3.2DNA分子的结构课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

在对DNA结构的探索中，于1953年摘取桂冠的是两位年轻的科学家---美国生物学家沃森和英国的物理学家克里克。 沃森 克里克 1、DNA分子是怎样储存遗传信息的？ 2、DNA分子是怎样决定生物的性状？ 大多数生物体的遗传物质是DNA，所以：DNA是主要的遗传物质。 第2节：DNA分子的结构 第三章 基因的本质 DNA结构？ 沃森，美25，克里克，英37 在确信DNA是生物体的遗传物质后，人们更加迫切地想知道:DNA是怎样储存遗传信息的?又是怎样决定生物性状的?要回答这些问题，首先需要弄清楚DNA的结构。 1 沃森 克里克 我能帮你理解生物学内容 我能帮你理解物理学原理 1、（主要）建立者： 沃森和克里克 一、DNA结构模型的构建 英国剑桥大学卡文迪什实验室 2 一、DNA结构模型的构建 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 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 碱 基 A G C T 磷酸 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 脱氧 核糖 不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的？ 资料1: 3 3 4 5 2 1 资料2:DNA是由许多个“脱氧核苷酸”连接而成的长链。 思考：如何连接呢？ 3'，5'-磷酸二酯键 3'，5'-磷酸二酯键 … 一条脱氧核苷酸链（单链） 不叫DNA分子 4 1952年5月,英国物理学家威尔金斯和其同事富兰克林利用X射线晶体衍射技术获得了一张清晰的十字B型DNA的照片(如图1)。 资料3 图1 DNA衍射图谱 威尔金斯 富兰克林 X射线晶体衍射技术 沃森和克里克尝试搭建了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型,但都被否定了。 5 单丝衍射 光通过细丝后形成明暗相间的衍射条纹 一、 DNA双螺旋结构模型的构建 弹簧衍射图谱 思考1: DNA衍射图谱和弹簧的衍射图谱有什么相似之处？这说明DNA的结构有什么特点？ “X”形意味着DNA分子是螺旋的 二战后，科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2nm。 结论 DNA可能由两条或三条链组成。 一条链组成的DNA：直径＜2nm 两条链或三条链组成的DNA：直径≈2nm 四条链组成的DNA：直径＞2nm 资料4 双螺旋 三螺旋 四螺旋 资料5 富兰克林（英）根据三条链的模型计算出的含水量仅为实测值的1/10 沃森和克里克也计算了单条脱氧核苷酸链的密度，发现它是实验提取的DNA密度的一半。 思考2：结合DNA的稳定性和含水量，可得出结论：DNA由       条链构成。 二 “ 富兰克林”和“威尔金斯”应用Ｘ射线衍射技术，拍摄了多张“DNA衍射图谱”，发现DNA翻转180°后，翻转的图谱与未翻转的一模一样。 资料6 翻转180° 【模型建构】下图是具有三个碱基对的两条链排布的情况： 可能性2 可能性1 可能性3 10 可能性2 可能性1 可能性3 翻转180° 可能性1 可能性2 可能性3 √ √ 11 科学家曾对脱氧核苷酸的化学结构进行分析，发现磷酸基团具有亲水性，碱基具有疏水性，不同的碱基之间还可以形成氢键。 × √ 可能性1 可能性3 资料7 结论： 模型一 DNA两条链是反向排列的 A P T P C P G P T P 模型二 沃森和克里克侦探再次尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但是这个结构又被否定了，为什么？ 我们先来分析下这四种碱基的化学结构 T P G P C P T P A P 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 碱基（N） 嘌呤 嘧啶 两个环（更长） 一个环（更短） 嘌呤碱基是双环化合物;嘧啶碱基是单环化合物 资料8 DNA的结构不稳定 A P T P C P G P T P T P G P C P T P A P A P T P C P G P T P T P G P C P T P A P 发生改变： 这种结构会导致什么结果？ 那应该怎样配对呢？ 资料9 DNA螺旋的直径是固定的，均为2 nm。 应是嘌呤与嘧啶相连。 假说一: A与T配对，C与G配对; 假说二: A与C配对，G与T配对。 嘌呤与嘌呤、嘧啶与嘧啶相连不成立 1952年，奥地利生物化学家查哥夫发现： 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 查哥夫 资料10 由此推测，上述哪种假说是正确的？ A与T、G与C配对 C T T G A C A G 2个氢键 3个氢键 资料11 美国化学家多诺林( J． Donohune)，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，形成氢键。 模 型 三 17 a.碱基安排在双链螺旋内部。 b.脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋外部。 c.A与T配对，G与C配对(碱基互补配对原则) d.DNA两条链的方向_____。 ——DNA双螺旋模型 相反 3、构建结果 一、 DNA双螺旋结构模型的构建 A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径 DNA分子具有恒定的直径 解释A=T、G=C的数量关系 成功的证据1 成功的证据2 X射线衍射照片 推算出的DNA 双螺旋结构 相符 金属材料制作的模型 3、构建结果 ——DNA双螺旋模型 ——物理模型 一、 DNA双螺旋结构模型的构建 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》在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。 