3.2DNA的结构 生物人教版（2019）必修2 (共59张PPT)

(共59张PPT)
3.2 DNA的结构
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
第三章 基因的本质
坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑,以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。你知道为什么将它作为高科技园区的标志吗
DNA分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子水平，具有里程碑式的意义。
DNA双螺旋结构的发现是20世纪最为重大的科学发现之一，和相对论、量子力学一起被誉为20世纪最重要三大科学发现。
问题探讨
奔驰汽车展览馆
著名建筑
上海崇明螺旋状自行车公园
结构 功能
在确信DNA是遗传物质之后，人们更迫切的想知道：
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
问题探讨
1.建立者：
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。
晚年沃森和克里克在双螺旋结构模型前的最后一次合影
一.DNA双螺旋结构模型的构建
2.建立过程：
20世纪30年代，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。
脱氧(核糖)核苷酸
A(腺嘌呤）
T(胸腺嘧啶)
C(胞嘧啶)
G(鸟嘌呤)
一.DNA双螺旋结构模型的构建
1′
2′
4′
5′
3′
（2）1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（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。
M.Wilkins
R.E.Franklin
2.建立过程：
一.DNA双螺旋结构模型的构建
“X”形意味着DNA分子是螺旋的，提供了决定性的实验依据。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
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。
DNA是螺旋结构
双螺旋？
三螺旋？
搭建的多种模型都被否定
碱基组成 碱基比例 A G C T A/T G/C (A+G)/(T+C) (A+T)/(G+C)
人 30.9 19.9 19.8 29.4 1.05 1.01 1.03 1.52
鸡 28.8 20.5 21.5 29.2 0.99 0.95 0.97 1.38
海胆 32.8 17.7 17.3 32.1 1.02 1.02 1.02 1.85
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9 0.95 1.09 1.00 1.79
大肠杆菌 24.7 26 25.7 23.6 1.05 1.01 1.03 0.93
20世纪40年代，测定几种生物DNA分子中4种碱基的数量关系
2.建立过程：
奥地利生物化学家查哥夫
（3）查哥夫法则：
在DNA中，腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量；
鸟嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。
一.DNA双螺旋结构模型的构建
01
（4）据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。
富兰克林发现，将DNA晶体翻转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。
2.建立过程：
沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型
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
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
知识拓展：
A-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
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，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。
威尔金斯
克里克
沃森
2.建立过程：
一.DNA双螺旋结构模型的构建
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA结构模型的构建——DNA第一夫人（视频）
讨论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那些启示？
③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。
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碰撞中获得的；
2.建立过程：
思考 讨论：DNA双螺旋结构模型的构建
一.DNA双螺旋结构模型的构建
例1..下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是( )
A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像
B.沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型
C.查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系
D.富兰克林和查哥夫发现DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量
例2.1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于( )
①证明DNA是遗传物质
②确定DNA是染色体的组成成分
③发现DNA如何储存遗传信息
④解释A、T、G、C的数量关系
A.①③ B.②④ C.②③ D.③④
例3.（2021·广东高考真题）DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是（ ）
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
B
脱氧核苷酸
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。
C、H、O、N、P
二、DNA的结构
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的元素组成：
二、DNA的结构
1.DNA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
二.DNA的结构
立体结构
平面结构
5’
1’
2’
3’
4’
5’
2’
3’
4’
1’
5’
3’
5’
3’
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。
游离的磷酸基团，称作5′－端
一个羟基(—OH)，称作3′－端
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
二.DNA的结构
DNA平面结构
5′
3′
3′
5′
游离的磷酸基团，称作5′－端
5’
3’
5’
3’
(2)外侧：
脱氧核糖和磷酸交替连接
基本骨架
DNA平面结构
二.DNA的结构
磷酸二酯键
3',5'-磷酸二酯键
5’
3’
