2020_2021学年新教材高中生物第3章基因的本质第2节DNA的结构课件新人教版必修第二册202106052193.pptx

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1、第第2节节DNA的结构的结构课标定课标定位位1.DNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建分析科学家探索分析科学家探索DNA结构的历程结构的历程,学习科学家探学习科学家探索求真的科学精神。索求真的科学精神。2.DNA的结构的结构通过观察通过观察DNA的结构模式图和制作的结构模式图和制作DNA双螺旋双螺旋结构模型结构模型,掌握掌握DNA双螺旋结构的主要特点。双螺旋结构的主要特点。素养阐释素养阐释1.基于对基于对DNA结构特点的理解结构特点的理解,进一步形成结构进一步形成结构与功能相适应的观念。与功能相适应的观念。2.通过学习科学家探索通过学习科学家探索DNA结构的历程结构的历程,认同科认同科

2、学探究是一个不断深化的过程学探究是一个不断深化的过程;认识到科学家探认识到科学家探索求真的科学精神以及交流合作、技术进步、索求真的科学精神以及交流合作、技术进步、多学科交叉渗透等多学科交叉渗透等,对于科学的发展都具有重要对于科学的发展都具有重要作用。作用。自主自主预习预习新知导学新知导学一、一、DNA双螺旋双螺旋结构模型的构建构模型的构建1.模型构建者是美国生物学家模型构建者是美国生物学家沃森沃森和英国物理学家和英国物理学家克里克克里克,DNA双螺旋结构的揭示是划时代的伟大发现双螺旋结构的揭示是划时代的伟大发现,在生物学的发在生物学的发展中具有里程碑式的意义。展中具有里程碑式的意义。2.DNA

3、结构模型的构建结构模型的构建过程过程二、二、DNA的的结构构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脱氧核苷酸(1)结构模式图结构模式图(2)碱基碱基:A(腺嘌呤腺嘌呤)、G(鸟嘌呤鸟嘌呤)、C(胞嘧啶胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶胸腺嘧啶)。(3)种类种类:腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱胞嘧啶脱氧核苷酸氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。2.双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点(1)DNA是由是由两条两条单链组成的单链组成的,这两条链按这两条链按反向平行反向平行方式盘方式盘旋成双螺旋结构。旋成双螺旋结构。(2)DNA中的中的

4、脱氧核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸交替连接交替连接,排列在外侧排列在外侧,构成基构成基本骨架本骨架;碱基碱基排列在内侧。排列在内侧。(3)两条链上的碱基通过两条链上的碱基通过氢键氢键连接成碱基对。碱基配对的规连接成碱基对。碱基配对的规律律:A与与T配对配对,G与与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系配对。碱基之间的这种一一对应的关系,叫作叫作碱基互补配对碱基互补配对原则。原则。【预习检测】【预习检测】1.判断正误。判断正误。(1)沃森和克里克构建沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的主要依据是双螺旋结构模型的主要依据是DNA的的X射线衍射图谱。射线衍射图谱。()(2)DNA的基本骨架由磷酸和核糖交替

5、连接而成的基本骨架由磷酸和核糖交替连接而成,且分布于且分布于外侧。外侧。()(3)双链双链DNA分子中一条链上的磷酸与脱氧核糖是通过氢键分子中一条链上的磷酸与脱氧核糖是通过氢键连接的。连接的。()(4)A与与T之间和之间和G与与C之间的氢键数量相等。之间的氢键数量相等。()(5)DNA的两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋的两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。结构。()(6)嘌呤只能和嘧啶发生碱基互补配对。嘌呤只能和嘧啶发生碱基互补配对。()(7)双链双链DNA分子中嘌呤和嘧啶的数量相等。分子中嘌呤和嘧啶的数量相等。()2.DNA酶能使酶能使DNA初步水解初步水解,可以得到可

