3.2DNA的结构课件（共36张PPT）2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

(共36张PPT)
必修2/第3章/基因的本质/
本节聚焦
沃森和克里克是怎样揭示DNA的双螺旋结构的？这一研究过程给我们哪些启示？
DNA的双螺旋结构有哪些主要特点？
第2节
DNA的结构
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的标志吗
上网查阅有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。
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。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA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。
脱氧核苷酸
C、H、O、N、P
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
DNA的基本单位：
元素组成：
核苷酸的组成：
A（腺嘌呤）
G（鸟嘌呤）
C（胞嘧啶）
T（胸腺嘧啶）
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
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
DNA结构模型的构建
资料2：1951年，波林（1954年诺贝尔化学奖得主），发现蛋白质的长链结构。由此启发：DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。
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，表明DNA分子呈螺旋状结构。
“X”形意味着DNA分子是螺旋
研究DNA分子结构常用的方法：X射线晶体衍射法
富兰克林和威尔金斯给DNA拍了多张Ｘ射线衍射图谱，他们发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
富兰克林发现提高空气的湿度，发现DNA易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团应该位于DNA的外侧，其余部分位于内侧。这是解开DNA结构的重要线索。
DNA结构模型的构建
沃森和克里克尝试了不同的结构模型,但都被否定了。
单链螺旋结构模型；
三链螺旋结构模型；
双链螺旋结构模型；
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。相邻两核苷酸间距相等，并得出DNA是双链的结论。
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)。
DNA结构模型的构建
沃森和克里克：A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型。
A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有稳定的直径，能够解释A,T,G,C的数量关系。
碱基对
氢键
A
T
G
C
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。
DNA结构模型的构建
资料五：1953年，美国的沃森和英国的克里克以威尔金斯和富兰克林的DNA晶体X射线衍射图谱以及查哥夫的当量定律为基础，在《nature》上发表了论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》，引起极大的轰动。
沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型
沃森和克里克
总结:
模型建构
DNA双螺旋结构模型建构者：
主要研究方法：
DNA结构模型的构建
讨论
1.请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。
（1）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA是由两条链构成的。
（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？
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。
碱基配对有一定的规律：A与T配对；G与C配对。
DNA结构模型的构建
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？
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。
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。
是生物科学中具有革命性的发现，是20世纪最重要的发现之一。是分子生物学诞生的标志。
意义：
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA双螺旋结构的主要特点：
2
反向平行
双螺旋
脱氧核糖
磷酸
氢键
碱基对
互补配对
A
A
T
T
G
G
G
C
C
A
T
C
（1）整体：DNA分子是由____条_________ 的脱氧核苷酸长链盘旋而成的_______结构。
（2）外侧：DNA分子中的_________和____ 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；
（3）内侧：两条链上的碱基排列在内侧通过_______连结，形成________，且遵循碱基___________原则。
二、DNA的结构
DNA双螺旋结构的主要特点：
二、DNA的结构
5＇
3＇
5＇
3＇
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
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。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。
二、DNA的结构
(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：A(腺嘌呤)与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)与C(胞嘧啶)配对。
DNA双螺旋结构的主要特点：
二、DNA的结构
DNA分子的结构特性：
具有n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
每个DNA分子都具有其特定的碱基对排列顺序。
磷酸与脱氧核糖之间的共价键维持了一级结构的稳定性；
氢键与其他作用力维持了空间结构的稳定性。
(1)多样性:
(2)特异性：
(3)稳定性：
特别提醒：有关DNA结构的7点提醒
DNA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。
DNA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。
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。
并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。
DNA中，当(A＋G)/(T＋C)＝1时，可能是双链DNA，也可能是单链DNA。
DNA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。
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。
制作DNA双螺旋结构模型
目的要求
通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
材料用具
不同彩色纸板、铁丝、剪刀、钉书机等。
模型设计
1.用不同彩色纸板剪成6种不同形状，分别代表磷酸、脱氧核糖、4种碱基(数量各若干)。
磷酸
脱氧核糖
四种碱基
制作DNA双螺旋结构模型
模型设计
2.制作脱氧核苷酸模型：制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。
（注意键的连接）
制作DNA双螺旋结构模型
模型设计
3.制作脱氧核苷酸长链模型：将制成的脱氧核苷酸模型连接成长链。
用钉书机将其连成长链
制作DNA双螺旋结构模型
模型设计
4.制作DNA平面结构模型：将两条链间的碱基连接（两条链反向平行、碱基互补配对原则）。
思考：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)代表磷酸的园形塑料片几个？
(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？
制作DNA双螺旋结构模型
模型设计
5.制作DNA立体结构模型：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。
20
20
20
410
制作DNA双螺旋结构模型
讨论
1.DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
（1）靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；
（2）在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
碱基互补配对原则；半保留复制。
三、有关DNA中的碱基计算
例1.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。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
(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
G2 +C2
=
=
三、有关DNA中的碱基计算
例1.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。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
(3)双链DNA分子中，互补的两条链中(A+G)/(T+C)互为倒数。
T2+C2
A2+G2
= 1/a
A1+C1
T1+G1
T2+G2
A2+C2
=
A1+G1
T1+C1
= a
三、有关DNA中的碱基计算
例1.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。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
(4)在DNA双链中：
(A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%＝(A3＋U3)%
(G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%＝(G3＋C3)%
(5)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、有关DNA中的碱基计算
1.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
2.某生物细胞DNA分子的碱基中，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％
C
三、有关DNA中的碱基计算
3.若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子一条链上的A占这个链碱基的18%，则另一条链上的A的比例是(　　)
A．9%　 　B．27%
C．28% D．46%
C
三、有关DNA中的碱基计算
4.某高中一实验小组想要制作一个含10个碱基对的DNA分子双螺旋结构模型，模型设计设定其中一条链所用的A、C、T、G碱基模型的数量比为1∶2∶3∶4，则模型构建需要准备的C碱基模型的数量应为（ ）
A．4个
B．5个
C．6个
D．8个
C
三、有关DNA中的碱基计算
5.一条双链DNA,G和C占全部碱基的44%,其中一条链的碱基中,A占26%,C占20%,那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的百分比是(　　)。
A.28%和22% 　　
B.30%和24%
C.26%和20%
D.24%和30%
B
三、有关DNA中的碱基计算
6.从某生物组织中提取DNA进行分析，其4种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%。又知该DNA的一条链(H链)，所含的碱基中有28%是腺嘌呤，问与H链互补的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的( )
A.42%
B.27%
C.26%
D.14%
C
三、有关DNA中的碱基计算
7.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
练习与应用（P52）
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）
一、概念检测
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_____________
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
练习与应用（P52）
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
C
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
练习与应用（P52）
一、概念检测
练习与应用（P52）
二、拓展应用
碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义？
根据碱基互补配对原则，DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，保证了遗传信息传递的准确性。
DNA指纹技术
下图中怀疑对象中，谁最可能是嫌疑犯？DNA指纹技术还有哪些用途？