202X版高中生物第3章基因的本质第2节DNA分子的结构课件新人教版必修2

1、第第2 2节节DNADNA分子的结构分子的结构教师参考教师参考新课导入一新课导入一: :通过上节课学习通过上节课学习, ,我们知道我们知道DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质, ,作为遗作为遗传物质传物质,DNA,DNA应具备怎样的什么结构呢应具备怎样的什么结构呢? ?引入新课。引入新课。新课导入二新课导入二: :同学们去过北京中关村高科技园吗同学们去过北京中关村高科技园吗? ?那里有个独特形状的那里有个独特形状的雕塑雕塑, ,看课本第看课本第4747页问题探讨中的图片页问题探讨中的图片, ,这个雕塑是以什么为蓝本制作这个雕塑是以什么为蓝本制作的呢的呢? ?提示提示: :DNADNA。

2、请同学们仔细观察这个雕塑有什么特点请同学们仔细观察这个雕塑有什么特点?DNA?DNA分子究竟有什么样的结构分子究竟有什么样的结构呢呢? ?引入课题。引入课题。 学习目标学习目标 1.1.概述概述DNADNA分子结构的主要特点。分子结构的主要特点。2.2.制作制作DNADNA分子双螺旋结分子双螺旋结构模型。构模型。3.3.理解碱基互补配对原则理解碱基互补配对原则, ,掌握掌握DNADNA分子结构的相关计算。分子结构的相关计算。知识点一知识点一DNADNA双螺旋结构模型的构建及其结构双螺旋结构模型的构建及其结构阅读教材第阅读教材第47474949页页, ,完成下列填空完成下列填空: :1.1.构建

3、者构建者: : 和和 。2.2.构建过程构建过程教材导读教材导读沃森沃森克里克克里克脱氧核苷酸脱氧核苷酸DNADNA衍射图谱衍射图谱外部外部相同碱基相同碱基A=T,G=CA=T,G=CT TC C脱氧核苷酸脱氧核苷酸3.DNA3.DNA分子的结构分子的结构(1)DNA(1)DNA分子的基本组成单位分子的基本组成单位 。脱氧核苷酸结构模式图脱氧核苷酸结构模式图碱基碱基:A(:A( );G();G(鸟嘌呤鸟嘌呤);C();C(胞嘧啶胞嘧啶);T();T( ) )种类种类: : 、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、苷酸、 。腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤脱氧核苷

4、酸腺嘌呤脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸(2)DNA(2)DNA双螺旋结构特点双螺旋结构特点DNADNA分子是由分子是由两两条链组成的条链组成的, ,这两条链按这两条链按 方式盘旋成双螺方式盘旋成双螺旋结构。旋结构。DNADNA分子中的分子中的 和和 交替连接交替连接, ,排列在外侧排列在外侧, ,构成基本构成基本骨架骨架; ; 排列在内侧。排列在内侧。两条链上的碱基通过两条链上的碱基通过 连接成碱基对连接成碱基对, ,并且碱基配对有一定的规并且碱基配对有一定的规律律:A:A与与 配对配对,G,G与与 配对。碱基之间的这种一一对应关系配对。碱基之间的这种一一对应关系, ,叫做叫做

5、 原则。原则。反向平行反向平行脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸碱基碱基T TC C碱基互补配对碱基互补配对氢键氢键4.DNA4.DNA分子中碱基的规律分子中碱基的规律(1)(1)碱基互补配对原则是指碱基互补配对原则是指A A与与 配对配对,C,C与与 配对配对, ,在双链在双链DNADNA分子中嘌分子中嘌呤碱基数呤碱基数 嘧啶碱基数。嘧啶碱基数。(2)(2)若若DNADNA分子一条链中分子一条链中(A+G)(A+G)与与(T+C)(T+C)的比值为的比值为m,m,则其互补链中则其互补链中(A+G)(A+G)与与(T+C)(T+C)的比值为的比值为 , ,在整个双链在整个双链DNADNA分子中分子中,(

6、A+G),(A+G)与与(T+C)(T+C)的比值为的比值为 。(3)(3)若若DNADNA分子的一条单链中分子的一条单链中(A+T)(A+T)与与(G+C)(G+C)的比值为的比值为a,a,则其互补链中则其互补链中(A+T)(A+T)与与(G+C)(G+C)的比值为的比值为 , ,整个整个DNADNA分子中分子中(A+T)(A+T)与与(G+C)(G+C)的比值为的比值为 。T TG G等于等于1/m1/m1 1a aa a 思考与讨论思考与讨论 (1)(1)沃森和克里克在构建模型的过程中沃森和克里克在构建模型的过程中, ,借鉴利用了他人的哪些经验和借鉴利用了他人的哪些经验和成果成果? ?提

7、示提示: :当时科学界已经发现的证据当时科学界已经发现的证据; ;英国科学家威尔金斯和富兰克林提供英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的的X X射线衍射图谱射线衍射图谱; ;奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果, ,腺嘌呤的量腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量总是等于胸腺嘧啶的量, ,鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量。鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量。(2)DNA(2)DNA分子中同一条链和两条链中连接相邻两个碱基的结构有何不同分子中同一条链和两条链中连接相邻两个碱基的结构有何不同? ?提示提示: :同一条链中连接相邻两个碱基的结构是同一条链中连接相邻两个碱基的结构是脱氧核

8、糖脱氧核糖磷酸磷酸脱氧核脱氧核糖糖; ;两条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键。两条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键。(3)(3)不同生物的不同生物的DNADNA分子中互补配对的碱基分子中互补配对的碱基, ,即即(A+T)/(C+G)(A+T)/(C+G)的比值相等吗的比值相等吗? ?提示提示: :不相等。不相等。要点探究要点探究要点要点1 1DNADNA分子的结构特点分子的结构特点下图为一段下图为一段DNADNA空间结构和平面结构示意图空间结构和平面结构示意图, ,请据图回答以下问题请据图回答以下问题: :(1)(1)从图一中可以看出从图一中可以看出DNADNA分子具有规则的分子具有规则的 结

9、构结构, ,从图二中可以从图二中可以看出看出:DNA:DNA的基本骨架是的基本骨架是 。双螺旋双螺旋磷酸与脱氧核糖交替连接磷酸与脱氧核糖交替连接(2)(2)图二中图二中1 1代表的化学键为代表的化学键为 。两条链之间化学键。两条链之间化学键1 1越多越多,DNA,DNA分子分子耐热性越耐热性越 ( (填填“强强”或或“弱弱”),),结构越结构越 。(3)(3)与图二中碱基与图二中碱基2 2相配对的碱基是相配对的碱基是( (填中文名称填中文名称) ) ; ;与图中碱基与图中碱基7 7对应的碱基是对应的碱基是( (填中文名称填中文名称) ) ; ;由由3 3、4 4、5 5组成的结构称组成的结构称

10、为为 。(4)(4)图二中图二中DNADNA分子中碱基、磷酸基团、脱氧核糖三者的数量关系是分子中碱基、磷酸基团、脱氧核糖三者的数量关系是 。每个脱氧核糖上连着。每个脱氧核糖上连着 个磷酸基团和个磷酸基团和 个碱基。个碱基。(5)(5)不同生物双链不同生物双链DNADNA分子中嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数的比值为分子中嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数的比值为 。氢键氢键强强稳定稳定鸟嘌呤鸟嘌呤腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸三者数量相等三者数量相等1 1或或2 21 11 1 归纳总结归纳总结 DNA DNA分子的结构分析分子的结构分析DNADNA分子结构可简记为分子结构可简记为“5 5、4

11、 4、3 3、2 2、1 1”, ,即即5 5种元素、种元素、4 4种碱基种碱基( (脱氧核苷脱氧核苷酸酸) )、3 3种小分子、种小分子、2 2条长链、条长链、1 1个双螺旋。个双螺旋。(1)(1)两条链之间的碱基对两条链之间的碱基对:A:A与与T T配对配对, ,形成形成2 2个氢键个氢键;G;G与与C C配对配对, ,形成形成3 3个氢键。个氢键。氢键越多氢键越多, ,结构越稳定结构越稳定, ,即含即含G GC C碱基对碱基对(3(3个氢键个氢键) )的比例越大的比例越大, ,结构越稳结构越稳定。定。(2)(2)氢键数目计算氢键数目计算: :若碱基对数为若碱基对数为n,n,则氢键数为则氢

12、键数为2n2n3n,3n,若已知若已知A A有有m m个个, ,则则氢键数为氢键数为3n-m3n-m。(3)(3)两条链反向平行两条链反向平行, ,盘旋成双螺旋结构。盘旋成双螺旋结构。(4)(4)每个每个DNADNA片段中有片段中有2 2个游离的磷酸基团个游离的磷酸基团, ,分别在两条链的其中一端。分别在两条链的其中一端。(5)DNA(5)DNA双链分子中磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量比为双链分子中磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量比为111111。要点要点2 2碱基互补配对原则的相关计算碱基互补配对原则的相关计算根据碱基互补配对原则根据碱基互补配对原则, ,完成以下问题完成以下问题: :(1)(

13、1)某双链某双链DNADNA分子中含有分子中含有200200个碱基个碱基, ,一条链上一条链上ATGC=1234,ATGC=1234,则该则该DNADNA分子中四种含氮碱基的比例为分子中四种含氮碱基的比例为ATGC=ATGC= 。该。该DNADNA分子中可能的碱基排列方式少于分子中可能的碱基排列方式少于 种。种。(2)(2)若一条链的若一条链的GT=12,GT=12,另一条链的另一条链的CA= CA= 。(3)(3)已知某已知某DNADNA分子中分子中,G,G与与C C之和占全部碱基总数的之和占全部碱基总数的35.8%,35.8%,其中一条链的其中一条链的T T与与C C分别占该链碱基总数的分

14、别占该链碱基总数的32.9%32.9%和和17.1%17.1%。则在它的互补链中。则在它的互补链中,T,T和和C C分别分别占该链碱基总数的占该链碱基总数的 。3377 3377 4 410010012 12 31.3%31.3%和和18.7%18.7% 方法技巧方法技巧 有关有关DNADNA分子中碱基计算的几个方法分子中碱基计算的几个方法(1)(1)解解DNADNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行: :搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNADNA分子碱基的比例分子碱基的比例, ,还是还是占占DNA

15、DNA分子一条链上碱基的比例。分子一条链上碱基的比例。画一个画一个DNADNA分子平面模式图分子平面模式图, ,并在图中标出已知的和所求的碱基。并在图中标出已知的和所求的碱基。根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。(2)(2)一个一个DNADNA分子中有分子中有n n个碱基对个碱基对, ,则该则该DNADNA分子中碱基的排列顺序最多有分子中碱基的排列顺序最多有4 4n n种。种。知识点二制作知识点二制作DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型阅读教材第阅读教材第5050页页, ,完成下列问题完成下列问题: :1.1.目的要求目的要求通过制作通过制作DNAD

16、NA 结构模型结构模型, ,加深对加深对DNADNA分子结构特点的认识和理解。分子结构特点的认识和理解。教材导读教材导读双螺旋双螺旋脱氧核糖脱氧核糖脱氧核苷酸脱氧核苷酸双螺旋双螺旋要点制作要点制作DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型根据根据DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建, ,完成以下填空完成以下填空: :(1)(1)组装组装“脱氧核苷酸模型脱氧核苷酸模型”: :利用材料制作若干个利用材料制作若干个 、磷酸和、磷酸和碱基碱基, ,组装成若干个脱氧核苷酸。组装成若干个脱氧核苷酸。(2)(2)制作制作“多核苷酸长链模型多核苷酸长链模型”: :将若干个脱氧核苷酸依次穿起来将若

17、干个脱氧核苷酸依次穿起来, ,组成两组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的脱氧核苷酸数目必须条多核苷酸长链。注意两条长链的脱氧核苷酸数目必须 , ,碱基碱基之间能够之间能够 。(3)(3)制作制作DNADNA分子平面结构模型分子平面结构模型: :按照按照 的原则的原则, ,将两条将两条多核苷酸长链互相连接起来多核苷酸长链互相连接起来, ,注意两条链的方向注意两条链的方向 。(4)(4)制作制作DNADNA分子的立体结构分子的立体结构( (双螺旋结构双螺旋结构) )模型模型: :把把DNADNA分子平面结构旋转分子平面结构旋转一下一下, ,即可得到一个即可得到一个DNADNA分子的双螺旋结构模型。

18、分子的双螺旋结构模型。脱氧核糖脱氧核糖相等相等互补配对互补配对碱基互补配对碱基互补配对相反相反 归纳总结归纳总结 制作制作DNADNA双螺旋结构模型的注意事项双螺旋结构模型的注意事项(1)(1)严格按照实验操作程序严格按照实验操作程序, ,按结构层次由小到大按结构层次由小到大, ,从简单到复杂依次从简单到复杂依次完成。完成。(2)(2)制作过程中要准备六种形状的材料制作过程中要准备六种形状的材料, ,磷酸、脱氧核糖和磷酸、脱氧核糖和4 4种碱基。种碱基。(3)(3)制作含氮碱基模型时制作含氮碱基模型时, ,腺嘌呤腺嘌呤A A和胸腺嘧啶和胸腺嘧啶T T的一端应剪成相互吻合的的一端应剪成相互吻合的

19、形状形状; ;同理同理, ,鸟嘌呤鸟嘌呤G G与胞嘧啶与胞嘧啶C C的一端也剪成另一种相互吻合的形状。这的一端也剪成另一种相互吻合的形状。这两种碱基对模型的长度应相等两种碱基对模型的长度应相等, ,以保证以保证DNADNA分子两条链之间的距离相等。分子两条链之间的距离相等。核心知识小结核心知识小结 要点整合要点整合 1.DNA1.DNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构: :两条链反向平行两条链反向平行; ;脱氧核糖和磷酸交替连接脱氧核糖和磷酸交替连接, ,排列于外侧排列于外侧, ,构成基本骨架构成基本骨架; ;碱基通过氢键连接成碱基对碱基通过氢键连接成碱基对, ,排列在排列在内侧。内侧。2.2

20、.双链双链DNADNA分子中分子中, ,嘌呤碱基数嘌呤碱基数= =嘧啶碱基嘧啶碱基数数, ,即即A+G=T+CA+G=T+C。3.3.互补碱基之和的比例在互补碱基之和的比例在DNADNA的任何一条的任何一条链及整个链及整个DNADNA分子中都相等。分子中都相等。4.4.非互补碱基之和的比例在两条互补链中非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数互为倒数, ,而在整个而在整个DNADNA分子中比值为分子中比值为1 1。5.5.在在DNADNA分子中分子中, ,含含GCGC碱基对越多的碱基对越多的DNADNA分子相对越稳定。分子相对越稳定。 关键语句关键语句 1.1.下列关于沃森和克里克的下列关于

21、沃森和克里克的DNADNA双螺旋结构模型的叙述双螺旋结构模型的叙述, ,正确的是正确的是( ( ) )A.A.沃森和克里克构建的沃森和克里克构建的DNADNA模型是建立在以模型是建立在以4 4种碱基种碱基(A(A、T T、C C、G)G)的基的基础上础上B.B.威尔金斯和富兰克林提供了威尔金斯和富兰克林提供了DNADNA分子的电子显微镜图像分子的电子显微镜图像, ,得出得出DNADNA分子呈分子呈双螺旋结构双螺旋结构C.C.查哥夫提出了查哥夫提出了A A与与T T配对配对,C,C与与G G配对的正确关系配对的正确关系D.D.沃森和克里克提出了沃森和克里克提出了DNADNA分子的双螺旋结构模型分

