2020-2021 学年高一下学期生物人教版必修二3.2DNA分子的结构课件（共42张ppt）

(共42张PPT)
第2节
DNA分子的结构
20世纪中叶，科学家发现染色体主要由蛋白质和DNA组成。
1928年格里菲思的肺炎双球菌实验。
1944年艾弗里用纯化因子研究肺炎双球菌的转化的实验。
1952年赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验。
最终确认DNA是遗传物质。
思考：
DNA分子是怎样存储遗传信息的呢？又是如何决定生物体性状的？
一、对DNA已有的认识：
DNA的基本单位是
，它又由
、
、和
组成。
A
G
C
T
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
脱氧核苷酸
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
1’
2’
3’
4’
脱氧
核糖
磷酸
5’
含氮碱基
A
G
C
T
腺嘌呤脱氧核苷酸
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
脱氧核苷酸的种类
二、DNA双螺旋结构模型的构建
1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克，共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型。
1、沃森和克里克在构建模型的过程中，利用了他人的哪些经验和成果？
（1）英国科学家威尔金斯和富兰克林
（2）奥地利著名生物化学家查哥夫
2、沃森和克里克在构建模型的过程中，出现过哪些错误？他们是如何对待和纠正这些错误的？
1951年威尔金斯展示了DNA的X射线的衍射图谱，并且获得相关其数据
X衍射技术是用X光透过物质的结晶体，使其在照片底片上衍射出晶体图案的技术。这个方法可以用来推测晶体的分子排列。
富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图
沃森看到这张图时激动得话也说不出来，他的心怦怦直跳，从图上他断定DNA的结构是一个规则的螺旋体。他打定主意要制作一个DNA模型。他的这种想法得到了他的合作伙伴克里克的认可。于是他们两人便尝试用纸和铁丝制作DNA的模型。
你第一眼看到此图
有什么感觉?
两条链中的碱基是排在外侧，还是在内侧？
１９５2年查戈夫（E.Chargaff)定量分析ＤＮＡ分子的碱基组成，发现腺嘌呤（Ａ）的量总是等于胸腺嘧啶（Ｔ）的量，鸟嘌呤（Ｇ）的量总是等于胞嘧啶（Ｃ）的量。
连接两条链的碱基如何配对?
1953年4月25日，克里克和沃森在《自然》杂志上发表了DNA的双螺旋结构，从而带来了遗传学的彻底变革，更宣告了分子生物学的诞生。
英国《自然》杂志
1953年
沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔奖。
左一：威尔金斯
左三：克里克
左五：沃森
北京中关村高科技园区的DNA雕像
雅典奥运会开幕式经典场景
2、上述资料中涉及到那些学科的知识和方法？这对你理解生物科学的发展有什么启示？
主要涉及了物理学（主要是晶体学）、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。
涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法；构建模型的方法等等。
现代科学技术中许多成果的取得都是多学科交叉运用的结果；反过来，多学科交叉的运用，又会促进学科的发展，诞生新的边缘学科，如生物化学、生物物理学等。
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。
3、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？
讨论2：
1、有关DNA结构方面的几个问题。
（1）DNA由几条链构成？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的什么部位呢？
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
2条，具有双螺旋立体结构。
磷酸和脱氧核糖组成骨架，位于DNA结构的外侧。
A与T配对，G与C配对，位于DNA结构的内侧。
三、DNA分子的双螺旋结构：
DNA分子的结构模式图
P
P
P
P
A
T
C
G
P
4
1
3
5
2
o
P
4
1
3
5
2
0
P
P
A
C
T
G
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
DNA的平面结构
1
0
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
DNA模型分析
反向平行
碱基对
另一碱基对
嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则。
A
T
G
C
氢键
DNA模型分析
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
(1)DNA分子是由
条
平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的
结构。
(2)DNA分子中的
和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架;
在内侧。
(3)DNA分子两条链上的碱基通过
连结起来形成
，且遵循
原则。
DNA双螺旋结构的主要特点
两
反向
双螺旋
脱氧核糖
碱基
碱基对
氢键
碱基互补配对
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
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。
思考：ＤＮＡ结构中的哪个结构是稳定不变的?哪个结构是千变万化的？
你注意到了吗？
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。
DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。
DNA通过碱基对的排列顺序储存大量的遗传信息
DNA分子的结构特性
①多样性：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特异性：特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序。
不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。
③稳定性：稳定的基本骨架和严格的碱基互补配对原则。
4n(n表示碱基对数)
四、制作DNA双螺旋结构模型
知识基础：沃森和克里克的DNA双螺旋结构
DNA双螺旋结构模型
DNA分子的结构
小结
1.化学元素组成：C
H
O
N
P
2.基本组成单位：(四种)脱氧核苷酸
一分子含氮碱基
一分子脱氧核糖
一分子磷酸
3.空间结构:
规则的双螺旋结构
两条脱氧核苷酸长链
碱基对
氢键
碱基互补配对原则
