3.2DNA分子的结构课件2021-2022学年高一下学期生物人教版必修2(共64张PPT)

(共64张PPT)
DNA是遗传物质的主要证据：
证据一：肺炎双球菌的转化实验（格里菲斯、艾弗里）
证据二：噬菌体侵染细菌的实验（赫尔希、蔡斯）
第2节
DNA的分子结构
DNA的化学组成
脱氧核糖核酸
脱氧核苷酸
复习提问
DNA中文全称：　　　　
基本单位:
结构简式：　　　　　　　　　
脱氧
核糖
含氮碱基
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
A —腺嘌呤 G —鸟嘌呤
C —胞嘧啶 T —胸腺嘧啶
含氮碱基种类：
因此，脱氧核苷酸也有4种：
腺嘌呤脱氧核苷酸
A
胞嘧啶脱氧核苷酸
C
鸟嘌呤脱氧核苷酸
G
T
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
脱氧核苷酸如何形成DNA分子？DNA的结构又是如何？
C
T
A
G
5’
3’
4
1
2
3
OH
H
CH2
H
p
=
OH
O
OH
O
CH2
H
1
2
3
OH
H
4
4
磷酸二酯键
磷酸二酯键
美国生物学家沃森（左）
英国生物物理学家克里克（右）。
一、DNA双螺旋结构模型的构建过程
阅读课本47-48页
1、沃森和克里克在构建DNA模型过程中，利用了他人的哪些经验和成果？
2、沃森和克里克在构建模型的过程中，出现过哪些错误？他们是如何对待和纠正这些错误的？
3、通过阅读沃森和克里克构建DNA模型的故事，给你带来什么启示？
当时科学界对DNA认识： DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链
英国物理化学家富兰克林和同事生物物理学家威尔金斯在1951年率先采用X射线衍射技术拍摄到DＮＡ晶体照片
（英，R.E.Franklin, 1920－1958）
DNA衍射图谱
X衍射技术是用X光透过物质的结晶体，使其在照片底片上衍射出晶体图案的技术。这个方法可以用来推测晶体的分子排列。
DNA的X射线衍射图
富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图
问题：沃森和克里克从衍射图谱中受到什么启示？
数据推算出DNA是螺旋结构！
尝试多种不同的双螺旋、三螺旋结构
两条链的连接——即碱基是如何配对
配对违反了化学规律
查哥夫（E.Chargaff,1905--）奥地利著名生物化学家.测定多种生物DNA中碱基的含量。提出了查哥夫（Chargaff）法则，即T与A物质的量相等，且G与C的物质的量相等 。
化学家的帮助
A
C
G
T
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
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。
资料2：DNA是由4种脱氧核苷酸连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
资料4：奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量(A=T)，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量(G=C)。
一、DNA双螺旋结构模型的建构
资料3： 1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供了DNA的X射线衍射图谱 ，沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构，随后构建出磷酸—脱氧核糖骨架在外部，碱基在螺旋内部双链螺旋。
　　1953年４月２５日，英国的《自然》杂志刊登了美国的沃森和英国的克里克在英国剑桥大学合作的成果，　ＤＮＡ双螺旋结构的分子模型，这一成就后来被誉为２０世纪以来生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的标志．
左一： 威尔金斯
左三： 克里克
左五： 沃森
１９６２年，沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得了诺贝尔生理学和医学奖．
思考与讨论
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的什么部位呢？
3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
（1）DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
二、DNA分子结构的主要特点
C
T
T
G
A
C
A
G
5’
5’
3’
3’
磷酸二酯键
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
DNA平面结构
磷酸、脱氧核糖交替连接—
构成基本骨架；
（2）.外侧：
碱基；
内侧:
A
G
C
T
氢键
A
T
G
C
⑶碱基互补配对原则
碱基对
思考：在一个DNA分子中，哪些碱基比例较高，则该DNA分子就比较稳定？
DNA分子是由 条链组成， 盘旋成 结构。
交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 排列在内侧。
碱基通过 连接成碱基对，并遵循
原则。
反向平行
双螺旋
脱氧核糖和磷酸
碱基对
氢键
碱基互补配对
2
A
G
C
T
氢键
A
T
G
C
磷酸二酯键
脱氧核苷酸
碱基对
DNA的组成和结构可用五四三二一表示
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、G、C、T，组成四种脱氧核苷酸
三种物质：
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条长链：
两条反向平行的脱氧核苷酸长链
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
化学组成单位
双螺旋结构
基本单位——脱氧核苷酸
种类：
四种
主要特点
碱基互补配对原则：
①由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
②外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 ，碱基排列在内侧。
③DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
—A —A —C —C— G —G—A— T—
—T —T —G —G —C —C —T —A—
DNA的结构
DNA双螺旋结构的构建
小结
(碱基互补配对原则)
1．以下四个双链DNA分子中，稳定性最差的是(　　)
A．A占25% B．T占30%
C．G占25% D．C占30%
解析：　DNA分子结构稳定性表现在相对稳定的双螺旋结构；碱基对通过氢键连接，氢键含量越高，稳定性越强。根据碱基互补配对原则可计算四个双链DNA分子中含G≡C碱基对最少的稳定性最差。A项中G＋C＝50%；B项中G＋C＝40%；C项中G＋C＝50%；D项中G＋C＝60%。
答案：B
你注意到了吗？