5’
3’
(3)内侧：
碱基对
A
T
G
C
嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对， 且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系。
G C比例越高，DNA的热稳定性越高
DNA平面结构
二.DNA的结构
碱基互补配对原则
4.DNA的结构特点：
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。
知识拓展：
二、DNA的结构
5.DNA的结构特性：
①稳定性
①两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构
②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架
③内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，遵循碱基互补配对原则。
P50
二、DNA的结构
5.DNA的结构特性：
每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。
C
T
T
G
A
C
A
G
②特异性
P59
人的遗传信息主要分布于染色体的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。
应用DNA指纹技术时，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成DNA指纹图。
科学 技术 社会
DNA指纹技术
二、DNA的结构
5.DNA的结构特性：
碱基对的数量不同、碱基对的排列顺序的千变万化。
C
T
T
G
A
C
A
G
③多样性
问题4:在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基配对方式有4种：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？
44000
种类
数目
P59
A与a基因不同的根本原因是什么？
外侧： 交替连接，构成
基本骨架，并按 方式排列成两条长链；
平面结构 内侧：两条链上的碱基通过 连成 ，
遵循 原则（A ,G ）
空间结构： 结构（右旋）
磷酸、脱氧核糖
反向平行
双螺旋
氢键
碱基对
＝T
≡C
碱基互补配对
DNA分子结构的双螺旋结构
DNA结构小结1
氢键
单链中相邻GC碱基：
互补链中相邻GC碱基:
数量关系
①每个DNA的片段中,游离的磷酸基团有2个。
②A-T间有2个氢键,G-C间有3个氢键。氢键越多，结合力越强。——G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。
③脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数
位置关系
通过脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖连接
通过氢键相连
5'
3'
5'
3'
G
A
A
A
C
C
G
A
G
T
T
T
C
G
G
T
C
脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖
P50图注解
P51上
DNA结构小结2
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
五种元素
四种碱基
一种螺旋
三种物质
两条长链
C、H、O、N、P
A、T、C、G
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
规则的双螺旋结构
两条反向平行的脱氧核苷酸链
DNA的结构
DNA结构小结3
P50左上
二.DNA的结构
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
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
思考：这个DNA片段有多少个游离的磷酸基团（没有形成磷酸二酯键的磷酸基团）？
2个
例5.
例6.下图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是(　　)
A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或b
B．图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个
C.相邻脱氧核苷酸之间
通过化学键②连接起来
D.从碱基上看，缺少的碱基是T
例7.有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构有一个腺嘌呤，则它的其他组成是（ ）
A．三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
B．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胞嘧啶
C．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
D．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个尿嘧啶
例8.根据DNA分子双螺旋结构进行推理，下列推论正确的是（ ）
A．A和T含量高的DNA分子更加稳定
B．遗传信息多样性的原因是DNA分子中碱基种类的多样性
C．不同DNA分子中（A+G）/（T+C）的值不同，这体现了DNA分子的多样性
D．脱氧核糖与磷酸交替连接构成基本骨架，是DNA分子结构稳定的基础
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
二.DNA的结构
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
6种：1磷酸、2脱氧核糖、4种碱基
磷酸
脱氧核糖
四种碱基
准备材料：
DNA初步水解产物是
脱氧核糖(4种)
DNA彻底水解产物是（6种）
磷酸(1种)、
脱氧核糖(1种)、
碱基(4种)。
将制成的脱氧核苷酸模型连接成长链。
制作脱氧核苷酸链
二.DNA的结构
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
磷酸二酯键
制作DNA平面结构模型：将两条链间的碱基连接。
碱基互补配对原则
A
T
G
C
T
A
C
G
制作脱氧核苷酸链
二.DNA的结构
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
氢键
制作DNA空间结构模型：双手分别提起两端，拉直双链，向右旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋空间结构模型。
制作脱氧核苷酸链
二.DNA的结构
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
例9.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(　　)
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10个氢键
C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
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
B
例10．(2022·四川成都高一月考) 下图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“ ”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，正确的是(　　)
