2020-2021学年高一生物（人教版（2019）必修二）3.2 DNA的结构 课件（47张PPT）

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？
DNA的双螺旋结构的确立，标志着生物科学的发展进入了分子生物学阶段。在生物学发展中具有里程碑式的意义。
知识回顾
DNA的中文全称：_________________
DNA的组成元素：_________________
DNA的结构单位：_________________
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
脱氧核糖核苷酸
1分子脱氧核苷酸： ________ + ____________ +______________
1分子磷酸
1分子脱氧核糖
1分子含氮碱基
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
A
G
C
T
DNA是主要的遗传物质，它的结构是怎样的？
一、DNA双螺旋结构模型的构建
一、DNA双螺旋结构模型的构建
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
DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。4种脱氧核苷酸分别含有______________4种碱基
（1）当时科学界对DNA的认识
A、T、C、G
P
A
P
T
P
G
P
C
2.模型的构建过程
…
P
A
P
T
P
G
P
C
P
G
P
C
磷酸二酯键
(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。沃森和克里克推测出DNA分子呈螺旋结构。他们先后建构了多种不同双螺旋、三螺旋模型。
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。
（4）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》论文发表在英国《自然》杂志上。
（5）1962年，沃森、克里克和威尔金斯获诺贝尔奖
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？
DNA的空间结构
二、DNA的结构
双螺旋解开放大
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
DNA平面结构模式图
DNA的结构特点
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
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
DNA双螺旋结构的主要特点：
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。
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，
一条链中相邻的碱基也是通过这个连接的吗？
2
1或2
1或2
氢键
1
5’-端
DNA的结构——练习
脱氧核糖-磷酸基团-脱氧核糖
DNA结构视频演示
三、DNA的特性
T
C
G
A
A
G
C
T
1、多样性：
的千变万化，构成了DNA分子的多样性。
碱基对排列顺序
【资料】生物体内，一个最短DNA分子也有4000个碱基对，这种最短的DNA分子也有 种排列顺序。
44000
碱基对的排列顺序多样性的意义：
蕴含了生物的遗传信息
T
C
G
A
A
G
C
T
3.稳定性
分子组成
脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定不变
碱基互补配对的方式稳定不变
化学性质：
热稳定性
2、特异性：
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。
归纳：DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
五种元素：
四种碱基：
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
C、H、O、N、P
A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
规则的双螺旋结构
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)代表磷酸的球形塑料片几个？
(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
20
20
20
410
探究?实践
制 作 DNA 模 型
材料
用具
磷酸
脱氧核糖
4种碱基
制 作 DNA 模 型
制作脱氧核苷酸
制作脱氧核苷酸链
制作DNA平面结构
制作DNA空间结构
制作
步骤
制作脱氧核苷酸
制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。
将制成的脱氧核苷酸模型连接成长链。
制作脱氧核苷酸链
制作DNA平面结构模型：将两条链间的碱基连接。
碱基互补配对原则
制作DNA平面结构
A
T
G
C
T
A
C
G
制作DNA空间结构模型：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。
制作DNA空间结构
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碱基对之间的相互作用力
例题、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A有m个，则氢键数为 ；若已知G有m个，则氢键数为 。
2
3
3n-m
2n+m
1.DNA分子的总氢键数=2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
四、DNA有关碱基数量的计算
2.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
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
例题、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
A=50%–23%=27%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
补充：一个双链DNA中，A+T与G+C不一定相等；
若在一个生物体内嘌呤≠嘧啶是什么原因？
含有单链，嘌呤数量一定不等于嘧啶数量吗？
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；
若嘌呤≠嘧啶，则必然有单链结构存在；
例题、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
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
=
=
例题、在双链DNA分子中，G和C之和占全部碱基的48%，其中一条链的A占该链碱基总数的24%，则另一条链中的A占该链碱基总数的百分比为（ ）
A、24% B、26%
C、28% D、76%
C
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
=
m
③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。
A1+G1
T1+C1
= n
T2+C2
A2+G2
=1/n
A1+C1
T1+G1
T2+G2
A2+C2
=
例题、在DNA的一个单链，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？
2.5 , 1
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
④双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+T是整个DNA分子A+T的一半。
A+T
A+T+G+C
A1 +T1 +G1 +C1
A1 +T1
=
=
A2 +T2 +G2 +C2
A2 +T2
=
例题、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%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
A1 +T1
（A+T）
1
2
=
=
A2 +T2
（G+C）
1
2
G1 +C1
G2 +C2
=
=
⑤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。
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
若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例无法确定，但最大值为2c%，最小值为0 ；
例题、在一个双链DNA分子中A占22%，则A在其中一条单链中的数值能确定吗？
能确定范围，0%≤A1≤44%；
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
化学组成单位
基本单位——脱氧核苷酸
种类：
四种
主要特点
①由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
②外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 ，碱基排列在内侧。
③DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
DNA的结构
DNA双螺旋结构的构建
(碱基互补配对原则)
小结
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？