3.2DNA的结构课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

第三章 基因的本质 第2节 DNA的结构 本节聚焦 沃森和克里克是怎样揭示DNA 的双螺旋结构的？这一研究过程 给我们哪些启示？ DNA的双螺旋结构有哪些主要特点？ 【温故知新】 其中文名称： 关于DNA我们已知： 脱氧核糖核酸 其组成单位： 4种脱氧核糖核苷酸 A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 T 胸腺嘧啶 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 含氮碱基 其功能： 是主要的遗传物质 DNA是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定性状的？ 一、DNA双螺旋结构模型的构建 阅读课本48-49页的内容，梳理DNA结构的探索过程 1.研究DNA结构常用的方法是什么？ 2.DNA的双螺旋结构模型是由哪两位科学家构建的？ 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？ 一、DNA双螺旋结构模型的构建 构建者： 沃森和克里克 构建过程： 资料1：20世纪30年代，科学界已认识到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、G四种碱基 资料2：1951年，英国化学家托德提出核苷酸分子通过脱水缩合的方式连接 p = O OH O 碱基 3′ 2′ 1′ 4′ CH2 O OH H H H H H 5′ p = OH O OH O 碱基 3′ 2′ 1′ 4′ CH2 O H H H H H 5′ O OH H2O 磷酸二酯键 H 一、DNA双螺旋结构模型的构建 资料3：1951 年11月，英国物理学家威尔金斯和同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱 威尔金斯 富兰克林 沃森和克里克根据DNA的这幅衍射图谱，推测DNA呈螺旋结构，并尝试搭建出许多不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但都失败了 一、DNA双螺旋结构模型的构建 因为在三螺旋结构模型中，DNA含水量的理论值与实际测定数值不符。后来他们发现DNA翻转180°后获得的图谱与未翻转的一模一样 翻转180° 翻转180° 由此推测DNA由两条脱氧核苷酸链构成，并且两条链反向平行 问题：这两条链是如何连接的呢？尝试构建双链平面模型 一、DNA双螺旋结构模型的构建 资料4：组成DNA分子的脱氧核糖和磷酸基团具有亲水性，而碱基具有疏水性，细胞中的DNA分子处于液体环境中 模型一： 碱基排列在外侧，磷酸-脱氧核糖排列在内侧 × 模型二： 磷酸-脱氧核糖排列在外侧，碱基排列在内侧 模型一 模型二 √ 问题：碱基是如何配对的呢？ 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 一、DNA双螺旋结构模型的构建 资料5：DNA分子两条链之间的距离是固定的，直径约为2nm。而嘌呤碱基是双环化合物；嘧啶碱基是单环化合物 情况②：嘌呤与嘧啶配对 情况①：嘌呤与嘌呤、嘧啶与嘧啶配对 × √ 可以是A与T、 C与G配对，也可以是A与C、G与T配对，到底 是哪一种情况呢？ 一、DNA双螺旋结构模型的构建 资料6：奥地利著名生物化学家查哥夫发现：在DNA中，腺嘌呤(A)的量等于胸腺嘧啶(T)的量(即：A=T)；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量(即：G=C) 查哥夫 A和T配对，C和G配对 2个氢键 3个氢键 一个碱基上的H原子和与之配对的碱基上的电负性强的N原子或O原子间存在一定的吸引力，会形成氢键 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X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符 于是沃森和克里克重新构建了一个这样的模型： T C G A A G C T 碱基排列在双链螺旋内部(A与T配对, C与G配对) 两条脱氧核苷酸链方向相反 脱氧核糖—磷酸骨架排列在双螺旋外部 1953年，沃森和克里克撰写的论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》在英国《自然》杂志上发表，引起了极大的轰动。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。 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖 诺贝尔奖 二、DNA的结构 阅读课本50页(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.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(-OH)，称作什么？ 3.DNA的两条单链走向相反，一条单链是从5’-端到3’-端，另一条单链的走向是？ 4.尝试自己画一个脱氧核苷酸，并标注其碳原子的位置 5.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？ 1.结构特点： 空间结构 (1)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 平面结构 A T A T T A G G G C C A T C 游离的磷酸基团，称作5’-端 羟基(-OH)，称作3’-端 3′ 5′ 5′ 3′ 空间结构 平面结构 A T A T T A G G G C C A T C 1.结构特点： O (脱氧核糖上与碱基相连的碳为1’-C，与磷酸集团相连的碳为5’-C) (2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧 空间结构 平面结构 A T A T T A G G G C C A T C 1.结构特点： (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。碱基间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则 氢键 易错警示: 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, 相邻核苷酸通过磷酸二酯键相连; 两条互补链中配对的碱基通过氢键相连 二、DNA的结构 2.分子特性： 外侧脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变，内侧两条链间碱基互补配对的方式不变 DNA分子中的碱基(或脱氧核苷酸)的排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性→遗传信息的多样性→生物多样性 每种DNA分子有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序 ① 稳定性 ② 多样性 ③ 特异性 巩固练习 (课本52页第2题)下面是DNA的结构模式图,请写出图中①~⑩的名称 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑩ ⑨ G T C A ①：胞嘧啶 ②：腺嘌呤 ③：鸟嘌呤 ④：胸腺嘧啶 ⑤：脱氧核糖 ⑥：磷酸 ⑦：胸腺嘧啶脱氧核苷酸 ⑧：碱基对 ⑨：氢键 ⑩：一条脱氧核苷酸链的片段 巩固练习 思考并回答下列问题： ①双链DNA片段有几个游离的磷酸基团？ ②一个磷酸基团与几个脱氧核糖相连？一个 脱氧核糖与几个磷酸相连？ ③一个DNA分子，若其中一条链碱基序列为 5´-ACTGGT-3´，则其互补链为？ ④A+T碱基含量为40%的DNA分子和A+T碱基含量为60%的DNA分子哪个结构更稳定，为什么？ 2个 末端连1个，其余连2个 3´-TGACCA-5´ A+T碱基含量为40%的DNA分子GC含量多，则氢键多，也就更稳定 氢键越多，DNA结构越稳定 1.(2025·贵港高一期末)如图是某DNA分子的部分结构示意图，其中①~⑥代表物质，下列叙述正确的是(　 ) A.该DNA分子中①与②的比例为2:1 B.该DNA分子的多样性与其空间结构有关 C.该DNA分子一条链中相邻的两个碱基之间通过氢键相连 D.该DNA分子的两条链中⑤的数量可能不等 即时巩固 练习册P71 D DNA分子中的磷酸数:脱氧核糖数:碱基数=1:1:1 碱基的排列顺序 “脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖” SZ-LWH 二、DNA的结构 三、DNA中碱基数量的计算 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 N1 N2 N 设DNA其中一条链为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) 规律一：双链DNA分子中的嘌呤数与嘧啶数相等，任意两个非互补碱基之和相等且为碱基总数的一半 例1：某双链DNA分子中，A占18%，求G所占比例？ 32% 二、DNA的结构 三、DNA中碱基数量的计算 氢键数目的计算： A与T之间2个氢键，C与G之间3个氢键 例2：一个DNA分子含1000个碱基对，其中A有240个，则该DNA分子含有_____个氢键 1000个碱基对即2000个碱基 A=240 氢键数=240*2+760*3 =2760 G+C=1520 A+T=480 T=240 G=C=760 二、DNA的结构 三、DNA中碱基数量的计算 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 N1 N2 N 设DNA其中一条链为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 规律二：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” 例3：某双链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%，则另一条链上的G占该链碱基总数的比例是？ 35% 二、DNA的结构 三、DNA中碱基数量的计算 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 N1 N2 N 设DNA其中一条链为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 规律三：两条互补链的非互补碱基之和的比值互为倒数，简记为“不补则倒” 例4：DNA的一条单链中(A+C)/(G+T)=0.4，那么其互补单链和整个DNA分子中(A+C)/(G+T)的值分别是 、 。 2.5 1 二、DNA的结构 三、DNA中碱基数量的计算 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 N1 N2 N 设DNA其中一条链为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 规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例之和的一半 【总结归纳】 注意看清: ①单链or双链 ②“个”or“对” 2.已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的(　 ) A. 34%和16% B. 34%和18% C.16%和34% D. 32%和18% 即时巩固 练习册P72 A SZ-LWH $