【课件】DNA的结构课件高一下学期生物人教版必修2

第3章基因的本质第二节DNA的结构（一）01沃森和克里克如何揭示DNA双螺旋结构？0203理解碱基互补配对原则04DNA结构的主要特点？沃森和克里克的研究给我们哪些启示？问题探讨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分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子水平，具有里程碑式的意义。与相对论、量子力学并称为20世纪最重要三大科学发现问题探讨英格兰:

生命中心新加坡:螺旋桥问题探讨新西兰:莫里斯•威尔金斯纪念碑俄罗斯:实验鼠纪念碑复习提问DNA的中文全称：DNA的组成元素：DNA的基本单位：脱氧核糖核酸C、H、O、N、P脱氧核糖核苷酸OPCH2

OHOOHHOHHH

HH碱基

磷酸

5’1’2’3’4’一分子磷酸一分子脱氧核糖一分子含氮碱基C胞嘧啶T胸腺嘧啶A腺嘌呤G鸟嘌呤DNA的基本结构脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT两个脱氧核苷酸缩合反应过程当时，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。一、DNA双螺旋结构模型的构建1.构建者:美国生物学家①________和英国物理学家②__________。沃森克里克2.DNA双螺旋结构模型构建过程读课本48-49页思考与讨论，梳理探究历程回答下列问题：卡文迪什实验室沃森沃森克里克我能帮你理解生物学内容我能帮你理解晶体学原理威尔金斯富兰克林DNA衍射图谱（X意味着DNA分子是螺旋的）(A)(B)(C)(D)DNA衍射图谱说明什么问题HSchmitzer,etal.ThePhysicsTeacher,2011,49:140-143.从衍射图谱获取的信息：（A）X形说明DNA结构是螺旋形的；（B）菱形说明DNA分子是长链；（C）直线的间距是DNA分子重复单元（一个完整的螺旋）的间距；（D）缺少了两条直线，是这是因为另一条螺旋的干扰。

威尔金斯富兰克林DNA分子是反向平行的DNA晶体翻转180°翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。一、DNA双螺旋结构模型的构建DNA是螺旋结构双螺旋？三螺旋？搭建的多种模型都被否定NPNPNPNPNPNPNPNPNPNP模型一沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋外部，磷酸位于内部的双螺旋结构，你觉得合理吗？为什么？亲水疏水（已知碱基疏水，磷酸基团亲水）推测：碱基在DNA螺旋结构的内侧，磷酸在外侧NPNPNPNPNP模型一沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋外部，磷酸位于内部的双螺旋结构，你觉得合理吗？为什么？亲水疏水（已知碱基疏水，磷酸基团亲水）推测：碱基在DNA螺旋结构的内侧，磷酸在外侧NPNPNPNPNP碱基如何配对？APTPCPGPTP模型二沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但是这个结构又被否定了，为什么？我们先来分析下这四种碱基的化学结构TPGPCPTPAP腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）碱基（N）嘌呤嘧啶两个环（更长）一个环（更短）一、DNA双螺旋结构模型的构建模型二a.这种结构导致DNA的结构不固定，会导致什么结果？DNA的结构不稳定APTPCPGPTPTPGPCPTPAPAPTPCPGPTPTPGPCPTPAP发生改变：b.那应该怎样配对呢？查哥夫对DNA碱基构成的研究A:GT:CA:TG:C嘌呤：嘧啶牛1.291.431.041.001.1人1.561.751.001.001.0小麦1.221.181.000.970.99酵母1.671.921.031.201.0母鸡1.451.291.060.910.99沙雷氏菌0.70.70.950.860.9鲱鱼1.431.431.021.021.02不同生物DNA4种碱基比例关系E.Chargaff,etal.JBiolChem,1949,177(1):405不同生物DNA分子嘌呤与嘧啶的物质的量大致相同。

即A+G=T+C腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的物质的量大致相同；

鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的物质的量大致相同。DNA的碱基组成有什么规律？沃森克里克查哥夫我给你们带来一条重要信息DNA中，A的量总是等于T的量；G的量总是等于C的量。太感谢了，我想我知道DNA的结构了！CTTGACAG模型：A与T配对C与G配对如何连接？氢键一个碱基上的H原子和与之配对的碱基上的电负性强的N原子或O原子间存在一定的吸引力，形成氢键。直径恒定CTTGACAG模型：A与T之间有几个氢键？C与G之间有几个氢键？2个氢键3个氢键直径恒定DNA双螺旋结构模型的构建沃森的笔记指出存在三个氢键的可能性引自《双螺旋》插图注释本浙江人民出版社沃森-克里克配对：一个由两个氢键维系的腺嘌呤-胸腺嘧啶对的形状，竟然与一个至少由两个氢键维系的鸟嘌呤-胞嘧啶对相同。看来，所有的氢键都是自发形成的，不需要人为干预，两个碱基对就会自然呈现出相同的形状。

——引自《双螺旋》插图注释本

浙江人民出版社注：鲍林和科里确认鸟嘌呤和胞嘧啶之间存在三个氢键CTTGACAG模型：a.这是DNA的最终结构吗？不是，因为它还是平面结构b.它的立体结构是？双螺旋一、DNA双螺旋结构模型的构建平面结构：CTTGACAGDNA双螺旋结构：建构模型是自然科学研究中常用的一种方法。该方法用【模型】来模拟研究对象，被模拟的对象称为【原型】，模型的建构是否正确，需要通过对原型的比较来确证。【原型】【模型】吻合推出20世纪初1951-195219521951年DNA的结构单位：四种脱氧核苷酸科赛尔琼斯列文推算出DNA呈螺旋结构，尝试建构模型：双螺旋、三螺旋失败（违反化学规律）X射线衍射技术提供DNA衍射图谱查哥夫A=TG=C一、DNA双螺旋结构模型的构建威尔金斯和富兰克林沃森和克里克DNA双螺旋结构一、DNA双螺旋结构模型的构建1953年，沃森和克里克撰写的论文在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。1962，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。早凋的“玫瑰”

人类不能忘记富兰克林伟大而无声的贡献一、DNA双螺旋结构模型的构建二、DNA的结构思考•讨论

（P49）1.请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。（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的什么部位呢？（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。这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，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律：A与T配对；G与C配对。二、DNA的结构思考•讨论

（P49）2.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。对DNA结构特点，我们从三个关键词来分析：两条单链反向平行双螺旋结构链数：方向：结构：OCH2OHH磷酸基团碱基3′2′HH1′4′5′HH3′5′5′3′二、DNA的结构脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架碱基外侧：内侧：二、DNA的结构3′5′5′3′化学键：（3根氢键）氢键GCAT（2根氢键）碱基互补配对原则形成碱基对联系：核苷酸之间连接的化学键是？3',5'-磷酸二酯键二、DNA的结构3′5′5′3′两条单链反向平行双螺旋结构链数：方向：空间结构：3′5′3′5′碱基互补配对形成氢键GCAT核苷酸之间连接的化学键3',5'-磷酸二酯键脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架外侧：碱基内侧：鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）腺嘌呤（A）胸腺嘧啶（T）氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定。双链DNA分子中，嘌呤数=嘧啶数。即A+G=T+C二、DNA的结构尝试用8个脱氧核苷酸，自己画出DNA的平面结构要求：包含组成DNA的四种碱基，标出DNA单链的方向二、DNA的结构5’3’5’3’⑴两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。⑵外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架；⑶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。1.稳定性：三、DNA结构的特性在真核生物中，双螺旋结构多是线性（或链状）的，并且细胞核中的DNA与组蛋白等组成染色质；在原核生物中DNA常为环状，且不与蛋白质结合成染色质；少数病毒还具有单链DNA。有报道称发现三链甚至四链DNA。5’3’5’3’脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序千变万化。在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，请计算可能的排列顺序有多少种？44000种类数目2.多样性：三、DNA结构的特性5’3’5’3’三、DNA结构的特性3.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。D与d基因不同的根本原因是什么？碱基对的排列顺序就代表了遗传信息拓展：DNA杂交技术的应用

DNA杂交技术可以用于两个物种亲缘关系的判断，若两个物种的DNA样本经处理后形成的DNA互补区段越多，则两个物种的亲缘关系_____。越近DNA中碱基数量的计算问题：

关键在于正确理解并表示题中所给的信息DNA双链信息：A=TG=CDNA1：A1T1G1C1DNA2：A2T2G2C2单双链信息如何转化：汉水丑生侯伟作品A+TA+T+G+CA1+T1A1+T1+G1+C1A2+T2A2+T2+G2+C2==G+CA+T+G+CG1+C1A1+T1+G1+C1G2+C2A2+T2+G2+C2==A1T2T1A2G1C2C1G2DNA双链1链2链其他公式能推即可四、DNA分子中有关碱基数量的计算易错提醒：(1)看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例。(2)看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基。其他公式能推即可A+TG+CA2+T2G2+C2A1+T1G1+C1===aaa若

则

若b则

T1+C1=

A1+G1T2+C2=

A2+G2T+C=

A+G1/b1四、DNA分子中有关碱基数量的计算四、相关计算碱基互补配对原则A与T，G与C配对，则两个互补的碱基数量相等：A=T，G=C四、相关计算相关推论（1）规律1：一个DNA双链中，则A+G=T+C即“嘌呤碱基总数=嘧啶碱基总数”或“任意两个不互补碱基之和恒等于碱基总数的50%”。四、相关计算相关推论（2）规律2：DNA双链中，A+T或G+C在全部碱基中所占的比例等于其任意一条单链中A+T或C+G所占比例。mm2m四、相关计算相关推论（3）规律3：DNA双链中，一条单链的的值，与其互补链的值相等，也与整个DNA的的值相等。“每条单链及双链中，互补碱基和之比均相等”A1+T1G1+C1A+TG+CA2+T2G2+C2四、相关计算相关推论（4）规律4：“两条单链的不互补碱基和之比互为倒数”A2+T2G2+C2A1+T1G1+C1=m=m12.一个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_____1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____20%60个3.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？0.40.44.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？2.5

1四、DNA分子中有关碱基数量的计算例2、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：已知DNA：A+TA+T+G+C=54%DNA1：A1+T1+G1+C1G1=22%求：DNA2：A2+T2+G2+C2G2=？C1=？G21－G1－（A1+T1

）C1==四、DNA分子中有关碱基数量的计算24%例2、已知在DNA分子中的一条单链(A+G)/(T+C)=m时,求:(1)在另一互补链中这一比例是多少?(2)这个比例关系在整个分子中又是多少?解：已知DNA1：T1+C1A1+G1=m求：DNA2：T2+C2A2+G2=？DNA：T+CA+G=？汉水丑生侯伟作品四、DNA分子中有关碱基数量的计算1/m1①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数A+G=T+C即A+G/T+C=1②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

1T2T1A2G

1C2C1G

2DNA双链A+TG+CA1+T1G1+C1A2+T2G2+C2==③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。A1+G1T1+C1=aT2+C2A2+G2=1/aA1+C1T1+G1T2+G2A2+C2=互补则等不补则倒根据碱基种类和比例对核酸样品进行判定（1）如有U无T，则此核酸为RNA（2）如有T且A=T；C=G，则为双链DNA；（3）如有T且A≠TC≠G，则为单链DNA一个生物体内核酸嘌呤≠嘧啶是什么原因？嘌呤≠嘧啶，则必然有单链结构存在；可能遗传物质是RNA的病毒；可能细胞结构生物，遗传物质是DNA,但含的RNA是单链；通常A≠UC≠G五、练习与运用1.DNA两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。（1）DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基（）（2）在DNA的双链结构中，碱基的比例总是（A+G）/（T+C）=1。（）✔✔概念检测五、练习与运用概念检测2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。12345678910胞嘧啶（C）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）脱氧核糖磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸碱基对氢键一条脱氧核苷酸链的片段思考：这个DNA片段有多少个游离的磷酸基团（没有形成磷酸二酯键的磷酸基团）？2个五、练习与运用概念检测3.在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b，则（）A.b≦0.5

B.b≧0.5

C.胞嘧啶为a(1/2b-1)个

D.胞嘧啶为b(1/2a-1)个4.一条DNA单链的序列是5'-GATACC-3',那么它的互补链的序列是（）A.5'-CTATGG-3'B.5'-GATACC-3'C.5'-GGTATC-3'D.5'-CCATAG-3'CC1．组装“脱氧核苷酸模型”四、制作DNA双螺旋结构模型利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。2．制作“多核苷酸长链模型”将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相同，碱基之间能够互补配对。3．制作DNA分子平面结构模型按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。4．制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。60DNA分子模型展示ATGCAATTCGCCGGAATT思考：右图为DNA双螺旋结构模型，若该模型有100个碱基对，其中腺嘌呤30个，该模型制作时需要多少个订书针？868根每个脱氧核苷酸中