资源简介

第
三
章
第2节：DNA的结构
1
DNA结构的探索历程
3
DNA的结构
目 录
DNA的结构
2
DNA双螺旋结构模型的构建
4
DNA的相关计算
第一部分
DNA结构的探索历程
威尔金斯
克里克
沃森
沃森和克里克是怎样揭示DNA的双螺旋结构的?这一研究过程给我们哪些启示?
过渡
在对DNA结构的探索中,于1953年摘取桂冠的是两位年轻的科学家,美国生物学家沃森和英国物理学家克里克：
《DNA双螺旋结构模型》的论文
1953年沃森和克里克于《自然》杂志上发布的关于:
1962年诺贝尔生理学与医学奖
沃森和克里克是怎样揭示DNA双螺旋结构的?
利用了他人的哪些经验和成果?
阅读教材,根据科学史资料,梳理DNA结构的探索过程:
任务一
摩尔根解释的验证
思考?讨论
DNA结构模型的构建
【思考?讨论】
资料1：
1951年，富兰克林和同事威尔金斯采用X射线衍射技术拍摄到DNA衍射图谱。
DNA呈现“X”形
DNA呈螺旋结构
推断
摩尔根解释的验证
思考?讨论
DNA结构模型的构建
【思考?讨论】
DNA衍射图谱
X射线管
铅屏
DNA晶体
底片
但都被否定了，在三螺旋结构模型中, DNA含水量的理论值与实际测定数值不符，很快遭到其他科学家的质疑
根据所掌握的材料，沃森和克里克尝试搭建了很多种不同模型,
摩尔根解释的验证
思考?讨论
DNA结构模型的构建
【思考?讨论】
资料2：
双螺旋
三螺旋
三螺旋
沃森和克里克从查哥夫那里得知了一条重要信息,在DNA中:
查哥夫
(E.Chargaff, 1905-2002)
摩尔根解释的验证
思考?讨论
DNA结构模型的构建
【思考?讨论】
资料3：
腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T），
鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
调整后的DNA模型能够解释A、T、G、C的数量关系。这个模型与拍摄的X射线衍射照片比较时,发现模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。
①碱基安排在双链螺旋内部
②脱氧核糖—磷酸安排外部
③让A与T配对,G与C配对
④DNA两条链的方向相反
DNA是由两条脱氧核苷酸链盘旋成的双螺旋结构。
摩尔根解释的验证
思考?讨论
DNA结构模型的构建
【思考?讨论】
资料4：
A—T与G—C具有相同的形状和直径,组成的DNA分子有恒定的直径
调整后的DNA模型
结论:
摩尔根解释的验证
思考?讨论
DNA结构模型的构建
【思考?讨论】
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?
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。
摩尔根解释的验证
思考?讨论
DNA结构模型的构建
【思考?讨论】
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。
那接下来我们就沿着科学家的足迹，尝试构建DNA的双螺旋结构模型！
过渡
第二部分
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA的组成成分有哪些?
四种脱氧核苷酸是怎样连接成DNA单链的?
【知识回顾】
任务二
（一）了解脱氧核苷酸单链的形态和结构
思考探究以下问题。
1.DNA的组成成分
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
2.基本组成单位:
脱氧核糖核苷酸
(碱基有A、T、G、C 4种)
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
胞嘧啶脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
磷酸
脱氧核糖
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
T
碱基
（一）了解脱氧核苷酸单链的形态和结构
OH
p
=
O
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′
H
H2O
DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。
3',5'-磷酸二酯键
（一）了解脱氧核苷酸单链的形态和结构
【思考探究】
任务三
（二）了解DNA的两条单链之间的连接方式
请结合资料分析以下问题：
细胞中的DNA分子处于液体环境中，DNA分子内外侧分别是什么？
位于DNA内侧的碱基是怎样连接的?
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。
碱基具有疏水性
（二）了解DNA的两条单链之间的连接方式
细胞中的DNA分子处于液体环境中，DNA分子内外侧分别是什么？
脱氧核糖和磷酸基团具有亲水性
资料1：
资料2：
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
位于DNA内侧的碱基是怎样连接的?
（二）了解DNA的两条单链之间的连接方式
嘌呤碱基是双环化合物，嘧啶碱基是单环化合物，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。
假说:
2nm
资料3：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA} 来源
碱基组成（%）
A
G
C
T
人
30.9
19.9
19.8
29.4
鸡(母)
28.8
20.5
21.5
29.2
海胆
32.8
17.7
17.3
32.1
酵母
31.3
18.7
17.1
32.9
大肠杆菌
24.7
26.0
25.7
23.6
查哥夫
查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析。
位于DNA内侧的碱基是怎样连接的?
（二）了解DNA的两条单链之间的连接方式
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。
请根据查哥夫碱基数据表推测，上述哪种假说是正确的？
假说一：A与T配对，G与C配对
【活动体验】
任务四
（三）DNA两条单链的方向性探究
模拟DNA双链反向平行：
组员站成一列模拟一条脱氧核苷酸链，每个组员用躯干模拟脱氧核糖，左手模拟磷酸，搭在前一个组员的肩上，右手侧平举掌心向前，模拟碱基
DNA的双螺旋结构有哪些主要特点?
过渡
第三部分
DNA的结构
【自主学习】
任务五
（一）DNA的结构
阅读教材P50，
结合图3-8
DNA由几条链构成？链的方向如何？有怎么样的立体结构？
DNA外侧由哪些物质构成？
DNA内侧的碱基如何配对？
平面结构
立体结构
氢键
DNA由几条链构成？链的方向如何？有怎么样的立体结构？
DNA外侧由哪些物质构成？
脱氧核糖和磷酸交替排连接排列在外侧，构成基本骨架,碱基排列在内侧。
DNA内侧的碱基如何配对？
A与T配对
平面结构
立体结构
碱基互补配对
G与C配对
两条链
反向平行
双螺旋结构
氢键
思考?讨论
DNA是由两条脱氧核苷酸长链构成的，如何确定一条核苷酸的两端？
DNA的一条脱氧核苷酸长链具有两个末端,具有游离的磷酸基团的一端称为5’—端。另一端有一个羟基—OH）称为3’—端，DNA的两条脱氧核苷酸长链的走向相反
1个或2个
2个游离的磷酸
一个DNA分子有几个游离的磷酸？一个脱氧核糖连接几个磷酸？
氢键
A+T含量为40%的DNA分子和A+T含量为60%的DNA分子哪个结构更稳定？
G与C含量越多，氢键就越多，DNA结构就越稳定。
思考?讨论
2个氢键
3个氢键
【合作探究】
任务六
仔细观察DNA的模型图，小组讨论：
根据结构与功能相适应，试分析DNA具有稳定性的原因？
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？
为什么可以利用DNA指纹来识别身份？
（二）DNA的特点
平面结构
立体结构
氢键
DNA的稳定性
01
根据结构与功能相适应，试分析DNA具有稳定性的原因？
规则的双螺旋结构
外部稳定的基本骨架、
内部严格的碱基互补配对
氢键
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？
碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
在生物体内，一个最短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？
44000
DNA的多样性
02
为什么可以利用DNA指纹来识别小蝌蚪的妈妈呢？
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。
DNA的特异性
03
青蛙1
青蛙2
青蛙3
鸭子
金鱼
乌龟
白鹅
小蝌蚪
视频：制作DNA双螺旋结构模型
探究?实践
1.目的要求:
通过制作模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。
2.材料用具:
制作DNA双螺旋结构模型
探究?实践
①制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时,须注意各分子的大小比例。
②磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。
③制作两条长链时，注意每条链上碱基总数要一致，碱基对间应是互补配对的，两条链方向是相反的。
3.模型设计:
制作DNA双螺旋结构模型
探究?实践
请注意示意图上脱氧核糖碳原子的位置
含氮碱基
磷酸基团
O
脱氧核糖
1’
2’
3’
4’
5’
4.学生作品展示
2.3 制作DNA双螺旋结构模型
制作DNA双螺旋结构模型
探究?实践
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？
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
(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。
从碱基互补配对原则出发去思考。
2.3 制作DNA双螺旋结构模型
制作DNA双螺旋结构模型
探究?实践
第四部分
DNA的相关计算
【合作探究】
任务七
四、DNA的计算
请根据DNA分子中碱基间的关系，思考以下问题：
DNA分子中嘌呤(A和G)数与嘧啶(C和T)数有何数量关系？
互补碱基之和(A与T或G与C)的比例在任意一条链(A1+T1或G2+C2)及整个DNA分子中(A+T或G+C)都相同？
如果1链上(A1+G1)/(T1+C1)=M,则其互补链2链上
(A2+G2)/(T2+C2)的比值是多少？
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
A1＋A2＝________________；G1＋G2＝____________。
即：双链中A＝___，G＝___，
A＋G＝______＝______＝______＝__________________。
T1＋T2
C1＋C2
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
1/2(A＋G＋T＋C)
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为碱基总数的一半。
DNA分子中嘌呤(A和G)数与嘧啶(C和T)数有何数量关系？
规律1：
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
四、DNA的计算
A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。
A2＋T2
G2＋C2
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”。
=
A1+T1
N1
A2+T2
=
N2
A+T
N总
=
C1+G1
N1
C2+G2
=
N2
C+G
N总
互补碱基之和(A与T或G与C)的比例在任意一条链(A1+T1或G2+C2)及整个DNA分子中(A+T或G+C)都相同吗？
根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
规律2：
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
四、DNA的计算
即两者的关系是_____________。
若 ，则 =
T1+G1
= m
A1+C1
T2+G2
A2+C2
m
1
互为倒数
如果1链上(A1+G1)/(T1+C1)=M,则其互补链2链上(A2+G2)/(T2+C2)的比值是多少？
根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
规律3：
非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
四、DNA的计算
本节小结
DNA的结构
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA的组成元素
DNA的基本单位
DNA双螺旋结构
两条链、反向平行
外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接
内侧:碱基间有氢键，碱基互补配对
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
DNA的相关计算
制作DNA双螺旋结构模型
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。( )
教材课后习题·概念检测
√
√
2.下面是DNA的分子结构模式图，说出图中1－10的名称。
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
1. 。
2. 。
3. 。
4. 。
5. 。
6. 。
7. 。
8. 。
9. 。
10. 。
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
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
教材课后习题·概念检测
教材课后习题·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
C
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'
教材课后习题·概念检测
C
根据碱基互补配对原则，DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，保证了遗传信息传递的准确性）。
教材课后习题·拓展应用
1.碱基互补配对原则对遗传信息的传通具有什么意义?
提示:
谢
谢
观
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