3.2+DNA的結(jié)構(gòu)-1課時(shí)-2024-2025學(xué)年高一生物同步教學(xué)課件（人教版2019必修2）

第2節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)以DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行衍生設(shè)計(jì)瑞典馬爾默旋轉(zhuǎn)塔

高190米/54層巴拿馬螺絲塔

高243米莫斯科進(jìn)化大廈

高度255米沙特吉達(dá)鉆石塔

高432米投資額10億美元北京中關(guān)村的“生命”雕塑問(wèn)題探討

“生命”雙螺旋雕塑象征中關(guān)村人生生不息的創(chuàng)新精神。更多以DNA結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的建筑都成為了當(dāng)?shù)氐牡貥?biāo)性建筑。然而DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)更是具有里程碑意義。任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建卡文迪什實(shí)驗(yàn)室沃森克里克一直對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的奧秘感興趣的沃森，來(lái)到英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作。在這里，他遇到了同樣對(duì)DNA結(jié)構(gòu)著迷的克里克。兩位興趣相投的科學(xué)家達(dá)成合作進(jìn)行DNA結(jié)構(gòu)的研究。任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建活動(dòng)：閱讀教材P48-49，完成下列填空資源1：DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長(zhǎng)鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有

4種堿基。A、G、C、T基本組成元素是基本單位是

C、H、O、N、P脫氧核苷酸（4種）OPCH2

OHOOHHOHHH

HH堿基

磷酸

5’1’2’3’4’任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建脫氧核糖磷酸含氮堿基1’2’3’4’5’脫氧核糖磷酸含氮堿基1’2’3’4’5’3',5'-磷酸二酯鍵2.脫氧核苷酸脫水縮合連接而成的DNA長(zhǎng)鏈任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建活動(dòng)：閱讀教材P48-49，完成下列填空資源2：物理學(xué)家威爾金斯和他的同事富蘭克林利用X射線(xiàn)衍射技術(shù)獲得了

?，F(xiàn)象：DNA呈現(xiàn)“X”形推算：DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)DNA衍射圖譜沃森、克里克的研究任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建活動(dòng)：閱讀教材P48-49，完成下列填空資源3：生物學(xué)家沃森與物理學(xué)家克里克合力推出了三股螺旋的DNA結(jié)構(gòu)，他們把磷酸排在內(nèi)側(cè)，含氮堿基排在外側(cè)。當(dāng)他們邀請(qǐng)威爾金斯和富蘭克林前來(lái)觀看時(shí)，被兩人評(píng)價(jià)為“一無(wú)是處”，并告知他們含氮堿基應(yīng)該排列在內(nèi)側(cè)。三螺旋任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