1.两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。
2.长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的,有多样性。
3.特异性 DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。
G
A
T
C
A
A
T
T
C
C
G
G
磷酸二酯键
有两个游离的磷酸基团；一个或两个。
该DNA片段中有几个游离的磷酸基团？脱氧核糖连接几个磷酸基团？
2．判断正误
(1)在DNA模型构建过程中，沃森和克里克曾尝试构建三螺旋结构模型。( )
(2)沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型过程中，碱基配对方式经历了相同碱基配对到嘌呤与嘧啶配对的过程。( )
二、DNA分子的结构
1．观察教材P49图3－11，结合制作模型体验，探讨下列问题：
(1)DNA分子中同一条链和两条链中连接相邻两个碱基的结构有何不同？
√
√
提示：同一条链中连接相邻两个碱基的结构是—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—；两条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键。
比较不同的DNA模型有什么不同？
DNA中的遗传信息蕴藏在哪儿
碱基对的排列顺序不同
碱基对的排列顺序中
DNA分子的特点：
②多样性：
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。
③特异性：
不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。
①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。（即结构的稳定性）
DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。
特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序。
4n(n表示碱基对数)
（4）、DNA分子的结构特性
1）多样性：碱基对的排列顺序的千变万化(主要的），构成了DNA分子的多样性。
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？
4 种
4000
2）特异性
碱基对的特定排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。
3) 稳定性
【课堂反馈】
　1．下面是DNA的分子的结构模式图，说出图中1－10的名称。
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
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
基础知识简答
1、沃森和克里克于 年提出了著名的 模型，为合理地解释遗传物质的 奠定了基础。
2、DNA又称 ，组成它的基本单位是
（由一分子 、一分子 、一分子 组成）。组成DNA的碱基共有 种（符号表示为 ），脱氧核苷共有 种（名称是① 、② 、③ 、④ 。
1953
DNA双螺旋
各种功能
脱氧核糖核酸
脱氧核苷酸
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
4
A T G C
4
胞嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
碱基互补配对原则应用规律
思考
X链 10A—30G—30C--20T
Y链 ？T—？C—？G--？A
？ X链（A+G）/（T+C）=？
？ Y链（A+G）/（T+C）=？
？ DNA中（A+G）/（T+C）=？
？ X链（A+T）/（G+C）=？
？ Y链（A+T）/（G+C）=？
？ DNA中（A+T）/（G+C）=？
10
30
30
20
4/5
5/4
1
1/2
1/2
1/2
你能从上述结果中总结出什么规律吗？
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
碱基互补配对原则应用
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。
则在DNA双链中： A = T ， G = C
可引申为：
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+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G 2 +C2
=
=
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
练 习 题
某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的
分子数占18%，则鸟嘌呤的分子数占
32%
或者：A+G=T+C=50%
结论：两个非互补配对碱基之和占DNA碱基总数的50%
因为A=T=18%，
所以G+C=
答：
又因为G=C，
A=18%，所以G=50%-18%=32%
所以A+T=36%；
100%-36%=64%
因此G=C=32%
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
例题1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
27%
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
例题2、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。
24%
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
T2 +C2
A2 +G2
=
A 1+C1
T1 +G1
T2 +G2
A2 +C2
=
④双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+T是整个DNA分子A+T的一半。
A+T
A+T+G+C
A1 +T1 +G1 +C1
A1 +T1
=
=
A2 +T2 +G2 +C2
A2 +T2
=
A1 +T1
（A+T）
1
2
=
=
A2 +T2
同理：
G+C
A+T+G+C
=
=
A1 +T1 +G1 +C1
G1 +C 1
A2 +T2 +G2 +C2
G2 +C2
（G+C）
1
2
G1 +C1
G2 +C2
=
=
例题3、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 ;
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
5.已知在DNA分子中的一条单链(A+G)/(T+C)= m 时,求:
(1)在另一互补链中这一比例是多少
1/m
(2) 这个比例关系在整个分子中又是多少
1
(3)在另一互补链中这一比例是多少
n
(4)这个比例在整个DNA分子中又是多少
n
当在一单链中,如果(A+T)/(G+C)=n 时,求:
3. 拓展题
你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。
∵A=T G=C
∴A+G=T+C
∴
也可以写成以下形式：
规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之和 ，并为碱基总数的 。
A+G
( )
=
T+C
( )
=50%
A+G
T+C
=
( )
( )
=
( ）
( )
=1
A+G+T+C
A+G+T+C
A+C
T+C
T+G
A+G
恒等
一半
例2．已知1个DNA分子中有4000个碱基对，其中胞嘧啶有2200个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是 （ ）
A．4000个和900个 B．4000个和l800个
C．8000个和1800个
D．8000个和3600个
C
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
例4：某双链DNA分子中，A占整个DNA碱基总数的27%，其中一条链上A占该链碱基总数的22%。求另一条链上A占其所在链碱基总数的百分含量。
32%
4、某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的34%，其中一条链上的C占该链碱基总数的28%，那么，对应的另一条互补链上的C占该链碱基总数的比例是多少？
38%
5、在含有四种碱基的DNA区段中，有腺嘌呤a
个，占该区段全部碱基的比例为b，则 （ )
b≤0.5 B. b≥0.5
C.胞嘧啶为a(1/2b－1) D.胞嘧啶为b(1/2a － 1)
C
6、分析一个DNA分子时，发现30%的脱氧核苷酸含有A，由此可知，该分子中一条链上G含量的最大值可占此链碱基总数的多少？
40%
1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
解析：
因为DNA分子中，A+G=T+C。所以，
A=50%–23%=27%
2、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？
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？
2.5 1 ;
0.4 0.4
有关DNA中的碱基计算
3、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。
24%
1、某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
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_____
3、 DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____
20%
60个
29%
练习：
6:从某生物组织中提取DNA进行分析,其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46% ,又知DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤,问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的 ( )
Ａ、26%　　　 Ｂ、24% 　 Ｃ、14% Ｄ、11%　
A
4、下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
P
P
P
P
A
C
T
G
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
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
有关DNA中的碱基计算
1、与DNA结构有关的碱基计算
（A+G）/（T+C）=
（A+C）/（T+G）=
1
1
①
两条链不互补的碱基之和相等。
（A+G）/（A+T+G+C）=
1 / 2
②
两链中不互补的碱基和与两链碱基总数之比等于50%（1/2）。
（A1+T1）/（A2+T2）=
（G1+C1）/（G2+C2）=
（A1+G1）/（T1+C1）= a，
则（A2+G2）/（T2+C2）=
1
1
1 / a
③
④
一条链中互补碱基的和等于另一条链中互补碱基的和。
一条链中不互补碱基的和之比等于另一条链中这种比值的倒数。
（A+T）/（A+T+G+C）=a，
则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=
a
⑤
两条链中互补碱基和与两条链碱基总数之比，与任意一条链的这种比值相等。
DNA分子各种碱基的数量关系 ：
① 在整个DNA分子中，A=T、G=C；
A+G=T+C，A+C=T+G； (A+G）/（T+C）=1
② DNA分子的一条链中的A+T=另一条链的T + A ；
同理，G+C = C+G
④如果一条链中的(A+T) / (G+C)=a，则另一条链中的(A+T) / (G+C)比例也是a；如果一条链中的(A+G) / (T+C)=b,则另一条链中(A+G) / (T+C)的比例是1/b
③两个非配对碱基之和占碱基总数的50%。即
A+C=T+G=50%，A+G=T+C=50%
⑤在DNA分子中一条链中A+T的和占该链碱基比率
等于另一条链中A+T的和占该链碱基比率，还等于双
链DNA分子中A+T的和占整个DNA分子的碱基比率。
即： (A1+T1)% = ( A2+T2)% = 总( A+T)%
同理： ( G1+C1)% = ( G2+C2)% = 总( G+C)%
碱基互补原则：腺嘌呤(A)一定与胸腺嘧啶(T)配对,鸟嘌呤(G)一定与胞嘧啶(C)配对.碱基之间的这种一一对应的关系,叫做碱基互补配对原则
应用：DNA分子中有关碱基的计算。
碱基互补配对原则及应用
①双链DNA分子中，两互补碱基相等；任意两个不
互补碱基之和恒等，各占碱基总数的50%,且不互补
碱基之和的比值等于1．
(A+G)/(T+C)=(A+C)/(T+G)=(T+C)/(A+G)=(T+G)/(A+C)=1
规律总结：
∵A=T， C=G
∴ A+G=T+C =A+C=T+G= 50%
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+T
G+C
A 2 +T 2
G 2 +C 2
A 1+T 1
G 1+C 1
=n
= n
= n
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
③双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该链碱基总数的百分比。
A+T
A+T+G+C
=
A 2 +T 2 +G 2 +C 2
A 2 +T 2
=
A 1 +T 1 +G 1 +C 1
A 1 +T 1
=
m%
m%
m%
规律总结：
④双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。即两不互补碱基之和的比值等于另一互补链中这一 比值的倒数.
1
n
A 2+G 2
T 2 +C2
=
T 1 +C 1
=
n
A1+G 1
规律总结：