3.2DNA的结构课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

第2节 DNA的结构 第三章 基因的本质 第2节 DNA的结构 温故知新 DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质 RNA是TMV的遗传物质 DNA是有细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质 RNA是RNA病毒的遗传物质 更多实验证据 更多实验证据 DNA是主要的遗传物质 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 肺炎链球菌的转化实验 T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 格里菲斯的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 转化因子是什么 结构 功能 在确信DNA是生物体的遗传物质之后，人们更加迫切的想知道： DNA是怎样储存遗传信息的？ 又是怎样决定生物性状的？ 答案就隐藏在DNA的结构中 新知导入 要回答这些问题，首先需要弄清楚DNA的结构。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 阅读教材48-49页，根据科学史资料，梳理DNA结构的探索过程： 1.DNA的双螺旋结构模型是由哪两位科学家构建的？ 2.研究DNA结构常用的方法是什么？ 3.谁提供了DNA衍射图谱？根据衍射图谱可推断DNA呈什么结构？ 4.沃森和克里克从查哥夫那里得知了什么重要信息？ 5.沃森和克里克最终构建了一个怎样的DNA模型，所用的科学方法属于构建物理模型、概念模型还是数学模型？ 那你知道DNA的结构是怎样的嘛？双螺旋结构 那你知道。。。揭示 4 构建过程 5 一、DNA双螺旋结构模型的构建 阅读教材48-49页，根据科学史资料，梳理DNA结构的探索过程： 1.DNA的双螺旋结构模型是由哪两位科学家构建的？ 2.研究DNA结构常用的方法是什么？ 3.谁提供了DNA衍射图谱？根据衍射图谱可推断DNA呈什么结构？ 4.沃森和克里克从查哥夫那里得知了什么重要信息？ 5.沃森和克里克最终构建了一个怎样的DNA模型，所用的科学方法属于构建物理模型、概念模型还是数学模型？ X射线晶体衍射法 构建物理模型 归纳出对DNA双螺旋结构做出贡献的科学家？ 6 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ◎构建者 沃森和克里克 相会于英国剑桥大学卡文迪什实验室 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: 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: 生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。 7 一、DNA双螺旋结构模型的构建 当时，科学界已经认识到：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A、T、C、G4种碱基。 A O CH2 H H H OH H H 1′ 2′ 3′ 4′ 5′ P 腺嘌呤脱氧核苷酸 G 鸟嘌呤脱氧核苷酸 O CH2 H H H OH H H 1′ 2′ 3′ 4′ 5′ P T 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 O CH2 H H H OH H H 1′ 2′ 3′ 4′ 5′ P C 胞嘧啶脱氧核苷酸 O CH2 H H H OH H H 1′ 2′ 3′ 4′ 5′ P 8 一、DNA双螺旋结构模型的构建 威尔金斯 富兰克林 DNA衍射图谱 “X”形意味着DNA分子是螺旋的，提供了决定性的实验依据。 ◎英国物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林应用X射线衍射技术 获得了高质量的DNA衍射图谱。 9 一、DNA双螺旋结构模型的构建 在DNA中， 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。 ◎1952年，奥地利生物化学家查哥夫提供了一个关于DNA中碱基数量的关键信息：查哥夫法则 查戈夫定律：A、T数量相等，G、C数量相等 10 一、DNA双螺旋结构模型的构建 01 02 A-T碱基对和G-C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径，能够解释A、T、C、G的数量关系。 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 重新构建模型： T C G A A G C T 碱基安排在双链螺旋内部（A与T配对，C与G配对）， DNA两条链的方向是相反的。 脱氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部。 构建了一个什么样的模型，在这个模型中，结果发现 资料：细胞内的DNA分子处于液体环境中。脱氧核糖和磷酸具有亲水性，碱基具有疏水性。思考：DNA分子内外侧分别是什么？（回顾细胞膜的结构） 11 一、DNA双螺旋结构模型的构建 威尔金斯和富兰克林提供____________ DNA是以4种_____________为单位连接而成的长链，分别含有__________________4种碱基 沃森和克里克推算出DNA呈_____结构 脱氧核苷酸 A、T、G、C DNA衍射图谱 螺旋 尝试搭建了很多种不同的结构模型：双螺旋、三螺旋 都被否定 查哥夫提出DNA中碱基数量的关系：A的量等于 ,G的量等于 。 修正、重建 构建DNA 模型 验证 DNA具有恒定的直径；能够解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 沃森和克里克 双螺旋结构 T C 总结过程： 12 一、DNA双螺旋结构模型的构建 讨论： 1.请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。 （1）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？ （2）DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位？ （3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？ 2.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哪些启示？ 1.要善于利用他人的研究成果和经验； 2.要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与撞击中获得的； 3.研究小组成员在知识背景上最好是互补的； 4.对所从事的研究要有兴趣和激情等。 2条，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 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。 13 二、DNA的结构 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 1’ 2’ 3’ 4’ 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。 