资源简介

(共39张PPT)
情境导入
在确信DNA是遗传物质后，人们更加迫切地想要知道：DNA是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物的性状的？
首先需要弄清楚DNA的结构！
第3章 基因的本质
第2节 DNA的结构
目标
01
02
03
理解并掌握DNA分子的结构特点，并掌握有关的计算规律（科学思维)
在DNA结构的认识过程中，充分体现了科学家们痴迷科学、崇尚真理的科学精神。
（社会责任）
学习目标
DNA结构特点体现了生命的物质性，通过分析科学家探索DNA结构的历程，领悟模型构建在研究中的应用，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。（生命观念、科学探究）
坐落在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。
1953年，美国科学家沃森（J．D.Watson）和英国科学家克里克（F.Crick），共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型，它标志着生物学的研究进入分子的层次，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。
问题探讨
你知道为什么将它作为高科技的标志吗？
PART
01
DNA双螺旋结构模型的构建
● 归纳出对dna双螺旋结构做出贡献的科学家？
● dna是由几条链构成的 它具有怎样的立体结构
● 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
● dna中的碱基是如何配对的 它们位于dna的什么部位
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
一、DNA双螺旋结构模型的构建
沃森:生物学家（1928-）
我能帮你理解生物学内容
我能帮你理解晶体学原理
克里克:物理学家（1916-2004）
2、构建过程
① 已知DNA的组成
不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的
科学界认识到：DNA是以4种 ___________ 为单位连接而成的长链。
脱氧核苷酸
这4种脱氧核苷酸分别含有________________4种碱基。
A、T、G、C
【资料1】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。
M.Wilkins
R.E.Franklin
沃森与克里克共同分析，推算DNA分子呈______结构。
螺旋
【资料2】二战后，科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2nm。相邻两核苷酸间距相等，并得出DNA是双链的结论。嘌呤是双环化合物，嘧啶是单环化合物。
DNA呈双螺旋结构，且相同碱基之间不配对
三螺旋 双螺旋
【资料3】1952年，从奥地利生物化学家查哥夫处得知:　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。
查哥夫
A和T配对，C和G配对——碱基互补配对原则
3
模型：
沃森和克里克尝构建了将碱基安排在双螺旋的内部，脱氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型。
A
P
G
P
C
P
T
P
T
P
C
P
G
P
A
P
富兰克林发现，将DNA晶体翻180度获得的X射线衍射图仍然是一样的。沃森与克里克认为：DNA两条链是反向排列的。
①A-T与G-C具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径。
②能够解释A=T、G=C的数量关系。
③模型与X射线衍射照片比较，模型与基于照片
推算出的DNA双螺旋结构相符。
【资料4】
1953年，沃森和克里克攥写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动。
1962年，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。获奖理由为发现DNA为双螺旋分子结构。
富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。
1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
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。
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？
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
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。
科学启示
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。
小试牛刀
1．(目标1)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是(　　)
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱　③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等　④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
PART
02
DNA的结构
● 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
● 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
1
结构层次：
磷酸、脱氧核糖、碱基(A、T、G、C)
C、H、O、N、P
DNA的组成成分：
DNA的元素组成：
DNA的基本单位：
脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
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’
T
碱基对
1.DNA分子是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
3.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。
2.DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
A T (两个氢键) G C(三个氢键)
5’
3’
5’
3’
2
结构特点：
游离的磷酸基团，称作5′－端
一个羟基(-OH)，称作3′－端
氢键
3
结构特性：
GC碱基对占比越高，氢键越多，结构越稳定，而G—C碱基对之间含有的氢键多，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。
（1） 据实验测定，GC碱基对占比越高，DNA越稳定，和其结构有什么关系？
稳定性
外部稳定的基本骨架、内部碱基对稳定、空间结构稳定
3
结构特性：
（2）在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对。
请同学们计算DNA分子有多少种？
44000
多样性
（3）为什么可以利用DNA指纹来识别身份？（P52）
特异性
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。
1、一个链状DNA分子含有几个游离的磷酸基团？
2.一个脱氧核糖连接几个磷酸？
3.一条链上相邻的两个碱基通过什么连接？
4、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，为什么？
G与C含量越多，氢键就越多，DNA结构就越稳定。
1个或2个
2个游离的磷酸
脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖
制作DNA双螺旋结构模型
讨论
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？
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。
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
（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。
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
碱基互补配对原则；半保留复制。
小试牛刀
(2023·山东日照高一期末)如图为DNA分子部分片段的示意图，下列有关叙述正确的是(　　)
A．①为3′－端，⑥为5′－端
B．DNA的基本骨架中所含化学元素包括C、H、O、N、P
C．一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过氢键相连
D．若该分子中G—C碱基对比例高，则热稳定性较高
含氮碱基
磷酸基团
O
脱氧核糖
1’
2’
3’
4’
5’
磷酸二酯键
氢键越多，DNA分子热稳定性越高
小试牛刀
2．(目标2)下列有关真核细胞中核DNA的说法，错误的是(　　)
A．双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团
B．DNA中一个脱氧核糖一般能与两个磷酸基团相连
C．DNA分子两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
D．一条脱氧核苷酸链中，相邻的A、T碱基以氢键连接
3、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
组成单位：
双螺旋结构
脱氧核苷酸
4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的双螺旋结构。
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双螺旋结构模型的构建
磷 酸
脱氧核糖
含氮碱基：
小 结
PART
03
DNA的相关计算
规律一：双链DNA分子中嘌呤总数等于嘧啶总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的50%。
根据碱基互补配对原则可知，
A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1
1. A1＋A2＝________；G1＋G2＝________。即：双链中A＝__，G＝__，
A＋G＝______＝______＝______＝
T1＋T2
C1＋C2
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
(A＋G＋T＋C)
1/2
针对训练1某生物细胞DNA的碱基中，腺嘌呤的分子数占22%，那么，胞嘧啶的分子数占（ ）
A.11% B.22% C.28% D.44%
C
C=50%–22%=28%
规律二：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
“补则等”
2. A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。
A2＋T2
G2＋C2
=
A1+T1
N1
A2+T2
=
N2
A+T
N
=
C1+G1
N1
C2+G2
=
N2
C+G
N
针对训练2.某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是（ ）
A.35% B.29% C.28% D.21%
A
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数
不补则倒
即两者的关系是_____________。
T1+G1
= m
A1+C1
T2+G2
A2+C2
m
1
互为倒数
=
3.若 ， 则
针对训练3 某DNA双链中，一条链中 则互补链中的比值是 。
一条链中 则互补链中的比值是 。
=
A+T
C+G
0.4
=
A+C
T+G
0.4
0.4
2.5
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
4.若 ，
则
N1
= a
A1
N2
A2
=b
N
=
A
a+b
2
【典例1】某双链DNA分子片段中有200个碱基对，其中腺嘌呤90个。则该DNA片段中含有氢键的数目为（ ）
A．400个 B．510个 C．490个 D．200个
【典例2】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
A=T=90，C=G=110，氢键的数目为2×90+3×110=510
嘌呤≠嘧啶
有单链结构存在
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
分析某生物的双链DNA，发现在一条链中胞嘧啶与鸟嘌呤之和占该链碱基数的52％，其互补链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30％，则互补链中胸腺嘧啶占整个DNA分子碱基的比例是 （ ）
A．18％ B．30％ C．9％ D．15％
52％
52％
48％
48％
30％
18％
占整个DNA分子：18％÷2=9％
划线法解题：
1.画DNA分子结构示意图
2.据题意标已知碱基比例
3.据碱基互补配对原则标未知比例
4.计算解题
C
小试牛刀
(目标3)双链DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的比例为M，其中一条链上腺嘌呤占该链全部碱基的比例为N，则互补链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例为(　　)
A．(M－N)/2 B．M－N
C．(M－N)/(1－N) D．M－N/2
练习与应用（P52）
一、概念检测
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。
（ ）


练习与应用（P52）
一、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。
①_____________ ②____________
③_____________ ④_____________
⑤_____________ ⑥_____________
⑦___________________ ⑧_________
⑨_______ ⑩________________________
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
5
6
练习与应用（P52）
一、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'
C
练习与应用（P52）
一、概念检测
练习与应用（P52）
二、拓展应用
碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义？
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。

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