3.2 DNA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 问题探讨 以DNA双螺旋结构进行衍生设计 瑞典马尔默旋转塔 高190米/54层 巴拿马螺丝塔 高243米 莫斯科进化大厦 高度255米 沙特吉达钻石塔 高432米 北京中关村的“生命”雕塑 “生命”双螺旋雕塑象征中关村人生生不息的创新精神。更多以DNA结构进行设计的建筑都成为了当地的地标性建筑。然而DNA双螺旋结构的发现更是具有里程碑意义。 1.DNA的基本单位 脱氧核苷酸 2.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 C 胞嘧啶 T 胸腺嘧啶 A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 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。 3.元素组成 C、H、O、N、P 回顾对DNA的认识 O P CH2 OH O OH H OH H H H H A 磷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H C 磷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H T 磷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H G 磷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 O OH H H2O 磷酸二酯键 DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。 4.DNA链的形成 回顾对DNA的认识 一、DNA双螺旋结构模型的构建 1. 构建者： 1953年 沃森和克里克 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。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 资料1：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位 是 。 脱氧核苷酸 含氮碱基 脱氧 核糖 磷酸 回顾：脱氧核苷酸 1分子脱氧核苷酸=____________+______________+________________。 1分子磷酸 1分子脱氧核糖 1分子含氮碱基 当时，科学家认识到：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。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 脱氧核苷酸连接而成的长链 磷酸二酯键 A T G C 3’,5’-磷酸二酯键 资料2：DNA是由4种脱氧核苷酸连接而成的长链。 如何构成DNA的？ 一、DNA双螺旋结构模型的构建 DNA呈现“X”形 威尔金斯 富兰克林 翻转180° DNA呈螺旋结构 推断 1951年11月，英国物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线晶体衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 搭建的多种模型 都被否定 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 ，均被否定。 翻转180° 三螺旋 双螺旋 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 1952年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。 查哥夫（E. Chargaff） 沃森和克里克认为： A和T配对，C和G配对——碱基互补配对原则 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程： 沃森和克里克尝构建了将碱基安排在双螺旋的内部，脱氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型。 A P G P C P T P T P C P G P A P 富兰克林发现，将DNA晶体翻180度获得的X射线衍射图仍然是一样的。沃森与克里克认为：DNA两条链是反向排列的。 ①A-T与G-C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。 ②能够解释A=T、G=C的数量关系。 ③模型与X射线衍射照片比较，模型与基于照片 推算出的DNA双螺旋结构相符。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2.建立过程： DNA双螺旋结构模型 【模型建构】 物理模型 一、DNA双螺旋结构模型的构建 1953年，美国的沃森和英国的克里克撰写的《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。 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 左一：威尔金斯；左三：克里克；右二：沃森 1962年诺贝尔生理学与医学奖 一、DNA双螺旋结构模型的构建 平面结构 空间结构/立体结构 A P G P C P T P T P C P G P A P 二、DNA的结构 O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H 3′ 5′ 5′ 3′ DNA的一条单链具有两个末端，磷酸基团端称作5’-端。羟基(-OH)端称作3’-端。 1. 整体 由 条单链按_________方式盘旋成_______结构。 反向平行 双螺旋 2 二、DNA的结构 A T A T T A G G G C C A T C 磷酸 和 交替连接，构成基本骨架； 2. 排列 内侧 脱氧核糖 3. 原则 A只和 配对、G只和 配对，碱基之间的一一对应的关系，就叫作 。 氢键 T C 碱基互补配对原则 碱基对 外侧 碱基通过 连接成 。 氢键 碱基对 二、DNA的结构 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 胞嘧啶（C） 氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。 配 对： （3个氢键） 氢键 G C A T （2个氢键） 二、DNA的结构 A T A T T A G G G C C A T C 总结 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 二、DNA的结构 4.关系 二、DNA的结构 2. 下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。 G A T C ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ①_____________； ② _____________； ③_____________； ④ _____________； ⑤_____________； ⑥ _____________； ⑦_____________； ⑧ _____________； ⑨_____________； ⑩ ___________________________； 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 脱氧核糖 磷酸 脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸链的片段 讨论 课本P52 ——练习与应用 三、DNA的特性 1.多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。 一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。 2.特异性：每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基 排列顺序 3.稳定性：(即结构的稳定性） DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变， 两条链间碱基互补配对的原则不变。 注意：G、C碱基对比例越大，结构越稳定 n个碱基对排列成的DNA分子有4n种排列方式 23 DNA指纹技术 在现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行DNA指纹鉴定。你能从下面的DNA指纹图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。 体现DNA分子的特异性。 √ 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 1.在整个DNA分子中 ①双链中： A = T , G = C（互补碱基） ②A+G = T+C = A+C = T+G = 1/2 (A+G+T+C） 规律一：双链DNA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相等，且为碱基总数的一半。 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 2.互补的两条链中 设DNA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，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 (1)A1＋T1＝ ；G1＋C1＝ 。 A2＋T2 G2＋C2 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”。 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 (2) 与 与 的关系是 A1+T1 A2 + T2 A + T G1+C1 G2 + C2 G + C 相等的 规律三：互补碱基之和的比值在两条互补链与整个DNA中是相等的， 简记为“补则等”。 (1)A1＋T1＝ ；G1＋C1＝ 。 A2＋T2 G2＋C2 简化：①互补碱基之和，在单双链中占比相等， ②互补碱基和之比，在单双链中相等，简记为“补则等”。 (A1+T1)% = ( A2+T2)% = 总( A+T)% ( G1+C1)% = ( G2+C2)% = 总( G+C)% 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 互为倒数 规律四：不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”。 A1 A1 A N1 N2 N 规律五：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和 的一半。 (4) 若 =a , = ,则 = 1/2(a+b) b ①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数 A+G=T+C 即A+G/T+C=1 ②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 1 T 2 T 1 A2 G 1 C 2 C 1 G 2 DNA双链 A+T G+C A1+T1 G1+C1 A2 +T2 G2 +C2 = = ③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。 A1+G1 T1+C1 =a T2+C2 A2+G2 =1/a A1+C1 T1+G1 T2+G2 A2+C2 = 补则等 不补则倒 课堂总结 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 2.一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应是_____ 1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____ 20% 60个 3.若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 0.4 0.4 4.在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 2.5 1 T+G=50% A+C=50% “补则等” “不补则倒” 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 1．从某生物组织中提取一个DNA进行分析，其中G＋C占全部碱基的46%， 又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中A占28%，C占24%，则与H链 相对应的另一条链中，A、C分别占该链全部碱基的(　　) A．26%、22%　　　 B．24%、28% C．14%、11% D．11%、14% A 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 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 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 C 四、DNA分子中碱基数量的计算规律 4．下列有关DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其 互补链中碱基数目比值的关系图，不正确的是(　　) A B C D C 补则等 不补则倒 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型 某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少 需要： (1)代表磷酸的球形塑料片几个？ (2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？ (3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？ (4)可组装出几种该DNA片段模型？ 20 20 20 410 制作脱氧核苷酸 6种：磷酸、脱氧核糖、4种碱基 磷酸 脱氧核糖 四种碱基 准备材料： 例.用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如表所示，下列说法正确的是 卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基 A T G C 卡片数量 10 10 2 3 3 2 A.最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对 B.构成的双链DNA片段最多有12个氢键 C.搭建的DNA模型中有2个游离的磷酸基团 D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA片段 √ ＝＝(N为相应的碱基总数)，＝＝。 (3)与的关系是 。 Lavf58.30.100 $