度越高，B错误；DNA聚合酶的作用是连接单个脱氧核苷酸分子形成与模板链互补的DNA单链，催化形成的是磷酸二酯键，C错误；DNA的两条单链遵循碱基互补配对原则，即两条单链间的碱基数量关系是A1=T2、G1=C2、C1=G2、T1=A2(1、2代表DNA的两条链),若一条链的G1+C1占47%,则另一条链的C2+G2占47%、A2+T2占53%,D错误。 A PLANT 谢谢观看 THANKS Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $