生物人教版（2019）必修2 3.2DNA分子的结构（共38张ppt1份视频）课件

(共38张PPT)
第2节 DNA的结构
第三章基因的本质
目标
01
02
03
理解并掌握DNA分子的结构特点，并掌握有关的计算规律（科学思维)
在DNA结构的认识过程中，充分体现了科学家们痴迷科学、崇尚真理的科学精神
（社会责任）
学习目标
DNA结构特点体现了生命的物质性，DNA结构模型的构建可以提高学生探究能力、合作能力和动手能力。（生命观念、科学探究）
坐落在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。
1953年，美国科学家沃森（J．D.Watson）和英国科学家克里克（F.Crick），共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型，它标志着生物学的研究进入分子的层次，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。
问题探讨
你知道为什么将它作为高科技的标志吗？
1.模型构建者
1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克
研究DNA结构常用的方法：
X射线晶体衍射法
一、DNA双螺旋结构模型的构建
（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，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
1′
2′
4′
5′
3′
2.DNA结构模型的构建
（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。
X射线衍射技术（视频）
为推算出DNA分子呈螺旋结构的结论，提供了决定性的实验依据。
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
P
脱氧
核糖
含氮碱基
P
脱氧
核糖
含氮碱基
P
脱氧
核糖
含氮碱基
P
脱氧
核糖
含氮碱基
P
脱氧
核糖
含氮碱基
P
脱氧
核糖
含氮碱基
P
脱氧
核糖
含氮碱基
P
脱氧
核糖
含氮碱基
P
脱氧
核糖
嘌呤
P
脱氧
核糖
嘧啶
P
脱氧
核糖
嘌呤
P
脱氧
核糖
嘧啶
P
脱氧
核糖
嘌呤
P
脱氧
核糖
嘧啶
P
脱氧
核糖
嘌呤
P
脱氧
核糖
嘧啶
（3）1952年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。脱氧核糖-磷酸骨架排列在外侧，碱基在内侧，A和T配对，C和G配对。
尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋
被否定
查哥夫提出DNA分子中A的量等于T,C的量等于G。
修正、重建
沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型
验证
DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。
1962年，沃森、克里克、威尔金斯三人共享了当年的诺贝尔生理与医学奖，获奖理由为发现DNA为双螺旋分子结构。
威尔金斯
克里克
沃森
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？
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
DNA是由两条链构成的。它的立体结构为：构成DNA的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，A与T配对，G与C配对。它们位于DNA的内侧。
1、请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。
要善于利用他人的研究成果和经验；
要善于与他人交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得；
研究小组成员在知识背景上最好互补；
对所从事的研究要有兴趣和激情等。
2.沃森和克里克默契配合，发现DNA双螺旋结构的过程，作为科学家合作的研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你那些启示？
脱氧核苷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
C、H、O、N、P
二、DNA的结构
1.DNA的基本单位：
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
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
C
胞嘧啶
T
胸腺嘧啶
3.DNA的元素组成：
A
T
G
A
T
A
C
T
5’
3’
5’
3’
含氮碱基
O
CH2
H
H
OH
H
H
H
磷酸基团
1’
2’
3’
4’
5’
脱氧核糖上与碱基相连的的碳叫做____，与磷酸基团相连的碳叫做______；
1’-C
5’-C
DNA 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称为____，另一端有一个羟基（-OH），称作_____；
......
5’-端
3’-端
DNA的两条单链的走向_____，从双链的一端起始，一条单链是从5’-端到3’-端的，另一条则是从______________；
相反
3’-端到5’-端的
OH
OH
A一定与_____配对；
G一定与_____配对；
A
T
C
G
A
T
A
G
C
T
5’
3’
5’
3’
（1）DNA是由___条单链组成的，这两条链按________的方式盘旋成双螺旋结构；
两
反向平行
4.DNA的结构特点：
（2）DNA中的________和____交替连接，排列在__侧，构成________；
碱基排列在____侧；
脱氧核糖
磷酸
外
基本骨架
内
（3）两条链上的碱基通过_____连接成______，并且碱基配对具有一定的规律：
氢键
碱基对
T
C
碱基之间这种一一对应的关系叫做碱基互补配对原则。
碱基对
另一碱基对
A
T
G
C
氢键
G与C形成三个氢键，A与T只形成两个氢键。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。
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。
C
T
T
G
A
C
A
G
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
5.DNA的结构特性：
碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。
C
T
T
G
A
C
A
G
（3）多样性
一个DNA分子有____个游离的磷酸基团，
位于两条链的_______；
一个脱氧核糖上连着________个磷酸基团；
一个磷酸基团上连着________个脱氧核糖；
一个脱氧核糖上连着_____个碱基；
DNA两条链之间相邻的碱基由_____连接，
2
1或2
1或2
氢键
1
5’-端
DNA的结构
脱氧核糖-磷酸基团-脱氧核糖
一条链中相邻的碱基也是通过这个连接的吗？
脱氧核苷酸数═磷酸数═脱氧核糖数═碱基数
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
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
小结
三、制作DNA双螺旋结构模型
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呢？
讨论：
1个DNA分子含 个碱基对,则排列顺序有 种
第一对碱基
A---T
第二对碱基
A—T
T---A
G---C
C---G
G---C
T---A
C---G
A—T
T---A
G---C
C---G
A—T
T----A
G---C
C---G
A—T
T---A
G---C
C---G
第三对碱基。。。。
第n对碱基
4
16=42
43
4n
2
1
3
n
DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。
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。
2.DNA分子如何维系其遗传稳定性？
半保留复制
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
①碱基对之间的氢键维系两条链的偶联
②在DNA的以螺旋结构中，由于碱基对平面之前相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。
第一步
第二步
第三步
巧解DNA分子中有关碱基比例计算——“三步曲”
搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例
根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
四、DNA分子中有关碱基的计算
规律一：氢键数目
例题：一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中含有_____个氢键。
1000个碱基对共有2000个碱基
A=240
氢键数=240X2+760X3=2760
G+C= 1520
A+T= 480
T=240
G=C= 760
DNA分子的总氢键数=2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
规律二：
双链DNA中，A=T、C=G，则嘌呤碱基总数等于嘧啶总数；或任意两个不互补碱基之和恒等，即A+G=T+C=A+C=T+G，为总数的50%。
例题：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占_______。
在双链DNA中，A+G=T+C=A+C=T+G= 50%
A = 18%
G = 32%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
(A+T)
(A1 +T1)
=
=
(A2 +T2)
=
％
％
％
(G+C)
(G1 +C1)
=
=
(G2 +C2)
=
％
％
％
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。
规律三：
A1+T1
A1+C1+G1+T1
1链碱基数m
T2+A2
A2+C2+G2+T2
=
T+A
A+C+G+T
=
2链碱基数m
双链碱基数2m
例题：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____
在双链DNA中
A +T=44%
在双链DNA中G+C=56%
在一链DNA中G+C=56%
在一链DNA中G=21%
在一链DNA中
C=35%
根据碱基互补配对原则在另一链DNA中G=35%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
A2+T2
G2+C2
A1+T1
G1+C1
= m
设
，求
=？
A+T
G+C
=？
规律四：
m
m
双链DNA分子中，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。
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G2 +C2
=
=
例题：DNA的一个单链中（A+T）/（G+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、_____。
在DNA的一个单链中
（A+T）/（G+C）=0.4
在DNA的另一个单链中
（A+T）/（G+C）=0.4
在DNA的双链中
（A+T）/（G+C）=0.4
规律五：
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
A2+G2
T2+C2
A1+G1
T1+C1
= n
设
，求
=？
A+G
T+C
=？
双链DNA分子中，非互补碱基之和比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1。
1/n
1
A1+G1
T1+C1
= n
T2+C2
A2+G2
=1/n
A+G
T+C
= 1
例题：DNA的一个单链中（A+C）/（G+T）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、_____。
在DNA的一个单链中
（A+C）/（G+T）=0.4
在DNA的另一个单链中
（A+C）/（G+T）=2.5
在DNA的双链中
（A+C）/（G+T）=1
A%=1/2(A1%+A2%)
例题、在双链DNA的一条链中A占22%，另一条链中A占24%，在整个DNA分子中，A占_____
23%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
规律六：
某碱基在双链中所占的比例等于它在每条单链中所占比例的平均值。