6、以得到()A.磷酸磷酸,核糖核糖,A、G、C、U4种碱基种碱基B.磷酸磷酸,脱氧核糖脱氧核糖,A、T、C、G4种碱基种碱基C.4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸D.4种核糖核苷酸种核糖核苷酸答案答案:C解析解析:DNA初步水解为组成它的基本单位初步水解为组成它的基本单位,即即4种脱氧核苷酸。种脱氧核苷酸。合作合作探究探究释疑解惑释疑解惑知知识点一点一知知识点二点二DNA双螺旋双螺旋结构模型的构建及构模型的构建及DNA的的结构构1.沃森和克里克在构建沃森和克里克在构建DNA结构模型的过程中利用了他人结构模型的过程中利用了他人的哪些经验和成果的哪些经验和成果?提示提示:(1)英国生物物理学家威尔金斯和富兰

7、克林提供的英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱。衍射图谱。(2)奥地利生物化学家查哥夫提供的信息奥地利生物化学家查哥夫提供的信息:在在DNA中中,腺嘌呤腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量的量;鸟嘌呤鸟嘌呤(G)的量总是等于的量总是等于胞嘧啶胞嘧啶(C)的量。的量。问题引领问题引领2.下图是下图是DNA片段的结构图片段的结构图,请据图回答下列问题。请据图回答下列问题。(1)DNA的基本单位是的基本单位是。4种基本单种基本单位的区别主要体现在位的区别主要体现在上。上。答案答案:脱氧核苷酸碱基的种类脱氧核苷酸碱基的种类(2)写出图中写出图中的名称。的名称

8、。,。答案答案:碱基对脱氧核苷酸链脱氧核糖磷酸腺嘌呤脱碱基对脱氧核苷酸链脱氧核糖磷酸腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤氢键氧核苷酸腺嘌呤氢键(3)为什么为什么“GC碱基对碱基对”的含量越多的含量越多,DNA越耐高温越耐高温?提示提示:GC碱基对之间有碱基对之间有3个氢键个氢键,而而AT碱基对之间有碱基对之间有2个个氢键氢键,所以含所以含“GC碱基对碱基对”越多的越多的DNA,其结构越稳定其结构越稳定,越不越不容易被高温破坏。容易被高温破坏。归纳提升归纳提升1.DNA分子结构的分子结构的“五、四、三、二、一五、四、三、二、一”2.借助示意图辨析借助示意图辨析DNA分子的结构分子的结构图图1图图2(1)由图由

9、图1可解读出以下信息可解读出以下信息。(2)图图2是图是图1的简化形式的简化形式,a表示氢键。表示氢键。3.有关有关DNA分子结构的分子结构的2个注意事项个注意事项(1)并非所有的并非所有的DNA分子都是双链结构分子都是双链结构,有的有的DNA分子为单分子为单链结构。链结构。(2)原核细胞及真核细胞细胞器中的原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为双链环状结分子为双链环状结构。构。4.DNA指纹图谱的获得及该技术的应用指纹图谱的获得及该技术的应用(1)应用应用DNA指纹技术指纹技术,首先需要用合适的酶将待检测的样首先需要用合适的酶将待检测的样品品DNA切成片段切成片段,然后用电泳的方法将这些片

10、段按大小分开然后用电泳的方法将这些片段按大小分开,再经过一系列步骤再经过一系列步骤,最后形成最后形成DNA指纹图。指纹图。(2)由于每个人的由于每个人的DNA指纹图是独一无二的指纹图是独一无二的,所以我们可以所以我们可以通过分析指纹图的吻合程度来确认身份。因而此技术被广泛通过分析指纹图的吻合程度来确认身份。因而此技术被广泛应用于刑侦领域、亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。应用于刑侦领域、亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。典型例题典型例题下图表示某下图表示某DNA片段片段,下列有关该图的叙述下列有关该图的叙述,正确的是正确的是()A.相间排列相间排列,构成构成DNA分子分子的的基本骨架基本骨架B.的名称是胞

