2022-2023学年人教版(2019)高一下学期生物必修23.2DNA的结构课件(30张PPT)(有1份视频)

(共30张PPT)
探究型情境教学
第3章 第2节 DNA的结构
必修2
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
1.建立者：沃森和克里克
2.建立过程：
脱氧(核糖)核苷酸
A(腺嘌呤）
T(胸腺嘧啶)
C(胞嘧啶)
G(鸟嘌呤)
1’
2’
3’
4’
5’
资料1：20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。
一.DNA双螺旋结构模型的构建
A
T
G
C
2.建立过程：
资料1：20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，
但对DNA的空间结构一无所知。
同一条链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键
进行连接
一.DNA双螺旋结构模型的构建
20世纪初
DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸
2.建立过程：
一.DNA双螺旋结构模型的构建
资料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射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
M.Wilkins
R.E.Franklin
（富兰克林的DNA衍射图谱---51号照片）
2.建立过程：DNA呈螺旋结构
一.DNA双螺旋结构模型的构建
单丝衍射:光通过单丝后形成明暗相间分布的衍射条纹
实验材料及装置
2.建立过程：DNA呈螺旋结构
一.DNA双螺旋结构模型的构建
单丝衍射:光通过单丝后形成明暗相间分布的衍射条纹
单丝衍射
（富兰克林的DNA衍射图谱---51号照片）
2.建立过程：DNA呈螺旋结构
一.DNA双螺旋结构模型的构建
以红色激光水平照射竖直弹簧来模拟X 射线透过DNA 分子形成衍射图谱
实验材料及装置
2.建立过程：DNA呈螺旋结构
一.DNA双螺旋结构模型的构建
以红色激光水平照射竖直弹簧来模拟X 射线透过DNA 分子形成衍射图谱
2.建立过程：DNA呈螺旋结构
（富兰克林的DNA衍射图谱---51号照片）
一.DNA双螺旋结构模型的构建
单丝衍射
DNA呈螺旋结构
（富兰克林的DNA衍射图谱---51号照片）
20世纪初
DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸
1951年
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱:（X说明DNA呈螺旋结构）
2.建立过程：DNA呈螺旋结构
一.DNA双螺旋结构模型的构建
2. 建立过程：构建DNA双螺旋结构模型
资料3 : DNA位于液体环境中，磷酸与脱氧核糖亲水，碱基疏水。
资料4 : DNA双螺旋直径恒定为2nm，四种碱基结构式如右图：
资料5：1952年，奥地利生物化学家查哥夫研究数据如下图：
资料6：富兰克林拍的衍射图谱翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
一.DNA双螺旋结构模型的构建
2. 建立过程：构建DNA双螺旋结构模型
资料3 ：DNA位于液体环境中，磷酸与脱氧核糖亲水，碱基疏水。
一.DNA双螺旋结构模型的构建
碱基排在双螺旋内侧，脱氧核糖和磷酸交替连接排在外侧，构成DNA的基本骨架。
×
水环境
水环境
×
排除A与A，T与T，C与C，G与G，A与G，C与T配对
A-T
A-C
G-T
G-C
资料4 ：DNA双螺旋直径恒定为2nm，四种碱基结构式如下图：
2. 建立过程：构建DNA双螺旋结构模型
一.DNA双螺旋结构模型的构建
资料5：1952年，奥地利生物化学家查哥夫研究数据如下：
2. 建立过程：构建DNA双螺旋结构模型
A与T配对，G与C配对
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。
DNA来源 AA:G T:C A:T G:C 嘌呤：嘧啶
人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.0
小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
禽类结核杆菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1
母鸡 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99
鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
一.DNA双螺旋结构模型的构建
氢键
2. 建立过程：构建DNA双螺旋结构模型
尝试构建DNA是双螺旋结构模型
一.DNA双螺旋结构模型的构建
模型构建中……
01
资料6：富兰克林拍的衍射图谱翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样
2. 建立过程：构建DNA双螺旋结构模型
DNA两条链的方向是相反的。
说明DNA两条单链呈中心对称
一.DNA双螺旋结构模型的构建
20世纪初
1951-1952
1952年
1951年
DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸
双螺旋、三螺旋→失败
物理模型
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
在DNA中，
腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T）
鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
2. 建立过程：构建DNA双螺旋结构模型
（X说明DNA是螺旋的）
一.DNA双螺旋结构模型的构建
（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。
（2）DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：遵循碱基互补配对原则（A一定与T配对，G一定与C配对）。
3. 成果（DNA的结构特点）
一.DNA双螺旋结构模型的构建
5'
3'
5'
3'
20世纪初
1951-1952
1952年
1951年
DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸
双螺旋、三螺旋→失败
物理模型
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
在DNA中，
腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T）
鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
（X说明DNA是螺旋的）
3. 成果
沃森和克里克 核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型
1953年
一.DNA双螺旋结构模型的构建
（1）DNA双螺旋结构学说不但阐明了DNA的基本结构，并且对一个DNA分子如何复制成两个结构相同的DNA分子，以及DNA怎么传递生物体的遗传信息进行了合理说明。
（2）是分子生物学诞生的标志。
4. 意义
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。
威尔金斯
克里克
沃森
诺贝尔奖
4. 意义
一.DNA双螺旋结构模型的构建
5. 思考与分析
（2）沃森和克里克的默契配合，发现 DNA 双螺旋结构的过程，作为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？
要善于利用他人的研究成果和经验；
要善于与他人交流和合作；
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。
（1）上述材料中涉及到了哪些学科的知识？
涉及的学科知识：物理学、生物学、化学、数学等。
一.DNA双螺旋结构模型的构建
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。 （ ）


课堂检测（P52）
2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。
1
2
3
4
P
P
P
P
G
T
A
C
5
6
7
8
10
9
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
课堂检测（P52）
二.DNA双螺旋结构
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
思考延伸拓展 强化素养
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。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G2 +C2
=
=
例题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%
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
=
例题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？
2.5 ; 1
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
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
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
例题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%
（G+C）
1
2
G1+C1
G2+C2
=
=
A＋T=54% G+C=46%