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。 一、 DNA双螺旋结构模型的构建 1962年诺贝尔生理学与医学奖 要善于利用他人的研究成果和经验； 要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的； 研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 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元素组成： C、H、O、N、P ②分子组成： ③基本单位 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ O 脱氧核糖核苷酸 1、DNA分子的结构层次 磷酸 含氮碱基 O 脱氧核糖 脱氧核糖上与碱基相连的碳叫1’—C 与磷酸基团相连的碳叫5’ —C 二、DNA分子的结构 5′ 3′ O 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ A O 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ C O 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ G O 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ T DNA的一条单链有两个末端： 一端有一个游离的磷酸基团，这一端称为5’端； 另一端有一个羟基（—OH），称为3’端。 1、DNA分子的结构层次 ④脱氧核苷酸长链 二、DNA分子的结构 5′ 3′ 3′ 5′ 1、DNA分子的结构层次 ⑤两条反向平行 的脱氧核苷酸长链 ⑥两条链的相邻碱基 之间形成氢键 氢键 碱基互补配对原则： A=T（2个氢键） G≡C（3个氢键） 碱基对 二、DNA分子的结构 平面结构 双螺旋结构 1、DNA分子的结构层次 ⑦形成双螺旋结构 二、DNA分子的结构 ⑴DNA分子一般是由 条单链组成的，这两条链按 方式盘旋成 结构。 ⑵DNA分子中的 交替连接排列在外侧，构成基本骨架； 排列在内侧。 两 反向平行 双螺旋 脱氧核糖和磷酸 碱基 ⑶两条链上的碱基通过 连接起来，形成 ，且遵循 。 氢键 碱基对 碱基互补配对原则 2、DNA双螺旋结构的主要特点 二、DNA分子的结构 平面结构 1．DNA由反向平行的两条脱氧核苷酸长链组成。如果DNA的一条链上某碱基序列是5′­AGCTGCG­3′，则另一条链与之配对的部分是(　　) A．5′­CGCAGCT­3′ B．5′­TCGACGC­3′ C．5′­AGCTGCG­3′ D．5′­GCGTCGA­3′ 答案：A 1．(合格考)构建DNA双螺旋结构模型时，下列“部件”之间连接正确的是(　　) 答案：B DNA分子结构的信息解读1 二、DNA分子的结构 30 (1)DNA分子中数量关系： 脱氧核苷酸、磷酸、脱氧核糖、含氮碱基四者之间的数量关系为 。 双链DNA分子中，含____个游离磷酸基团 双链DNA分子中，每个脱氧核糖连接______个磷酸基团。 双链DNA分子中，每个磷酸基团连接______个脱氧核糖。 A和T之间____个氢键；G和C之间____个氢键。因此，_______比例越大的DNA的分子，其稳定性和耐热性越高。 2 1或2 1或2 2 3 G和C DNA分子结构的信息解读2 二、DNA分子的结构 1∶1∶1：1 31 (4)DNA分子中的位置关系： 在双链DNA分子中，两条链之间的相邻碱基，靠_______相连； 一条链中的相邻碱基，靠__________________________________相连； (2)DNA分子水解情况： ①DNA初步水解产物： ②DNA彻底水解产物： (3)DNA分子中两种化学键： ①氢键：碱基对之间的化学键。 ②磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键。 氢键 脱氧核糖——磷酸——脱氧核糖 DNA分子结构的信息解读2 脱氧核苷酸(4种)； 磷酸、脱氧核糖 和含氮碱基(6种) 二、DNA分子的结构 32 4．(等级考)下面为含有四种碱基的DNA的结构示意图，对该图的正确描述是(　　) A．③有可能是碱基A B．②和①相间排列， 构成DNA分子的基本骨架 C．①②③中特有的元素分别是P、C和N D．与⑤有关的碱基对不一定是A—T 答案：B 例题、经过对某生物体内的核酸成分的化学分析得知，该生物体内的核酸中，嘌呤占58%，嘧啶占42%，由此可以判断 (　　) A．此生物体内的核酸一定是DNA B．该生物一定不含DNA而只含RNA C．若此生物只含DNA，则一定是单链的 D．若此生物含DNA，则一定是双链的 C 【解析】因该生物核酸中嘌呤数和嘧啶数不等，故可能是只含有RNA，或同时含有DNA和RNA，或只含单链DNA。 34 两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是 的。 A A A T T T G G G G C C C A T C 观察DNA的结构： 长链中的碱基对的排列顺序是 的。（ ） 稳定不变 千变万化 遗传信息 附录1：菌株SXL-107 18S rDNA全序列测定结果（ 1265 ） （正向引物5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3'，反向引物5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3' ） AGGAAAGATCTTAGTCGGGTGAATGATTCGATTCGAGCTCGGTACCCGGGGATCCTCTAGAGATTTCCGTAGGTGAACCTGCGGAAGGATCATTATGAATTAAAAATATTTGTGAAATTTCAACAAACAACATCAATTTTATAGTCTATTATTTTTAATTAAAACTTTTAACAATGGATCTCTTGGTTCTCGTATCGATGAAGAACGCAGCGAAACGCGATATTTCTTGTGAATTGCAGAAGTGAATCATCAGTTTTTGAACGCACATTGCACTTTGGGGTATCCCCCAAAGTATACTTGTTTGAGCGTTGTTTCTCTCTTGGAATTGCTTTGCTCTTCTAAAATTTCGAATCAAATTCGTTTGAAAAACAACACTATTCAACCTCAGATCAAGTAGGATTACCCGCTGAACTTAAGCATATCAATAAGCGGAGGAAATCGTCGACCTGCAGGCATGCAAGCTTGGCACTGGCCGTCGTTTTACAACGTCGTGACTGGGAAAACCCTGGCGTTACCCAACTTAATCGCCTTGCAGCACATCCCCCTTTCGCCAGCTGGCGTAATAGCGAAGAGGCCCGCACCGATCGCCCTTCCCAACAGTTGCGCAGCCTGAATGGCGAATGGCGCCTGATGCGGTATTTTCTCCTTACGCATCTGTGCGGTATTTCACACCGCATATGGTGCACTCTCAGTACAATCTGCTCTGATGCCGCATAGTTAAGCCAGCCCCGACACCCGCCAACACCCGCTGACGCGCCCTGACGGGCTTGTCTGCTCCCGGCATCCGCTTACAGACAAGCTGTGACCGTCTCCGGGAGCTGCATGTGTCAGAGGTTTTCACCGTCATCACCGAAACGCGCGAGACGAAGGGGCCTCGTGATACGCCTATTTTTATAGGTTAATGTCATGATAATAATGGTTTCTTAGACGTCAGGTGGCACTTTTCGGGGAAATGTGCGCGGAAACCCTATTTGTTATTTTTCTAAATACATTCAAATATGTATCCGCTCATGAGACATACCCTGATAAATGCTTCAATAATATGGAAAAGGAGAGTATGAGTATTCACATTTCCGTGTCGCCTTAGTCCCTTTTTTGCGCATTTTGCCCTTCTGTTTTGCTTCACCCAGGAACGCTGGGTGAAGTAAAAGATGGCCTGAGAATCAGCTGACTGACGATTGCTTACAATCAACTGAATCTCAAACGCGTTAGATCCTGGAAGGGTTTCCCGGAAACGTTTCCAATGTAGAGAAACCATTTGAGAC 36 1265个。真核生物的核糖体小亚基RNA的编码DNA 三、DNA分子的特性 1）多样性：DNA中碱基对的排列顺序千变万化。 情境1：一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G（ 有4000个碱基对）。请同学们计算其DNA分子最多有多少种？ 4 种 4000 3) 稳定性： 情境3：两条链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序是否不变？碱基的配对方式是否不变？ 2）特异性： 每种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序。 情境2：假设人类第1号染色体的第1个基因是由17个碱基对随机排列构成的，那么，你与同桌相比，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性有多大？ ４-17X４-17 不变 37 情境启思 实战演练：DNA指纹技术 DNA分子能像指纹一样用来鉴定身份吗？有科学依据吗？ 在人类的DNA分子中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。 特异性 (1)图中的几号可能是罪犯？ (2)图中的一个片段就是一个基因吗？ 1号 不是 1.目的要求: 通过制作模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。 曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。 2.材料用具: 制作DNA双螺旋结构模型 探究•实践 ①制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时,须注意各分子的大小比例。 ②磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。 ③制作两条长链时，注意每条链上碱基总数要一致，碱基对间应是互补配对的，两条链方向是相反的。 3.模型设计: 制作DNA双螺旋结构模型 探究•实践 请注意示意图上脱氧核糖碳原子的位置 含氮碱基 磷酸基团 O 脱氧核糖 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 探究·实践 制作DNA双螺旋模型 4、成果展示 DNA的结构 探究·实践 制作DNA双螺旋模型 4、成果展示 DNA的结构 探究·实践 制作DNA双螺旋模型 4、成果展示 DNA的结构 A T G C A A T T C G C C G G A A T T 五、探究-实践：制作DNA双螺旋结构模型 若该模型有100个碱基对，其中腺嘌呤30个，该模型制作时需要多少个订书针？ A=T=30个 G=C=70个 氢键数=30x2+70x3=270 270 + 200x2 + 99x2 = 868 例.下面是DNA的分子结构模式图，说出图中1－10的名称。 1 2 3 4 5 6 7 8 10 9 G T C A 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 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 （一）DNA水解产物、氢键数目的计算 1、DNA水解产物：初步水解产物是 ，彻底水解产物是 。 2、氢键数目计算：若碱基对为n，则氢键数为2n～3n；若已知A有m个，则氢键数为 。 3n－m （四种）脱氧核苷酸 磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基（6种） 四、与DNA有关的计算 1、某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤(G)占36%，胸腺嘧啶(T)数目为_____ 14% （二）碱基（对）数目的计算 规律1：DNA分子中任意两不互补碱基之和恒等于碱基总数的50% ∵A=T， G=C ∴ A+G=T+C = 50%，A+C=T+G=50% 例1一个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__ _个 60 规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数＝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。 2.DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____ 29% （二）碱基（对）数目的计算 规律2：互补两碱基之和在单双链中所占比值相等 A1 +T1 +G1 +C1 A1 +T1 = c% A2 +T2 +G2 +C2 A2 +T2 = c% A+T A+T+G+C = c% 例、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% A A+T G+C A2 +T2 G2 +C2 A1+T1 G1+C1 =a =a =a 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”。 3、DNA分子的一条链中， A+G/T+C = b，则胸另一条互补链中A+G/T+C =_____ （二）碱基（对）数目的计算 规律3：不互补碱基之和之比在两条单链（互补链）中互为倒数。 1 b A2+G2 T2+C2 = T1+C1 = b A1+G1 1 b 规律4：不同生物的DNA分子中 (A＋T)/(G ＋ C)的值 （相同/不同）。该比值体现了不同生物DNA分子的 性。 不同生物的DNA分子中（A＋ G）/（C＋ T）的比值 （相同/不同） 不同 特异 相同 规律三：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”。 碱基计算中的两个看清 (1)看清单双链 (2)看清“个”或“对” A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 四、DNA碱基数目的相关计算 例1．某双链DNA分子中共有碱基1 400个，其中一条单链上(A＋T)/ (C＋G)＝2/5，则该DNA分子中胞嘧啶脱氧核苷酸的数目是 (　　) A．150个　　B．200个 C．500个 D．1 000个 C 例2．在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤（A）碱基数为n，则下列有关叙述错误的是 (　　) A．脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m B．G的数量为m－n C．两条链中A＋T的数量为2n D．碱基之间的氢键数为(3m－2n)/2 B 【解析】双链DNA分子中共有碱基1 400个，其中一条单链上(A＋T)/(C＋G)＝2/5，则双链DNA分子中A＋T占总碱基数的2/7，G＋C占5/7，该DNA分子中胞密啶脱氧核苷酸的数目是1 400×5/7÷2＝500个。 【解析】一个脱氧核苷酸分子，由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，所以脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m，A正确；碱基总数为m，一共有m/2个碱基对，腺嘌呤为n，则氢键总数为(3m－2n)/2，B正确；腺嘌呤数为n，A与T碱基互补配对，A＝T，C正确；A与T碱基互补配对，A＝T＝n，所以C＋G＝m－2n，C＝G＝(m－2n)/2，D错误。 52 例3．下列有关双链DNA分子的叙述，不正确的是 (　　) A．若DNA分子中碱基A所占比例为a，则碱基C所占比例为1/2－a B．如果一条链上(A＋T)/(G＋C)＝m，则另一条链上该比值也为m C．如果一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上该比值为4∶3∶2∶1 D．由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为100个 【解析】依题意知，A和T所占比例均为a，则C和G所占比例均为1/2－a，A项正确；如果一条链上(A＋T)/(G＋C)＝m，根据碱基互补配对原则，可知另一条链上该比值也为m，B项正确；如果一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上该比值为2∶1∶4∶3，C项错误；如果该DNA分子片段只含有A—T碱基对，则只含有100个氢键，D项正确。 C 谢谢 54 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.52 $