第3章 第2节DNA的结构--人教版2019高中生物学必修2教学课件(共33张PPT)

(共33张PPT)
生物
第3章 基因的本质
第2节 DNA的结构
学习目标
2.通过动手制作DNA双螺旋结构模型，培养观察能力、动手能力及空间想象能力等，形成结构与功能观，并探究DNA分子的稳定性、多样性和特异性。（科学思维、科学探究）
3.了解科学家构建DNA双螺旋结构模型的研究历程，学习科学家积极探索、坚持不懈的科学精神，认同多学科交叉与生物科学发展的关系。（社会责任）
1.理解并掌握DNA的结构特点，并掌握有关的计算规律。(生命观念、科学思维)
学习重难点
重点：
1.DNA结构的主要特点。
2.制作DNA双螺旋结构模型。
难点：
DNA双螺旋结构的空间模型构建与碱基配对规则理解。
导入新课
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。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世纪最重要的三大科学发现。
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
请同学们自主阅读教材P48-49 “DNA结构模型的构建”，完成问题。
资料1：DNA是以 为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有 4种碱基。
A、T、C、G
4种脱氧核苷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
含N碱基
磷酸
脱氧核糖
5’
1’
2’
3’
4’
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
活动1：
①请用圆代表磷酸基，五边形代表五碳糖，矩形代表含氮碱基，画出2个不同的脱氧核苷酸，并在五碳糖上写上编号。
②利用提供的DNA双螺旋结构模型组件，每人构建出4种脱氧核苷酸。
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
资料2： 1951年，英国化学家托德提出核苷酸分子间的化学连接方式。他认为核苷酸与核苷酸之间通过脱水缩合以磷酸二酯键连接。
p
=
O
OH
O
碱基
3′
2′
1′
4′
CH2
O
OH
H
H
H
H
H
5′
p
=
OH
O
OH
O
碱基
3′
2′
1′
4′
CH2
O
H
H
H
H
H
5′
O
H2O
磷酸二酯键
H
OH
O
请根据上述信息，用四种脱氧核苷酸构建一条脱氧核苷酸长链。
资料3：物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林利用 获得了 。
DNA衍射图谱
X射线衍射技术
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
证据 推断
DNA衍射图谱呈现“X”形
DNA呈螺旋结构
DNA衍射图谱外围的斑点较浅且有缺失，研究表明，这是因为另一条螺旋的干扰。
DNA可能呈双螺旋、三螺旋、四螺旋结构？
DNA衍射图谱
富兰克林的进一步研究：
1.1951年，富兰克林测量DNA的直径约2nm，当DNA分子由2或3条链组成时其直径是2nm，其余链数都不符合。
2. 富兰克林用2条链、3条链的DNA模型推测DNA的含水量，将其与DNA实际含水量相比，发现只有2条链的DNA模型含水量的理论值和实际值相符。
DNA呈双螺旋结构
DNA衍射图谱
翻转180°
翻转180°
DNA两条链反向平行
资料4：组成DNA分子的脱氧核糖和磷酸基团具有亲水性，而碱基具有疏水性，细胞中的DNA分子总是处于一个液体环境中，据此分析脱氧核糖和磷酸基团与碱基的位置排布？
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
脱氧核糖和磷酸基团排列在双链DNA分子的外侧，碱基排列在内侧。
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
资料5：嘌呤碱基是双环化合物，嘧啶碱基是单环化合物（如图所示），而DNA分子两条链之间的距离是固定的，直径约为2nm，据此推测位于DNA内部的碱基如何配对？并作出假说。
嘌呤与嘧啶配对。
假说一：A与T配对，G与C配对。假说二：A与C配对，G与T配对。
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
资料6：1952年春天，奥地利生物化学家查哥夫，应用紫外分光光度法和纸层析等技术，对多种生物的 DNA 做碱基定量分析，发现了
查哥夫
假说一
2个氢键
3个氢键
DNA中碱基会相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.双螺旋结构：碱基在内部，脱氧核糖-磷酸骨架在外部。
2.A与T，C与G配对，两条链方向相反。
沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型
01
DNA具有恒定的直径
02
能解释A、T、C、G的数量关系
03
制作的模型与基于拍摄的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符
活动3 ：6人一小组制作DNA平面结构和立体结构
要求：
①根据碱基互补配对原则，构建出DNA的另一条链，
并进一步构建出DNA平面结构模型。
②尝试将制作的DNA平面模型转化为立体模型。
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA是由两条单链组成的，并且按照反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA中的磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定规律：A和T配对，C和G配对。
你能总结DNA的结构特点吗？
探究一、DNA双螺旋结构模型的构建
1962年诺贝尔生理学或医学奖
富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。
威尔金斯
克里克
沃森
1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文发表。
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、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
1.不同小组构建的DNA双螺旋结构模型的差异表现在哪里？在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？ 由此分析DNA能够储存足够量的遗传信息的原因。
请同学们比较不同小组构建的DNA双螺旋结构模型，回答下列问题。
探究二、 DNA的特性
碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
DNA具多样性
碱基排列顺序不同。
44000种
DNA的结构特性
探究二、 DNA的特性
2.哪个组构建的DNA结构最稳定？C+G含量为40%的DNA分子和C+G含量为60%的DNA分子稳定性一样吗？为什么？你觉得DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
G与C含量越多，氢键就越多，DNA结构就越稳定。
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。
DNA具稳定性
探究二、 DNA的特性
3. 在现在刑侦领域中， DNA 指纹技术可以准确地识别犯罪嫌疑人。如图是刑侦人员提供的一张DNA指纹图，你能判断出怀疑对象中谁是犯罪嫌疑人吗？请说出你的判断依据。
DNA具特异性
两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，
因此可以利用DNA指纹来识别身份。
怀疑对象1。
根据碱基互补配对原则可知:
A1 = , A2 = ,
C1 = , C2 = ,
请据此完成以下推论：
A1＋A2＝____________，
G1＋G2＝____________；
探究三、 DNA碱基数目的相关计算规律
（1）双链DNA中，A＋G＝______＝A＋C＝_______＝1/2(A＋G＋T＋C)。
规律一：双链DNA分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和相等且为碱基总数的一半。
T2
G1
T1
G2
T2 + T1
C2 + C1
T + C
T + G
即双链DNA分子中A＝T，G＝C。
探究三、 DNA碱基数目的相关计算规律
A+T
N
=
N2
A2+T2
N1
A1+T1
=
(2)A1＋T1＝_______；G1＋C1＝_______。
T2 + A2
C2 + G2
C+G
N
=
N2
C2+G2
N1
C1+G1
=
规律二：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，
简记为“补则等”。
例题1：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____
35%
探究三、 DNA碱基数目的相关计算规律
T1+G1
A1+C1
=
m
(3)若 ，
则
T2+G2
A2+C2
=
1m
即两者的关系是__ ___。
互为倒数
T+C
=
A+G
1
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，
简记为“不补则倒”。在整个分子中比为1（相等）。
探究三、 DNA碱基数目的相关计算规律
例题2：
某双链DNA中含有1000个碱基，一条链上A:T:G:C=1:2:3:4，则( )
A.该DNA分子中含有150个碱基A
B.该DNA分子中共有1150个氢键
C.该DNA分子中含有4个游离的磷酸基团
D.该DNA分子另一条链上A:T:G:C=4:3:2:1
A
1．下列关于威尔金斯、富兰克林、沃森和克里克、查哥夫等人在DNA分子结构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分子的电子显微镜图像
B.沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型
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A的量等于T的量、C的量等于G的量
当堂训练
【解析】在DNA分子结构构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱，A错误。查哥夫发现了A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量，C、D错误。沃森和克里克在此基础上提出了DNA分子的双螺旋结构模型，B正确。
B
当堂检测
2.(不定项)如图是人体细胞中某DNA片段结构示意图。下列有关叙述正确的是 (　　)
A．图中X代表磷酸基团，A代表腺嘌呤
B．DNA的基本骨架是N所示的化学键连接的碱基对
C．每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基
D．DNA双链中，嘌呤总数等于嘧啶总数
【解析】图中X代表磷酸基团，A代表腺嘌呤,A正确。脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA的基本骨架,B错误。每条链3 ′端的脱氧核糖上连着一个磷酸,C错误。DNA双链中,嘌呤与嘧啶配对,嘌呤总数等于嘧啶总数,D正确。
AD
当堂检测
3. 下列关于生物体内DNA分子中碱基之间的数量关系的叙述，错误的是( )
A.碱基序列不同的双链DNA分子，其（A+C）/（G+T）的值相同
B.（A+T）/（G+C）的值越小，双链DNA分子的稳定性相对越高
C.当（A+T）/（G+C）=1时，可判断该DNA分子是双链DNA
D.双链DNA分子中A+C所占比例、A+G所占比例、T+C所占比例均相等
【解析】由于双链DNA分子中A=T、G=C，因此(A+C)/(G+T)为恒值1，A正确。 A-T碱基对有2个氢键，C-G碱基对有3个氢键，故G+C数目相对越多，双链DNA分子的稳定性相对越高，即(A+T)/(G+C)的值越小，双链DNA分子的稳定性相对越高，B正确。当(A+T)/(G+C)=1时，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，C错误。双链DNA分子中A+C所占比例、A+G所占比例、T+C所占比例均相等，均等于碱基总数的一半，D正确。
C
当堂检测
4. 如图为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，现在要制作一个包含4种碱基、15个碱基对的模型。下列叙述正确的是(　　)
A.制作时要用到6种不同形状大小的卡片，共需要90张卡片
B.模型中d处卡片代表磷酸基团，它和脱氧核糖交替连接，位于主链的内侧
C.DNA分子中，每个脱氧核糖均连接1个碱基和2个磷酸基团
D.DNA的2条链反向平行，故a链从左向右的碱基序列和b链从右向左的碱基序列相同
A
当堂检测
【解析】制作1个包含4种碱基、15个碱基对的模型，需要4种不同形状大小的卡片代表4种碱基，2种不同形状大小的卡片代表脱氧核糖和磷酸基团，因此一共用到6种形状大小不同的卡片，15个碱基对需要碱基、脱氧核糖、磷酸基团各30个，即共需要90张卡片，A正确。模型中d处卡片代表脱氧核糖，它和磷酸交替连接分布在主链的外侧，构成DNA分子的基本骨架，B错误。DNA分子中，3′端的脱氧核糖只连接1个磷酸基团，C错误。DNA的2条链反向平行是指一条链的方向是从3′→5′，另一条链的方向是从5′→3′，a链从左向右的碱基序列和b链从左向右的碱基序列互补，而和b链从右向左的碱基序列并不一定相同，D错误。
当堂检测
5．下图是制作DNA双螺旋结构模型的过程图，请回答下列问题。
(1)在制作模型前进行的设计中，甲处应考虑具备____种材料，它们分别是_____________________________；其中五边形材料表示____________。
(2)乙表示的物质是_____________，a位置的元素是____。制作1个乙用到了_____种材料。
(3)由乙连接成丙的过程，需考虑的主要有：2条链中五边形材料的顶角应呈________(填“同向”或“反向”)关系；若一条链的下端是磷酸基团，则另一条链的上端应该是__________，这样制作的目的是体现DNA双链____________的特点。
(4)丙到丁过程体现了DNA分子___________的特点，丁中排列在外侧的物质是_________________________。
6
磷酸、脱氧核糖、4种碱基
脱氧核糖
脱氧核苷酸
氧
3
反向
磷酸基团
反向平行
（双）螺旋
交替连接的脱氧核糖和磷酸
当堂检测
【解析】
(1)在制作DNA模型时，要考虑DNA的结构和组成，应该准备6种材料，分别是磷酸、脱氧核糖、4种碱基(鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶)，五边形表示脱氧核糖，脱氧核糖为五碳糖。
(2) 1个脱氧核苷酸由磷酸、脱氧核糖和碱基(三种材料)组成，磷酸和碱基连接在脱氧核糖的两边，a位置的元素是氧。
(3) DNA分子是反向平行的双螺旋结构，另一条链的上端应该为磷酸基团。
(4) DNA分子是双螺旋结构，其中交替连接的脱氧核糖和磷酸排列在外侧，碱基排列在内侧。
课堂小结
两条
规则的双螺旋结构
磷酸二酯键
C、H、O、N、P
四种脱氧核苷酸
一条脱氧核苷酸链
DNA平面结构
DNA立体结构
①两条链 反向平行 双螺旋
②外侧：磷酸、脱氧核糖 内侧：碱基
③氢键 碱基互补配对
脱氧核糖、磷酸、碱基
请从DNA的元素组成、基本单位、平面结构、立体结构等方面总结DNA的结构特点。
谢谢大家