資源4：富蘭克林發(fā)現(xiàn)提高空氣的濕度，發(fā)現(xiàn)DNA易吸收水分。所以她認(rèn)為脫氧核糖核苷酸的親水磷酸基團(tuán)應(yīng)該位于DNA的外側(cè)，其余部分位于內(nèi)側(cè)。這是解開(kāi)DNA結(jié)構(gòu)的重要線(xiàn)索。富蘭克林拍攝的B型DNA鈉鹽纖維的X射線(xiàn)衍射圖，清楚地顯示出雙重對(duì)稱(chēng)性，可以有力地排除三鏈螺旋的可能性，同時(shí)確定了DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)。富蘭克林沃森和克里克也計(jì)算了單條脫氧核苷酸鏈的密度，發(fā)現(xiàn)它是實(shí)驗(yàn)提取的DNA密度的一半。構(gòu)建：DNA呈雙螺旋結(jié)構(gòu)脫氧核糖任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建活動(dòng)：閱讀教材P48-49，完成下列填空資源5：1952年春天，奧地利生物化學(xué)家查哥夫，應(yīng)用紫外分光光度法和紙層析等技術(shù)，對(duì)多種生物的DNA做堿基定量分析，發(fā)現(xiàn)了:DNA中堿基會(huì)相互配對(duì)，而且A與T的數(shù)量相等，C與G的數(shù)量相等。1.雙螺旋結(jié)構(gòu)：堿基在內(nèi)部，脫氧核糖-磷酸骨架在外部。2.A與T，C與G配對(duì)，兩條鏈方向相反。沃森、克里克的研究來(lái)源堿基的相對(duì)含量腺嘌呤A鳥(niǎo)嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T人30.919.919.829.4牛27.922.722.127.3酵母菌31.318.717.132.9結(jié)核分枝桿菌15.134.935.414.6磷酸脫氧核糖A1’2’3’4’5’T1’2’3’4’5’OO磷酸磷酸脫氧核糖C1’2’3’4’5’O脫氧核糖G1’2’3’4’5’O磷酸腺嘌呤（A）胸腺嘧啶（T）鳥(niǎo)嘌呤（G）胞嘧啶（C）滿(mǎn)足查哥夫定律，堿基排列在內(nèi)部（符合衍射圖計(jì)算的參數(shù)）氫鍵任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建沃森和克里克構(gòu)建出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型沃森和克里克改變了堿基配對(duì)的方式，讓A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，構(gòu)建出新的DNA模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：A—T堿基對(duì)與G—C堿基對(duì)具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有穩(wěn)定的直徑。當(dāng)他們把這個(gè)用金屬材料制作的模型與拍攝的X射線(xiàn)衍射照片比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩者完全相符?，F(xiàn)存于倫敦科學(xué)博物館1953年，沃森和克里克撰寫(xiě)的《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》論文在英國(guó)《自然》雜志上刊載引起了極大的轟動(dòng)。1962年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)富蘭克林于1958年因卵巢癌去世，無(wú)緣諾貝爾獎(jiǎng)。威爾金斯克里克沃森任務(wù)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1953年，沃森和克里克撰寫(xiě)《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》論文發(fā)表。早凋的“科學(xué)玫瑰”－－富蘭克林（R.E.Franklin）3.DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)任務(wù)二：DNA結(jié)構(gòu)2條反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤(pán)繞形成雙螺旋結(jié)構(gòu)OCH2OHH磷酸基團(tuán)堿基3′2′HH1′4′5′HH3′5′5′3′DNA平面結(jié)構(gòu)3.DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)任務(wù)二：DNA結(jié)構(gòu)3′5′5′3′脫氧核糖和磷酸交替連接，構(gòu)成基本骨架堿基外側(cè)：內(nèi)側(cè)：DNA平面結(jié)構(gòu)3.DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)任務(wù)二：DNA結(jié)構(gòu)3′5′5′3′化學(xué)鍵：（2根氫鍵）氫鍵ATGC（3根氫鍵）堿基互補(bǔ)配對(duì)原則聯(lián)系：核苷酸之間連接的化學(xué)鍵是？3',5'-磷酸二酯鍵G與C越多，DNA的熱穩(wěn)定性越大DNA平面結(jié)構(gòu)堿基對(duì)任務(wù)二：DNA結(jié)構(gòu)任務(wù)二：DNA結(jié)構(gòu)思考·討論：1.你能說(shuō)出圖中1～10的名稱(chēng)。胞嘧啶腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤胸腺嘧啶脫氧核糖磷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸一條脫氧核苷酸鏈的片段堿基對(duì)氫鍵2.一個(gè)DNA分子含有幾個(gè)游離的磷酸基團(tuán)？3.一個(gè)原核細(xì)胞“細(xì)菌”DNA分子含有幾個(gè)游離的磷酸基團(tuán)？0任務(wù)三：DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該DNA分子中一個(gè)磷酸與幾個(gè)脫氧核糖相連？一個(gè)脫氧核糖與幾個(gè)磷酸相連？一條脫氧核苷酸鏈上相鄰的兩個(gè)堿基通過(guò)什么相連？一個(gè)或兩個(gè)。一個(gè)或兩個(gè)?！啊撗鹾颂恰姿帷撗鹾颂恰彼伎肌び懻摚喝蝿?wù)三：DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5’3’5’3’⑴兩條鏈反向平行盤(pán)旋成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。⑵外側(cè)：脫氧核糖和磷酸交替連接成基本骨架；⑶內(nèi)側(cè)：兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。2.特異性：每個(gè)DNA分子中堿基對(duì)的特定排列順序，構(gòu)成了DNA分子的特異性。1.穩(wěn)定性：任務(wù)三：DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5’3’5’3’脫氧核苷酸數(shù)量不同，堿基的排列順序千變?nèi)f化。在生物體內(nèi)，一個(gè)最短DNA分子也大約有4000個(gè)堿基對(duì)，請(qǐng)計(jì)算DNA分子有多少種？44000種類(lèi)數(shù)目3.多樣性：任務(wù)三：DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有1700個(gè)堿基對(duì)，可以排列多少種DNA分子？在人體內(nèi)，珠蛋白有1700個(gè)堿基對(duì)，可以排列多少種珠蛋白DNA分子？417001多樣性特異性拓展：雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算規(guī)律1鏈10A30G30C20T2鏈T？C？G？A?1鏈（A1+G1）/（T1+C1）=？2鏈（A2+G2）/（T2+C2）=？DNA中（A+G）/（T+C）=？1鏈（A1+T1）/（G1+C1）=？2鏈（A2+T2）/（G2+C2）=？DNA中（A+T）/（G+C）=？N1N2NA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈103030204/55/411/21/21/2成倒數(shù)關(guān)系比值相等你能從上述結(jié)果中總結(jié)出什么規(guī)律嗎？任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)DNA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