4.DNA分子特点:多样性,特异性,稳定性
基础知识简答
1、沃森和克里克于
年提出了著名的
模型，为合理地解释遗传物质的
奠定了基础。
2、DNA又称
，组成它的基本单位是
（由一分子
、一分子
、一分子
组成）。
组成DNA的碱基共有
种（符号表示为
），脱氧核苷共有
种（名称是①
、②
、
③
④
）。
1953
DNA双螺旋
各种功能
脱氧核糖核酸
脱氧核苷酸
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
4
A
T
G
C
4
胞嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
3、
DNA的双螺旋结构是由
平行的
长链
而成，
排在外侧的
和
交替连接构成基本骨架，通过
连
接起来的
排列在内侧。碱基对的组成规律是
与
配
对，
（A）一定与
（T）配对，
（G）
一定与
（C）配对，反之亦然，这种一一对应的关系叫
做
原则。
4、
DNA的碱基只有
种，碱基对只有
种，而分子结构具
有
性，这完全是碱基对的
千变万化的结果。
两条
脱氧核糖核酸
盘旋
脱氧核糖
磷酸
氢键
碱基对
嘌呤
嘧啶
腺嘌呤
胸腺嘧啶
鸟嘌呤
胞嘧啶
碱基互补配对
4
两
多样
排列次序
在DNA双链中：
A
=
T
，
G
=
C
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
T1
=
A2
G1
=
C2
C1
=
G2
A
1
T
2
T
1
A2
G
1
C
2
C
1
G
2
DNA双链
碱基互补配对原则的应用
一条链上的A与T，G与C相等么？
你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。
∵A=T
G=C
∴A+G
=
T+C
∴
也可以写成以下形式：
规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之和
，并为碱基总的
。
A+G
(
)
=
T+G
(
)
=50%
A+G
T+C
=
(
)
(
)
=
(
)
(
)
=1
A+T+G+C
A+T+G+C
A+C
T+G
T+G
A+C
相等
一半
①双链DNA分子中，两互补碱基相等，即A=T，G=C。A1
=
T2
，T1
=
A2，
G1
=
C2
，C1
=
G2
③双链DNA分子中，A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C，即
规律总结：
④两不互补碱基之和的比值等于另一互补链中这一
比值的倒数，即A1+G1/T1+C1=n,则A2+G2/T2+C2=1/n
A+T
G+C
A2
+T2
G2
+C2
A1+T1
G1+C1
=
=
=n
②双链DNA分子中,任意两个不互补碱基之和相等，并为碱基总数的50%，即A+G=T+C，A+C=T+G。
⑤不同生物的DNA分子，（A+C）：（T+G）恒等于1不能反映种间差异；（A+T）：（C+G）不同生物一般不同，反映种间差异。
有关DNA中的碱基计算
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%
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？
若DNA的一个单链中，A+T/G+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
;
0.4
0.4
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%
解题方法步骤
（1）弄清楚题中所给和所求的碱基比例是占整个DNA分子的碱基比例还是占DNA分子一条链的碱基比例。
（2）画一个DNA分子的模式简图，并在图中标出已知和未知的碱基
（3）根据碱基互补配对原则进行计算。
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。
解析一：
设DNA分子碱基总数为100.
已知：A+T=54，则G+C=46
所以，G1+C
1
=G
2
+C
2
=23
已知：G
1
=
×100×22%=11
1
2
所以,
C
2=G
1=11
则:
G
2=23–11=12
G
2
A
2
+T
2
+G
2
+C
2
=
12
1
2
×100
=
24%
解析二:
已知
A+T
总
=
54%,
则
=
46%
G+C
总
所以
G1+C
1
1/2总
=
46%.
已知
1/2总
G
1
=
22%
所以
1/2总
C
1
=
46%–22%=
24%
因为
G2=C1
所以
1/2总
G
2
=
24%
24%
1、某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则
胸腺嘧啶为_____
2、一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有
100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶
应是_____
3、
DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个
DNA分子中G=
_____
20%
60个
29%
4、由120个碱基组成的DNA分子片段，可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息，其种类数最多可达
（
）
A、4120
B、1204
C、460
D、604
C
练习：
6、从某生物组织中提取DNA进行分析,其四种碱基数的比例
是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%
,又知DNA的
一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤,问与H链相对应
的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的
(
)
Ａ、26%　　　Ｂ、24%
　Ｃ、14%
Ｄ、11%　
A
5、若DNA分子中一条链的碱基摩尔比为A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，则其互补链中嘌呤碱基与嘧啶碱基的摩尔比为（
）
A
5︰4
B
4︰3
C
3︰2
D
5︰2
B
7、在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是（
）
A．含胸腺嘧啶32%的样品
B．含腺嘌呤17%的样品
C．含腺嘌呤30%的样品　
D．含胞嘧啶15%的样品
B
8、构成双链DNA分子的四种碱基之间的关系，下列哪项因物种而异（
）
A、（A+C）/（T+G）
B、（A+G）/（T+C）
C、（A+T）/（G+C）
D、
A
/
T
或
G
/
C
C
模型构建法
就是搭建模型,也就是拼凑。就像小孩摆积木一样，在实验室里，用一些圆球来构建分子结构模型。
这种方法在科学上发挥着重要的作用。二十世纪的的四大发现：宇观世界的宇宙大爆炸模型、宏观世界的大地构造板块模型、微观世界的物质结构夸克模型和DNA分子的双螺旋结构模型都是通过模型构建法得到的
。