1.DNA的基本单位： 3.脱氧核苷酸的组成： 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基 A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 T 胸腺嘧啶 2.DNA的组成元素： 脱氧核苷酸（4种） C、H、O、N、P 现在，你能总结出DNA结构的主要特点嘛？ 知识回顾 碱基所连的碳原子为1'，顺时针编号分别为1'到5' 14 二、DNA的结构 阅读P50内容（注意图示内容），回答下列问题。 1、DNA双螺旋结构的主要特点有哪些？ 2、尝试自己画一个脱氧核糖，并标注其碳原子的位置。 3、脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作什么？与磷酸相连的碳叫作什么？ 4、DNA的一条单链具有几个末端？一端为游离的磷酸基团，称为什么？一端为羟基，称作什么？ 5、DNA的两条单链走向相反，一条单链是从5’-端到3’-端，那么另一条单链的走向是？ 现在，你能总结出DNA结构的主要特点嘛？阅读书本30页的图的图注。强调“若书写DNA单链的走向时，应该书写从5’端到3‘端’”链的方向如何？ 15 二、DNA的结构 双螺旋结构 双螺旋解开放大 16 二、DNA的结构 G A G G C C C T A T C C T G G A G 5' 3' 5' 3' 4.DNA的结构特点： 链数 方向 结构 双螺旋结构 反向平行 两条脱氧核苷酸链 一条：5’→3’; 另一条：3’→5’ 特点1 17 二、DNA的结构 5' 3' 5' 3' 磷酸二酯键 G A G G C C C T A T C C T G G A G 4.DNA的结构特点： 外侧 内侧 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架 碱基对 特点2 18 思考：单链中、互补链中相邻碱基如何连接？ 二、DNA的结构 4.DNA的结构特点： C T T G A C A G 碱基对 配对规律 两条链的碱基通过氢键连接配对 碱基互补配对原则：A与T配对；G与C配对 氢键 氢键越多，DNA结构越稳定。 G C比例越高，DNA的热稳定性越高 通过脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖连接 通过氢键连接 特点3 19 二、DNA的结构 思考1、双链DNA中，有几个游离的磷酸基团？ 2个 思考2、一个磷酸基团与几个脱氧核糖相连？ 1个（末端）或2个 思考3、一个脱氧核糖与几个磷酸相连？ 思考4、若DNA一条链序列为5´-ACTGGT-3´，则互补链为？ 1个（末端）或2个 3´-TGACCA-5´ 思考5、双链DNA的平面结构和双螺旋结构哪个更稳定？ 双螺旋结构更稳定 变式：环状 20 ①DNA是由两条单链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 ②DNA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 ③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且A一定与T配对、G一定与C配对 DNA的结构特点 二、DNA的结构 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 两条反向平行的脱氧核苷酸链 氢键关系: A=T G≡C 22 P52页 2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中①-⑩的名称。 G T C A ② ④ ③ ① ⑤ ６ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 胸腺嘧啶（T） 胞嘧啶（C） 鸟嘌呤（G） 腺嘌呤（A） 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 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 二、DNA的结构 23 二、DNA的结构 5.DNA的结构特性： 稳定性 ①外部稳定的基本骨架—磷酸和脱氧核糖交替连接形成； ②内部碱基对稳定——通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对原则，加强稳定性； ③空间结构稳定——规则的双螺旋结构。 特异性 多样性 每个DNA分子中都有特定的碱基排列顺序，构成了DNA分子的特异性。 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。 问题: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。请同学们计算DNA分子有多少种？ 44000 根据结构与功能相适应，试分析DNA具有稳定性的原因？ 24 三、制作DNA双螺旋结构模型 三、制作DNA双螺旋结构模型 四、DNA相关计算 第一步： 搞清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。 第二步： 第三步： 画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 巧解DNA分子中有关碱基比例计算——“三步曲” 27 四、DNA相关计算 根据碱基互补配对原则，思考： A1+A2= A= G1+G2= G= A+G＝ 由此可知： 1.双链DNA中，互补的两个碱基数量关系是？ 2.双链DNA中，嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数关系是？ 相等 DNA模式图 1.思考单链DNA中A与T，C与G的数量关系。2.思考双链DNA中A与T，C与G的数量关系。3.思考双链DNA中任意两个不互补的碱基之和的关系。 4.思考双链DNA中互补的碱基之和的关系。 28 四、DNA相关计算 设1链上共有N1个碱基，2链上共有N2个碱基， 双链上共有N总个碱基。 A1+T1= G1+C1= （A1+T1）/N1= （C1+G1）/N1= 由此可知： 3.在双链DNA中，一条链中互补的两碱基之和占该单链的比例与其互补链中这两碱基之和占互补链的比例以及整个DNA分子中这两种碱基之和占碱基总数的比例有什么关系？ 相等 DNA模式图 29 四、DNA相关计算 设1链上共有N1个碱基，2链上共有N2个碱基， 双链上共有N总个碱基。 若（A1+C1）/（T1+G1）=m, 则（A2+C2）/（T2+G2）= （A+C）/（T+G）= 由此可知： 4.在DNA双链中，一条单链的（A+C）/（T+G）的值与另一条互补单链的（A+C）/（T+G）的值有什么关系？ 互为倒数 注意：不同DNA，（A+T）/（G+C）的值一般不同。 任意两个非互补碱基和的比例为1，则可能为双链，若为双链，则任意两个非互补碱基和的比例为1，补则等，不补则倒 30 四、DNA相关计算 设1链上共有N1个碱基，2链上共有N2个碱基， 双链上共有N总个碱基。 若A1/N1=a，A2/N2=b， 则A总/N总= 由此可知： 5.双链DNA分子中，A占全部碱基的比例与一条单链上A占该条单链的比例和另一条互补链上A占该条单链的比例有什么关系？ 比例和的平均数 DNA模式图 31 谢谢大家 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $