生物人教版（2023）必修2 3.2DNA分子的結(jié)構(gòu)（共37張ppt）

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第2節(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)

感受螺旋美

新加坡濱海灣雙螺旋橋

中關(guān)村DNA雙螺旋模型《生命》

卡延塔

“最高最擰巴”的大廈

種種的螺旋建筑最初的靈感都來自它“DNA的結(jié)構(gòu)”

溫故知新

DNA的化學(xué)組成

DNA中文全稱是

脫氧核糖核酸

，是

主要遺傳物質(zhì)

。

它的基本組成單位是

脫氧核糖核苷酸

它的組成元素為

。

C、H、O、N、P

。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

脫氧核糖

含氮堿基

P

含氮堿基的種類

A——腺嘌呤

G——鳥嘌呤

C——胞嘧啶

T——胸腺嘧啶

脫氧核苷酸的種類

脫氧核糖

A

P

脫氧核糖

脫氧核糖

脫氧核糖

G

C

T

P

P

P

腺嘌呤脫氧核苷酸

鳥嘌呤脫氧核苷酸

胞嘧啶脫氧核苷酸

胸腺嘧啶脫氧核苷酸

DNA結(jié)構(gòu)研究競(jìng)賽

這四種脫氧核苷酸是怎樣連接起來的？DNA的空間結(jié)構(gòu)到底是怎么樣的？

上世紀(jì)的四五十年代，在歐美科學(xué)家中間展開了一場(chǎng)研究競(jìng)賽。

一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

（1）1951年，富蘭克林、威爾金斯展示了DNA的X射線衍射圖譜，并且獲得了相關(guān)數(shù)據(jù)。

威爾金斯

富蘭克林

DNA衍射圖譜

（2）沃森和克里克的嘗試

沃森和克里克根據(jù)威爾金斯和富蘭克林提供的DNA衍射圖譜推算出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)。并最終構(gòu)建出如下結(jié)構(gòu)：

A

T

G

C

A

T

G

C

堿基同型配對(duì)模型

脫氧核糖和磷酸交替排列在外側(cè)，堿基排列在內(nèi)部，且同型堿基配對(duì)的雙鏈螺旋。

A——A

T——T

G——G

C——C

磷酸二酯鍵

×

（3）1952年，查哥夫提出：腺嘌呤（A）的量等于胸腺嘧啶（T）的量，鳥嘌呤（G）的量等于胞嘧啶（C）的量。

查哥夫

（4）沃森和克里克的再次構(gòu)建

A

T

T

G

C

A

C

G

氫鍵

A——T

C——G

堿基互補(bǔ)配對(duì)

（5）1953年，沃森和克里克發(fā)表論文《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型》

沃森和克里克改變堿基配對(duì)方式之后，用金屬材料制作的模型和拍攝的X射線衍射圖比較，發(fā)現(xiàn)兩者完全相同。

（左）沃森（右）克里克

（6）1962年，沃森、克里克、威爾金斯三人因這一研究成果共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

DNA結(jié)構(gòu)研究競(jìng)賽

英國皇家學(xué)院

E.Chargaff

米國加州理工大學(xué)

威爾金斯

富蘭克林

鮑林

英國劍橋大學(xué)

沃森

Chargaff法則

克里克

博采眾長

兼收并蓄

DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA分子X射線衍射圖

主要用模型構(gòu)建法研物質(zhì)結(jié)構(gòu)

二、DNA的結(jié)構(gòu)

（1）外側(cè)：

交替連接

和

——構(gòu)成

磷酸

脫氧核糖

基本骨架

（“扶手”）

（2）內(nèi)側(cè)：

兩條鏈上的堿基通過

氫鍵

連接成堿基對(duì)

（“階梯”）

堿基對(duì)

A與T配對(duì)；G與C配對(duì)

AT/GC

——

——

——

——

——

（3）由兩條鏈按

方式盤繞成

結(jié)構(gòu)

反向平行

雙螺旋

“五、四、三、二、一”記憶小規(guī)律

五種元素：

四種堿基：

三種物質(zhì)：

兩條長鏈：

一種螺旋：

C、H、O、N、P

A、G、C、T

磷酸、脫氧核糖、含氮堿基

兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈

規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)

三、DNA的結(jié)構(gòu)特性

1、多樣性：

堿基對(duì)排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。

在生物體內(nèi)，一個(gè)最短的DNA分子也大約有4000個(gè)堿基對(duì)，堿基對(duì)有：A——T、T——A、G——C、C——G。計(jì)算DNA分子有多少種？

44000種

2、特異性：

堿基對(duì)特定排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)DNA分子的特異性。

具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

3、穩(wěn)定性：

思考

研究表明:DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與四種堿基的含量有關(guān):G和C的含量越多，DNA的結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。

Why？

G與C形成三個(gè)氫鍵，A與T只形成兩個(gè)氫鍵。氫鍵越多，結(jié)合力越強(qiáng)。

1.設(shè)DNA的一條鏈為1鏈，互補(bǔ)鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知：

A1=T2,A2=T1,G1=C2,C1=G2

則在DNA雙鏈中：

A=T,G=C

因此:

A+G=

A+C=

T+C

T+G

兩條鏈不互補(bǔ)的堿基之和相等

所以：（A+G）/(A+T+G+C)=1/2

規(guī)律一：在DNA雙鏈中，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和相等，并為堿基總數(shù)的50%（1/2）

四、有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算

例題一：某雙鏈DNA分子中，G占23%，求A占多少？

A=50%-23%=27%

2.

A+T

A+T+C+G

=m%

A1+T1+C1+G1

A1+T1

A2+T2

A2+T2+C2+G2

=m%

=m%

規(guī)律二：兩條鏈中互補(bǔ)堿基和兩條鏈堿基總數(shù)之比，與任意一條鏈的這種比值相等。

例題二：某雙鏈DNA分子中，A與T之和占整個(gè)DNA堿基總數(shù)的54%，其中一條鏈上G占該堿基總數(shù)的22%，求另一條鏈上G占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量。

24%

例題三：從某生物組織提取的DNA成分中，鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基含量的46%，已知1號(hào)鏈的堿基中28%是腺嘌呤，22%是胞嘧啶。

（1）全部堿基中腺嘌呤占多少？

27%

（2）與1號(hào)鏈相對(duì)應(yīng)的2號(hào)鏈中，腺嘌呤占該鏈全部堿基的多少？

26%

3.若（A1+G1)/(T1+C1)=a

則（A2+G2）/(T2+C2)=

1/a

則(A+G)/（T+C)=

1

例題四：DNA的一條單鏈中，(A+G)/（T+C)=0.4，上述比例在其互補(bǔ)鏈和整個(gè)DNA分子中分別是多少

2.5

1

規(guī)律三：在已知鏈與互補(bǔ)鏈之間(A+G)/（T+C)互為倒數(shù)，在整個(gè)DNA分子中(A+G)/（T+C)比值為1

A+T

4.

G+C

=n

A1+T1

A2+T2

G1+C1

G2+C2

=n

=n

規(guī)律四：雙鏈DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一條鏈的A+T/G+C

課堂小結(jié)

DNA分子的結(jié)構(gòu)

DNA化學(xué)組成

基本單位：

種類：

脫氧核苷酸

四種

DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)

①

兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成。

②

外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。

③

DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)。

DNA分子的特性：

穩(wěn)定性、多樣性、特異性

DNA中的堿基計(jì)算規(guī)律

規(guī)律一：在DNA雙鏈中，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和相等，并為堿基總數(shù)的50%（1/2）。

規(guī)律二：兩條鏈中互補(bǔ)堿基和兩條鏈堿基總數(shù)之比，與任意一條鏈的這種比值相等。

規(guī)律三：在已知鏈與互補(bǔ)鏈之間(A+G)/（T+C)互為倒數(shù)，在整個(gè)DNA分子中(A+G)/（T+C)比值為1。

規(guī)律四：雙鏈DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一條鏈的A+T/G+C。

小試牛刀

1.下列關(guān)于威爾金斯、富蘭克林、沃森和克里克、查哥夫等人在DNA結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面突出貢獻(xiàn)說法中，正確的是（）

A.威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的電子顯微鏡圖像

B.沃森和克里克提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

C.查哥夫提出了A與T配對(duì)、C與G配對(duì)的正確關(guān)系

D.富蘭克林和查哥夫發(fā)現(xiàn)A的量等于T的量、C的量等于G的量

B

【解析】在DNA結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面,威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的衍射圖譜;查哥夫發(fā)現(xiàn)了A的量等于T的量、C的量等于G的量。沃森和克里克在此基礎(chǔ)上提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

2.下圖為某核苷酸長鏈的示意圖,下列相關(guān)敘述中錯(cuò)誤的是()。

A.圖中所示為脫氧核苷酸長鏈

B.2只存在于DNA中

C.3在DNA和RNA中相同

D.5只能在細(xì)胞核中找到

【解析】圖中核苷酸長鏈中含有堿基T,可見該圖所示為脫氧核苷酸長鏈,A項(xiàng)正確;由于該圖所示為脫氧核苷酸長鏈,則圖中的2是脫氧核糖,脫氧核糖只存在于DNA中,RNA中含有的是核糖,B項(xiàng)正確;圖中的3是含氮堿基——胞嘧啶,在DNA和RNA中均含有胞嘧啶,C項(xiàng)正確;圖中的5為構(gòu)成DNA的脫氧核苷酸鏈,在細(xì)胞核中能找到,在線粒體和葉綠體中也能找到,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

D

3.看圖填表

⑥

⑦

⑧

⑨

⑩

胞嘧啶C

腺嘌呤A

鳥嘌呤G

胸腺嘧啶T

脫氧核糖

磷酸基團(tuán)

胸腺嘧啶脫氧核苷酸

氫鍵

CG堿基對(duì)

脫氧核苷酸單鏈

①

②

③

④

⑤

DNA指紋技術(shù)

人的遺傳信息主要分布于染色體上的DNA中。兩個(gè)隨機(jī)個(gè)體具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指紋一樣用來識(shí)別身份，這種方法就是DNA指紋技術(shù)。

應(yīng)用DNA指紋技術(shù)時(shí)，首先需要用合適的酶將待檢測(cè)的樣品DNA切成片段，然后用電泳的方法將這些片段按大小分開，再經(jīng)過一系列步驟，最后形成DNA指紋圖。因?yàn)槊總€(gè)人的DNA指紋圖是獨(dú)一無二的，所以我們可以根據(jù)分析指紋圖的吻合程度來幫助確認(rèn)身份。

你來猜猜誰是兇手

在現(xiàn)代刑偵領(lǐng)域中，DNA指紋技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。只需要一滴血、精液或是