生物人教版（2019）必修2 3.2DNA的结构（共46张ppt）课件

(共46张PPT)
第3章 基因的本质
第2节 DNA的结构
遗传与进化
问题探讨
坐落于北京中关村高科技园区的雕像，以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。为什么将它作为高科技的标志？
DNA双螺旋结构的发现标志着生物学研究进入分子水平，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。
1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型
2017年，沃森的第四次“中国之行”
思考.讨论
阅读P48—P49关于“DNA结构模型的构建历程”：
1.勾画出涉及的科学家及所做的贡献
2.讨论完成P49的讨论题
DNA双螺旋模型结构的构建历程
资料1
20世纪30年代,科学家认识到:DNA分子的基本单位是 ,而且
1分子脱氧核苷酸 = + + .
脱氧核苷酸
1分子磷酸
1分子脱氧核糖
1分子含氮碱基
含氮碱基
磷酸
脱氧
核糖
含氮碱基
1’
2’
3’
4’
5’
C
C
N
HC
C
N
N
N
CH
NH2
H
C
C
HN
C
C
N
N
N
CH
O
H
NH2
腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
C
C
HN
C
C
N
NH2
H
O
H
H
C
C
HN
C
C
N
O
H
O
H
CH3
胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T)
DNA双螺旋模型结构的构建历程
DNA是以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、G、C4种碱基
资料2
O
OH
H
H2O
磷酸二酯键
4种脱氧核苷酸脱水缩合连接而生成DNA长链：
A
P
脱氧
核糖
G
P
脱氧
核糖
C
P
脱氧
核糖
P
T
脱氧
核糖
磷酸二酯键
物理学家威尔金斯和富兰克林利用 获得了DNA衍射图谱。
DNA双螺旋模型结构的构建历程
富兰克林拍摄的DNA衍射图谱
威尔金斯 富兰克林
资料3
X射线衍射技术
DNA呈现“X”形
DNA呈螺旋结构
推断
构建
双螺旋、三螺旋
推测：碱基在DNA螺旋结构的内侧，磷酸在外侧
磷酸基团是亲水的，碱基疏水
模型一 沃森和克里克尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，
碱基位于螺旋的外部，但均被否定
DNA双螺旋模型结构的构建历程
模型二 沃森和克里克重新构建：磷酸-脱氧核糖骨架在外部，碱基在内部的双链螺旋结构，内部相同碱基配对。
DNA双螺旋模型结构的构建历程
碱基配对时，为什么嘌呤不与嘌呤，嘧啶不与嘧啶配对呢？
这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的。
结论： 。
查哥夫
1952年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）发现：
在DNA中，腺嘌呤的量等于 的量；鸟嘌呤的量等于 的量
A与T配对，G与C配对
DNA双螺旋模型结构的构建历程
资料4
胸腺嘧啶
胞嘧啶
模型三 沃森和克里克重新构建：DNA的双链的平面结构
两条链反向平行
A与T配对
C与G配对
具相同形状和直径
DNA双螺旋模型结构的构建历程
DNA分子具有恒定的直径
能够解释A、T、G、C的数量关系
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
碱基如何连接成碱基对？
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。
3个氢键
2个氢键
DNA双螺旋模型结构的构建历程
1953年沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型
1953年沃森和克里克撰写的《核酸分子的结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动。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。
DNA双螺旋模型结构的构建历程
螺旋结构
小结：DNA双螺旋结构模型的构建
早期：4种脱氧核苷酸（A、T、C、G）连接而成的长链
1951年春沃森
威尔金斯
沃森(左)克里克(右)
1951年秋
双螺旋结构：磷酸--脱氧核糖在外部，碱基对A—A，T—T，C—C，G—G在内部。
化学家提出“配对方式”违反化学规律
1952年春化学家查哥夫指出：A=T，G=C。
沃森和克里克发现： A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径
富兰克林
1953年沃森和克里克搭建的收藏在纽约科学博物馆DNA模型
双螺旋结构：磷酸—脱氧核糖在外部,碱基对A—T，T—A，C—G，C—G在内部的反向平行方式盘旋成的双螺旋结构模型
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
两条链
（2）DNA的基本骨架由哪些物质组成的？它们位于DNA的什么部位呢？
脱氧核糖和磷酸
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
通过氢键连接成碱基对，
配对有一定的规律：
A一定与T配对；G一定与C配对
讨论
DNA的外侧
DNA的内侧
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。
讨论
DNA的结构
1.DNA的基本单位：
脱氧核苷酸
2.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
C
胞嘧啶
T
胸腺嘧啶
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
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。
3.元素组成：
C、H、O、N、P
DNA的结构
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
（1）
5'
3'
5'
3'
两条脱氧核苷酸链
反向平行
双螺旋结构
链数：
方向：
结构：
一条：5'→3'
另一条：3'→5'
DNA的结构
5'
3'
5'
3'
磷酸二酯键
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架
碱基
外侧：
内侧：
（2）
DNA的结构
5'
3'
5'
3'
A
G
C
C
T
A
T
C
T
G
G
A
氢键
碱基对：
两条链的碱基通过氢键连接配对
（3）
碱基互补配对原则
A与T配对，
G与C配对
配对规律：
碱基对
碱基之间的一一对应的关系
DNA的结构
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
总结：
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、T、C、G
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
氢键关系:
A=T G≡C
1.DNA是由 条单链按________方式盘旋成_____结构
反向平行
双螺旋
两
5’
3’
5’
3’
磷酸
和 交替连接，构成 ；
2.外侧：
碱基
内侧:
脱氧核糖
3.两条链上的碱基通过 连接形成 ，
且A只和 配对、G只和 配对，碱基之间的一一对
应的关系，就叫作 。
氢键
T
C
碱基互补配对原则
碱基对
旧知回顾——DNA双螺旋结构的主要特点
基本骨架
DNA双螺旋结构模型
探究 . 实践 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
探究 . 实践 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）
探究 . 实践 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
探究 . 实践 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）。
探究 . 实践 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。
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)代表磷酸的园形纸片几个？
(2)代表四种碱基的长方形纸片几个？
(3)代表脱氧核糖的五边形纸片几个？
(4)最多可组装出几种该DNA片段模型？
20
20
20
410
制作DNA模型---模型展示
探究 . 实践 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？
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
4.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
3.为什么每个DNA结构模型都与众不同？
碱基（对）/脱氧核苷酸的数量不同、排列顺序的千变万化
DNA具多样性
①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成
②内部碱基对稳定——通过氢键连接，遵循碱基互补配对原则
③空间结构稳定——规则的双螺旋结构
DNA具稳定性
每个DNA碱基（对）排列顺序是特定的
DNA具特异性
DNA的结构特性
碱基互补配对原则；半保留复制
双链DNA碱基数目的计算规律
1、在整个DNA分子中，碱基之间数量关系
在双链DNA中，根据碱基互补配对原则：
A1＝ ，A2＝ ，G1＝ ，G2＝ .