22、子的双螺旋结构模型D D随堂检测随堂检测基础达标基础达标解析解析: :DNADNA的基本单位是脱氧核苷酸的基本单位是脱氧核苷酸, ,沃森和克里克的沃森和克里克的DNADNA结构模型是建立结构模型是建立在在4 4种脱氧核苷酸基础上的种脱氧核苷酸基础上的; ;沃森和克里克从威尔金斯和富兰克林提供的沃森和克里克从威尔金斯和富兰克林提供的DNADNA衍射图谱及有关数据中衍射图谱及有关数据中, ,推算出推算出DNADNA分子呈螺旋结构分子呈螺旋结构; ;查哥夫提出了查哥夫提出了A A与与T T的量相等的量相等,C,C与与G G的量相等的量相等, ,但没有提出它们之间相互配对的关系。但没有提出它们之间相互

23、配对的关系。2.2.如图为含有四种碱基的如图为含有四种碱基的DNADNA分子结构示意图分子结构示意图, ,对该图的正确描述是对该图的正确描述是( ( ) )A.A.有可能是碱基有可能是碱基A AB.B.与有关的碱基对一定是与有关的碱基对一定是A-TA-TC.C.中特有的元素分别是中特有的元素分别是P P、C C、N ND.D.和相间排列和相间排列, ,构成构成DNADNA分子的基本骨架分子的基本骨架B B解析解析: :分析题图分析题图, ,图示为含有四种碱基的图示为含有四种碱基的DNADNA分子结构示意图分子结构示意图, ,其中为磷其中为磷酸酸, ,为脱氧核糖为脱氧核糖, ,为含氮碱基为含氮碱

24、基, ,为脱氧核苷酸为脱氧核苷酸, ,为含氮碱基。由为含氮碱基。由于和之间有于和之间有3 3个氢键个氢键, ,应该是应该是C CG G碱基对碱基对, ,与有关的碱基对中含有与有关的碱基对中含有2 2个氢键个氢键, ,一定是一定是A AT T碱基对碱基对;C;C元素是、共有的元素元素是、共有的元素; ;由磷酸和脱由磷酸和脱氧核糖相间排列氧核糖相间排列, ,构成构成DNADNA分子的基本骨架。分子的基本骨架。3.DNA3.DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNADNA分子中分子中(A+T)/(G+C)(A+T)/(

25、G+C)与与(A+C)/(G+T)(A+C)/(G+T)两个比值的叙述两个比值的叙述, ,正确的是正确的是( ( ) )A.A.碱基序列不同的双链碱基序列不同的双链DNADNA分子分子, ,后一个比值不同后一个比值不同B.B.前一个比值越大前一个比值越大, ,双链双链DNADNA分子的稳定性越高分子的稳定性越高C.C.当两个比值相同时当两个比值相同时, ,可判断这个可判断这个DNADNA分子是双链分子是双链D.D.双链双链DNADNA分子中分子中, ,后一比值等于后一比值等于1 1D D解析解析: :双链双链DNADNA分子中分子中A=T,C=G,A=T,C=G,所以双链所以双链DNADNA分

26、子中分子中(A+C)/(G+T)=1,DNA(A+C)/(G+T)=1,DNA分分子中子中,C,C和和G G间有间有3 3个氢键个氢键,A,A和和T T间有间有2 2个氢键个氢键, ,则则C C与与G G的含量越高的含量越高,DNA,DNA稳定稳定性越高性越高, ,因此前一个比值越大因此前一个比值越大,C,C和和G G的含量越低的含量越低, ,双链双链DNADNA分子的稳定性越分子的稳定性越低低; ;当两个比值相同时当两个比值相同时, ,该该DNADNA分子可能是双链分子可能是双链, ,也可能是单链也可能是单链; ;双链双链DNADNA分分子中子中,(A+C)/(G+T),(A+C)/(G+T)的比值等于的比值等于1 1。4.4.从某生物组织提取从某生物组织提取DNADNA进行分析进行分析, ,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%,46%,又知该又知该DNADNA的一条链的一条链(H(H链链) )中中, ,腺嘌呤占该链全部