A．甲说：“物质组成和结构上没有错误”
B．乙说：“只有一处错误，就是U应改为T”
C．丙说：“至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖”
D．丁说：“如果他画的是RNA双链，则该图应是正确的”
√
例10. DNA分子模型的搭建实验中，若仅用订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为(　　)
A．58 B．78　 C．82　　　　D．88
C
①DNA中两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，A—T含2个氢键，G—C含3个氢键。
②DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个脱氧核糖连着一个磷酸基团。
③双链DNA中A与T分子数相等，G与C分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。
④DNA中，当(A＋G)/(T＋C)＝1时，可能是双链DNA，也可能是单链DNA。
二.DNA的结构
特别提醒：有关DNA结构的7点提醒
⑤并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。
⑥DNA的特异性是由碱基的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：A—T、C—G、T—A、G—C。
⑦并非所有DNA片段都是基因，基因是有遗传效应的DNA片段，不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将不同的基因分隔开。
特别提醒：有关DNA结构的7点提醒
二.DNA的结构
规律一：双链DNA中，A=T,C=G，即A＋G＝T＋C，嘌呤总数与嘧啶
总数相同，任意两个不互补碱基之和恒等=50%。
∵ A=T， C=G
∴ A+G = + A+C = +
在整个DNA中：
T+C
∴
=
=
50%
T+G
=
【针对性练习1】
1.某生物细胞DNA的碱基中，腺嘌呤的分子数占22%，那么,胞嘧啶的分子数占（ ）
A.11% B.22% C.28% D.44%
2.某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
三.“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律
P48上
C
27%
T ＋C
A＋G
＝1
A2+C2+G2+T2
=
A+C+G+T
T1
T2
G2
A2
C2
A1
C1
G1
2链
1链
T1
A1+T1
A1+C1+G1+T1
T2+A2
=
A1+T1+T2+A2
A1+C1+G1+T1+A2+C2+G2+T2
=
T+A
规律二：双链DNA中，互补的两个碱基之和占全部碱基的比等于在
任何一条单链中，这两个碱基之和占单链全部碱基数的比。
双链碱基数
单链碱基数
单链碱基数
双链碱基数
【针对性练习2】
某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%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是（ ）
A.35% B.29% C.28% D.21%
A
P48下 P49下
T1
T2
G2
A2
C2
A1
C1
G1
2链
1链
T1
规律三：互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同。
0.4
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？
【针对性练习3】
0.4
简记为:补则等
若 ，，则 ，
G1＋C1
A1＋T1
＝m
G2＋C2
A2＋T2
＝m
G＋C
A＋T
＝m
三.“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律
P50下
y=x(x>0)
T2
G2
A2
C2
A1
C1
G1
2链
1链
T1
规律四：双链DNA中，两条链间的非互补碱基和之比互为倒数。
且在整个DNA分子中，该比值为1。
A1+G1
T1+C1
=
A2+G2
T2+C2
则
简记为:不补则倒
某DNA双链中，一条链中 ，则互补链中的比值是
一条链中 ，则互补链中的比值是
【针对性练习4】
=
A+T
C+G
0.4
=
A+C
T+G
0.4
0.4
2.5
＝a
1
a
三.“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律
P51下
(x>0)
规律五：根据碱基比例对核酸样品进行判定
是否含
有U
是
否
则含有RNA
为DNA
A+C
T+G
是否=1
是
否
可能是双链DNA可能是单链DNA
则为单链
DNA
三.“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律
例11.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的（ ）
A.32.9%，17.1%　　　
B.31.3%，18.7%
C.18.7%，31.3%　　　
D.17.1%，32.9%
B
(A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%=64.2% T1=32.9% T2=
(G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%=35.8% C1=17.1% C2=
例12.下列有关双链DNA分子的叙述，正确的是（ ）
A.若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a，则另一条链的碱基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＝2∶2∶3∶3，则另一条链上该比值为3∶3∶2∶2
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150个
B
例13.（山东高考题）某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（ ）
C
例14.（2010·上海·高考真题）细胞内某一DNA片段中有30％的碱基为A，则该片段中（ ）
A．G的含量为30％
B．U的含量为30％
C．嘌呤含量为50％
D．嘧啶含量为40％
C
A=30%
T=30% G=C=20%
嘌呤：A+G=50%
嘧啶：G+C=50%
例15.（2018·浙江·统考高考真题）某真核生物DNA片段的结构示意图如下,下列叙述正确的是( )
A．①的形成需要DNA聚合酶催化
B．②表示腺嘌呤脱氧核苷酸
C．③的形成只能发生在细胞核
D．若a链中A+T占48%，则DNA分子中G占26%
D
不需要
腺嘌呤
细胞质中也可能出现
一、概念检测
1.DNA两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。
（1）DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基（ ）
（2）在DNA的双链结构中，碱基的比例总是（A+G）/（T+C）=1。 （ ）


练习与应用（P52）
【题后反思】
1、DNA分子中所有（G+C）:（A+T）的值说明了什么？
2、DNA分子中所有（A+C）:（G+T）的值说明了什么？
一、概念检测
3.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
4.一条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
练习与应用（P52）
核心知识小结
[要点回眸]