，T1=A2，G1=C2

，

C1=G2。則在雙鏈DNA中：A=T，G=C。A+G=T+C=A+C=T+G=

堿基總數(shù)規(guī)律一：在雙鏈DNA中

總數(shù)與

總數(shù)相等，即A＋G等于T＋C嘌呤堿基嘧啶堿基拓展：雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算N1N2NA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A+GT+C=112若

，則

=設(shè)DNA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

，T1=A2，G1=C2

，

C1=G2。則在雙鏈DNA中：A=T，G=C。任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算N1N2NA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈T1+C1=m

A1+G1T2+C2

A2+G2m1若

，則

=G1+C1=n

A1+T1G2+C2

A2+T2nG+C

A+T=n設(shè)DNA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

，T1=A2，G1=C2

，

C1=G2。則在雙鏈DNA中：A=T，G=C。任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算N1N2NA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈例1:某雙鏈DNA分子中，G占30%，求T占多少？20%例2:某雙鏈DNA分子中，A占20%，有100個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的DNA分子，G有多少個(gè)？60例3:在DNA的一個(gè)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？2.51例4:在DNA的一個(gè)單鏈中，A+T/G+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？0.40.4拓展：雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算N1N2NA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈例題2：已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的40%，其中一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數(shù)的40%和15%。下列有關(guān)敘述正確的是(

) A.在它的互補(bǔ)鏈中，T與C之和占該鏈堿基總數(shù)的55% B.在它的互補(bǔ)鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的20%和25% C.若該DNA分子含有1000個(gè)堿基對(duì)，則堿基之間的氫鍵數(shù)為2600個(gè)B任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算1．雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)堿基兩兩相等，即A＝T、C＝G，且嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。2．雙鏈DNA分子中，任意兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和恒等，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G；并且任意兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和占?jí)A基總量的50%，即(A＋C)%＝(T＋G)%＝50%(A＋T＋C＋G)。3．雙鏈DNA分子中，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和的比值：一條鏈與互補(bǔ)鏈互為倒數(shù)，雙鏈中為1。即：4．雙鏈DNA分子中，任意兩個(gè)互補(bǔ)堿基之和的比值：一條鏈與互補(bǔ)鏈以及雙鏈中皆相等。即：5．某種堿基在雙鏈中所占的比例等于其在每一條鏈中所占比例的平均值。6．不同生物的DNA分子中，互補(bǔ)配對(duì)的堿基之和的比值不同，即(A＋T)/(C＋G)的值不同。DNA分子中有關(guān)堿基比例計(jì)算的解題步驟(1)弄清楚題中已知的和所求的堿基比例是占整個(gè)DNA分子堿基的比例，還是占DNA分子一條鏈上堿基的比例。(2)畫(huà)一個(gè)DNA分子模式圖，并在圖中標(biāo)出已知和所求的堿基。(3)根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及其規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。拓展：雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算規(guī)律A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A腺嘌呤；T胸腺嘧啶G鳥(niǎo)嘌呤；C胞嘧啶設(shè)DNA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

，

G2=C1。則在DNA雙鏈中：A=T，G=C可引申為：①嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)A+G=T+C即A+G/T+C=1例題1、某雙鏈DNA分子中，G占23%，求A占多少？27%任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算拓展：雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算規(guī)律A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A腺嘌呤；T胸腺嘧啶G鳥(niǎo)嘌呤；C胞嘧啶②雙鏈DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一條鏈的A+T/G+C。(互補(bǔ)堿基之和的比值)A+TG+CA1+T1G1+C1A2+T2G2+C2==即，若：A+T=整個(gè)DNA的n%，G+C=整個(gè)DNA的m%則：A1+T1=1鏈的n%，G1+C1=1鏈的m%A2+T2=2鏈的n%，G2+C2=2鏈的m%

例題2、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占該鏈堿基總數(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%任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算拓展：雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算規(guī)律A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A腺嘌呤；T胸腺嘧啶G鳥(niǎo)嘌呤；C胞嘧啶③雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)的兩條鏈中A+G/T+C互為倒數(shù)。（不互補(bǔ)的堿基之和的比值）A1+G1T1+C1=aT2+C2A2

+G2=1/a

例題3、在DNA的一個(gè)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？2.51;任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算拓展：雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算規(guī)律A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A腺嘌呤；T胸腺嘧啶G鳥(niǎo)嘌呤；C胞嘧啶例4：某雙鏈DNA分子中，A占整個(gè)DNA堿基總數(shù)的27%，其中一條鏈上A占該鏈堿基總數(shù)的22%。求另一條鏈上A占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量。④一種堿基在兩條鏈中所占的比例等于這種堿基在每條單鏈中所占的比例之和的一半32%任務(wù)四：DNA結(jié)構(gòu)計(jì)算練習(xí)應(yīng)用1.在一個(gè)雙鏈DNA分子中，堿基總數(shù)為a，鳥(niǎo)嘌呤堿基數(shù)為b，則下列敘述錯(cuò)誤的是()

A.脫氧核苷酸數(shù)＝磷酸數(shù)＝a

B.堿基之間的氫鍵數(shù)為a＋b

C.T的數(shù)量為a－b

D.一條鏈中C＋G的數(shù)量為bC解析：DNA的基本單位是脫氧核苷酸，1分子的脫氧核苷酸是由1分子磷酸、1分子脫氧核糖和1分子含氮堿基組成，因此脫氧核苷酸數(shù)＝磷酸數(shù)＝a，A正確；依題意和堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可推知，在該雙鏈DNA中，A＋T＋G＋C＝a，G＝C＝b，A＝T＝(a－b－b)÷2＝1/2a－b，又因?yàn)樵陔p鏈DNA分子中，A與T之間有2個(gè)氫鍵，G與C之間有3個(gè)氫鍵，所以堿基之間的氫鍵數(shù)為2×(1/2a－b)＋3b＝a＋b，B正確，C錯(cuò)誤；依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可推知，在雙鏈DNA分子中，一條鏈上的堿基C、G分別與另一條鏈上的G、C相等，所以一條鏈中C＋G的數(shù)量為b，D正確。ATATTAGGGCCATCC、H、O、N、P五種元素：四種堿基：三種物質(zhì)：兩條長(zhǎng)鏈：一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)磷酸、脫氧核糖、含氮堿基兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈A=TG≡C拓展：雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算規(guī)律任務(wù)五：制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型可能用到的實(shí)驗(yàn)材料利用居家可獲得的材料構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。紙板、彩筆、鐵絲、筷子、夾子都有可能是你會(huì)用到的好材料。以下DNA結(jié)構(gòu)如何表示？

脫氧核糖磷酸基團(tuán)四種含氮堿基（A、T、C、G）化學(xué)鍵和氫鍵模型搭建需要注意的問(wèn)題核苷酸的結(jié)構(gòu)：磷酸基團(tuán)、脫氧核糖和含氮堿基如何連接？請(qǐng)注意示意圖上脫氧