T2
T1
C2
C1
A1＋A2＝______，G1＋G2＝______.
T1＋T2
C1＋C2
A＝__，G＝__
T
C
互补碱基相等(嘌呤数=嘧啶数)
A＋G＝_____＝_____＝_____
T＋C
A＋C
T＋G
＝ (A＋G＋T＋C)
非互补碱基之和相等，等于总碱基数的50%
（A＋G）/（T＋C）= .
1
非互补碱基之和之比等于1
＝50%
2、在单链与单链之间，碱基之间数量关系
双链DNA碱基数目的计算规律
若在1链中
A1+G1
T1+C1
= a,
则在2链中
A2+G2
T2+C2
= .
若在1链中
A1+T1
G1+C1
= m,
则在2链中
A2+T2
G2+C2
= ,
整个DNA分子中
A+G
T+C
= .
整个DNA分子中
A+T
G+C
= .
1/a
m
m
1
非互补碱基之和的比例互为倒数，但在在整个DNA分子中为1
互补碱基之和之比相等，也等于整个DNA分子的(A+T) /(G+C)
双链DNA碱基数目的计算规律
3、单链与整个DNA之间，碱基之间数量关系
若在1链中
A1+T1
A1+T1+C1+G1
= w,
则在2链中
A2+T2
A2+T2+C2+G2
= .
整个DNA分子中
A+T
A+T+C+G
= .
w
w
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
双链DNA碱基数目的计算规律
3、单链与整个DNA之间，碱基之间数量关系
若在1链中
A1
A1+T1+C1+G1
=a,
则在2链中
A2
A2+T2+C2+G2
= b
整个DNA分子中
A
A+T+C+G
= .
a+b
2
某碱基在双链中所占的比例等于其在对应单链所占比例和的一半
双链DNA氢键数目的计算规律
例：A与T之间有 个氢键，G与C之间有 个氢键。若碱基对数
为n，则氢键数为2n～3n，若已知G有m个，则氢键数为 ；
若已知A有m个，则氢键数为 。
3n-m
2n+m
2
3
DNA分子的总氢键数=2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
典型例题
某一链状双链DNA分子中，已知一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则下列有关该DNA分子的说法，正确的是(　 　)
A．另一条链上的4种含氮碱基A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4
B．该DNA分子中四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝4∶4∶7∶7
C．若该DNA分子中A的数量为p，则G的数量为7p/3
D．该DNA分子中的碱基A＋T的量始终等于C＋G的量
C
1 链
2 链
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
1
2
3
4
1
2
3
4
=2∶1∶4∶3
=3∶3∶7∶7
A＋G＝C＋T
若在一个生物体内嘌呤≠嘧啶是什么原因？
A
T
G
C
单链
有单链结构存在
A
U
G
C
或 RNA
练习：
某生物鸟嘌呤：胞嘧啶=3:1，则该生物不可能是（ ）
A.大肠杆菌
B.流感病毒
C.T2噬菌体
D.人体细胞
C
含有单链结构， 嘌呤数量一定不等于嘧啶数量吗？
A
T
G
C
单链
双链结构下，一定是嘌呤=嘧啶，若嘌呤≠嘧啶，则必然有单链结构存在；
存在单链结构时，可能是嘌呤=嘧啶也可能是嘌呤≠嘧啶，关系不确定；
A
U
G
C
或 RNA
练习：
现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果：
(A+T）/(G+C)=1,(A+G)/(T+C)=1，根据此结果，该样品（ ）
A.无法确定是DNA还是RNA
B.可确定为双链DNA
C.无法确定是单链DNA还是双链DNA
D.可确定为单链DNA
C
易错提醒：
(1)看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例；
(2)看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基；
练习与应用 P52
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 ( )
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
2.写出图中1～10的名称。
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　
一条脱氧核苷酸链的片段
碱基对
氢键
延伸总结：DNA的结构
数量关系
1.DNA分子中磷酸基团数：脱氧核糖数：碱基数
= 。
2.一个DNA分子有____个游离的磷酸基团，除游离
的磷酸基团外，每个磷酸基团与 个脱氧核
糖相连
3. 一个磷酸基团与________个脱氧核糖相连
一个脱氧核糖与________个磷酸基团相连
一个脱氧核糖与_____个碱基相连
1∶1∶1
2
2
1或2
1或2
1
位置关系
1.单链中相邻碱基之间通过______________相连
2.互补链中相邻碱基之间通过_______连接
氢键
—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
练习与应用 P52
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