11、嘧啶脱氧核苷酸的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C.既容易断裂又容易生成既容易断裂又容易生成,所以所以DNA的稳定性与之无关的稳定性与之无关D.该该DNA片段有片段有2种碱基配对方式种碱基配对方式,4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 答案答案:D解析解析:磷酸、磷酸、脱氧核糖交替连接脱氧核糖交替连接,排列在外侧排列在外侧,构成基本构成基本骨架。骨架。磷酸并不能与磷酸并不能与组成一个脱氧核苷酸。组成一个脱氧核苷酸。DNA的的稳定性与稳定性与氢键有关氢键有关,氢键越多氢键越多,DNA分子越稳定。该分子越稳定。该DNA片片段有段有2种碱基配对方式种碱基配对方式(A与与T配对、配对、C与与G配对配对),4种脱氧核苷种脱

12、氧核苷酸酸(腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸)。【变式训练】【变式训练】1.DNA分子的平面结构很像一架分子的平面结构很像一架“梯子梯子”,那么组成这架那么组成这架“梯梯子子”的的“扶手扶手”、“扶手扶手”之间的之间的“阶梯阶梯”、连接、连接“阶梯阶梯”的化学键的化学键以及遵循的原则依次是以及遵循的原则依次是()磷酸和脱氧核糖交替连接形成的长链磷酸和脱氧核糖交替连接形成的长链氢键氢键碱基对碱基对碱基互补配对碱基互补配对A.B.C.D.答案答案:B解析解析:“梯子梯子”的的“扶手扶手”

13、指指DNA的基本骨架的基本骨架,即磷酸和脱氧核即磷酸和脱氧核糖交替连接形成的长链糖交替连接形成的长链;排列在内侧的碱基对相当于排列在内侧的碱基对相当于“阶梯阶梯”;连接连接“阶梯阶梯”的化学键是氢键的化学键是氢键;碱基间的配对遵循碱基互补配碱基间的配对遵循碱基互补配对原则对原则,即即A与与T配对配对,G与与C配对。配对。2.下列示意图能正确表示下列示意图能正确表示DNA片段的是片段的是()答案答案:D解析解析:DNA中存在中存在T,不存在不存在U,可排除可排除A项。项。DNA分子的两条分子的两条链是反向平行的链是反向平行的,而而B项是同向的项是同向的(依据两条链中的脱氧核糖依据两条链中的脱氧核

14、糖分析分析)。A与与T之间有之间有2个氢键个氢键,G与与C之间有之间有3个氢键个氢键,可排除可排除C项。项。与与DNA结构相关的构相关的计算算问题引领问题引领结合结合DNA双螺旋结构模型的特点回答下列问题。双螺旋结构模型的特点回答下列问题。1.为什么为什么DNA中嘌呤和嘧啶的数量相等中嘌呤和嘧啶的数量相等?提示提示:在在DNA中中,A一定与一定与T配对配对,G一定与一定与C配对配对,所以所以A=T,G=C,A+G=T+C。2.(A+T)或或(G+C)在整个双链在整个双链DNA分子中所占的比例与在分子中所占的比例与在每一条单链中所占的比例相等吗每一条单链中所占的比例相等吗?为什么为什么?提示提示

15、:相等。设在双链相等。设在双链DNA分子的一条单链中分子的一条单链中A、T的数目的数目分别为分别为a、b,所有碱基的数目之和为所有碱基的数目之和为n;由于由于A与与T配对配对,所以在所以在另一条单链中另一条单链中,A、T的数目分别为的数目分别为b、a,在整个双链在整个双链DNA分子分子中中,A、T的数目分别为的数目分别为(a+b)、(a+b)。由上述分析可知。由上述分析可知,在双在双链链DNA分子中分子中,(A+T)所占比例在任意一条链及整个所占比例在任意一条链及整个DNA分分子中都是子中都是(a+b)/n。同理可知。同理可知,(G+C)在整个在整个DNA分子中所占分子中所占的比例与在每一条单

16、链中所占的比例相等。的比例与在每一条单链中所占的比例相等。3.如果一条单链中如果一条单链中(A+G)/(T+C)=m,则其互补链中则其互补链中(A+G)/(T+C)的值是多少的值是多少?提示提示:双链双链DNA分子的一条链中分子的一条链中(A+G)/(T+C)=m,因为因为A与与T配对配对,G与与C配对配对,所以其互补链中所以其互补链中(T+C)/(A+G)=m,即即(A+G)/(T+C)=1/m。4.若某双链若某双链DNA分子中有分子中有n个碱基对个碱基对,则该则该DNA分子可有多分子可有多少种排列方式少种排列方式?提示提示:4n种。种。归纳提升归纳提升DNA分子中碱基数量的计算规律分子中碱

17、基数量的计算规律(1)在双链在双链DNA分子中分子中,嘌呤总数与嘧啶总数相等嘌呤总数与嘧啶总数相等,即即A+G=T+C。(2)“互补碱基之和互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个双链的比例在任意一条链及整个双链DNA分分子中都相同子中都相同,即若在一条链中即若在一条链中(A+T)/(G+C)=m,则在互补链及则在互补链及整个整个DNA分子中分子中(A+T)/(G+C)=m。(此比值在不同此比值在不同DNA分子分子中具有特异性中具有特异性)(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个在整个DNA分子中为分子中为1,即若在即若在DNA一条链中一

18、条链中(A+G)/(T+C)或或(A+C)/(T+G)=a,则在其互补链中该比值为则在其互补链中该比值为1/a,而在整个而在整个DNA分子中该比值为分子中该比值为1。(此比值在不同双链此比值在不同双链DNA分子中无特异性分子中无特异性,恒为恒为1)典型例题典型例题DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内于生物体内DNA分子中分子中(A+T)/(G+C)与与(A+C)/(T+G)两个比两个比值的叙述值的叙述,正确的是正确的是()A.碱基序列不同的双链碱基序列不同的双链DNA分子分子,后一比值不同后一比值不同B.前一个比值越大前一

19、个比值越大,双链双链DNA分子的稳定性越高分子的稳定性越高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DNA分子是双链分子是双链D.前一比值在整个双链前一比值在整个双链DNA分子及其每一条单链中都相等分子及其每一条单链中都相等答案答案:D解析解析:双链双链DNA分子中分子中A=T,G=C,A与与T之间有之间有2个氢键个氢键,G与与C之间有之间有3个氢键。碱基序列不同的双链个氢键。碱基序列不同的双链DNA分子分子,前一比值前一比值不同不同,后一比值相同。前一个比值越小后一比值相同。前一个比值越小,双链双链DNA分子的稳定分子的稳定性越高。当两个比值相同时性越高。当两个比值相同时,这

20、个这个DNA分子可能是单链分子可能是单链,也可也可能是双链。能是双链。【变式训练】【变式训练】1.某双链某双链DNA分子中分子中(A+T)占整个占整个DNA分子碱基总数的分子碱基总数的44%,其中一条链其中一条链(a链链)上的上的G占该链碱基总数的占该链碱基总数的21%,那么那么,对对应的另一条互补链应的另一条互补链(b链链)上的上的G占该链碱基总数的比例占该链碱基总数的比例是是()A.35%B.29%C.28%D.21%答案答案:A解析解析:某双链某双链DNA分子中分子中(A+T)占整个占整个DNA分子碱基总数的分子碱基总数的44%,则任意一条链中则任意一条链中(A+T)占该链碱基总数的占该

21、链碱基总数的44%。(A+T)占占a链碱基总数的链碱基总数的44%,G占占a链碱基总数的链碱基总数的21%,所以所以C占占a链链碱基总数的碱基总数的35%。b链上的链上的G与与a链上的链上的C配对配对,所以所以G占占b链碱链碱基总数的基总数的35%。2.某双链某双链DNA分子中含有分子中含有200个碱基对个碱基对,其中一条链上其中一条链上A T G C=1 2 3 4。下列有关该。下列有关该DNA分子的叙述分子的叙述,正确的是正确的是()A.含有含有4个游离的磷酸基团个游离的磷酸基团B.含有腺嘌呤脱氧核苷酸含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个个C.4种含氮碱基种含氮碱基A T G C=3 3 7 7D.

22、碱基排列方式共有碱基排列方式共有4200种种答案答案:C解析解析:每条单链各有每条单链各有1个游离的磷酸基团个游离的磷酸基团,所以双链所以双链DNA分子分子应该有应该有2个游离的磷酸基团。计算碱基数目时个游离的磷酸基团。计算碱基数目时,需要注意所给需要注意所给碱基总数为个数还是对数。该碱基总数为个数还是对数。该DNA分子中含有分子中含有200个碱基对个碱基对,一条链上一条链上A T G C=1 2 3 4,根据双链中根据双链中(A+T)所占的比例所占的比例=单链中单链中(A+T)所占的比例可知所占的比例可知,双链双链DNA分子中分子中(A+T)占占3/10,再根据再根据A=T可知可知,A和和T

23、各占各占3/20,故腺嘌呤脱氧核苷酸的数量故腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为为2002(3/20)=60(个个)。双链中。双链中A和和T分别占分别占3/20,则则C和和G分分别占别占7/20,故故A T G C=3 3 7 7。在碱基比例不确定的情况下。在碱基比例不确定的情况下,碱基排列方式共有碱基排列方式共有4n种种,n为碱基对数为碱基对数,即共有即共有4200种种,而该而该DNA分子碱基比例已确定分子碱基比例已确定,故排列方式小于故排列方式小于4200种。种。素素 养养 提提 升升制作制作DNA双螺旋结构模型时应注意的问题双螺旋结构模型时应注意的问题(1)严格按照实验操作程序严格按照实验操作程序,

24、按结构层次从小到大按结构层次从小到大,从简单到复从简单到复杂依次完成。杂依次完成。(2)制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时,注意各分子的大注意各分子的大小比例。小比例。(3)制作含氮碱基的模型时制作含氮碱基的模型时,要注意要注意2点。点。腺嘌呤腺嘌呤(A)和胸腺嘧和胸腺嘧啶啶(T)的一端应剪成相互吻合的形状。同理的一端应剪成相互吻合的形状。同理,鸟嘌呤鸟嘌呤(G)和胞嘧啶和胞嘧啶(C)的一端应剪成另一种吻合的形状。的一端应剪成另一种吻合的形状。这两种碱基对模型的这两种碱基对模型的长度应相等长度应相等,以保证以保证DNA分子中两条平行链之间的距离相等。分子中

25、两条平行链之间的距离相等。(4)制作脱氧核苷酸长链模型时制作脱氧核苷酸长链模型时,要注意要注意3点。点。两条长链中两条长链中核苷酸的个数必须相同。核苷酸的个数必须相同。两条长链并排时两条长链并排时,必须保证碱基必须保证碱基之间能够相互配对。之间能够相互配对。两条长链走向要相反。两条长链走向要相反。(5)把平面结构转成立体结构时把平面结构转成立体结构时,如发现某结构部件有扭曲现如发现某结构部件有扭曲现象象,应予以矫正。应予以矫正。(6)在整个制作过程中在整个制作过程中,各零件之间的连接应保持足够的牢固各零件之间的连接应保持足够的牢固性性,以免旋转时零件脱落。以免旋转时零件脱落。某学生制作的以下碱基对模型中某学生制作的以下碱基对模型中,正确的是正确的是()答案答案:A解析解析:选项选项B,A与与T之间应该有之间应该有2个氢键个氢键;C、D两项中两条单两项中两条单链的方向应是相反的链的方向应是相反的,且且D项中的项中的G与与C之间应该有之间应该有3个氢键。个氢键。课课 堂堂 小小 结结