DNA分子的结构课件高一下学期生物人教版必修2

第3章

基因的本质第2节DNA分子的结构教材分析课标要求素养目标1.物质组成：概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的。2.空间结构：通常由两条碱基互补配对的反向平行长链盘旋成双螺旋结构。3.遗传信息：理解碱基的排列顺序编码了遗传信息1.生命观念：理解DNA双螺旋结构的生物学意义，认识结构与功能相适应的生命观念；理解DNA的多样性、特异性和稳定性在遗传中的重要作用。2.科学思维：通过分析DNA结构发现的科学史，培养科学推理和逻辑思维能力；能够运用碱基互补配对原则进行相关计算。3.科学探究：能够参与DNA模型构建活动，体验科学家的探究过程；能够分析不同科学家的贡献，理解科学探究的协作性。4.社会责任:认识DNA结构发现对生命科学发展的重大意义；理解DNA指纹技术在刑侦、亲子鉴定等领域的应用价值。难点重点01DNA双螺旋结构模型的构建02DNA分子中碱基数目的相关计算规律目录03DNA的结构特性04课本练习与应用DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质RNA是TMV的遗传物质DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质RNA是RNA病毒的遗传物质更多实验证据更多实验证据DNA是主要的遗传物质加热杀死的S型细菌中含有转化因子肺炎链球菌的转化实验T2噬菌体侵染大肠杆菌实验格里菲斯的体内转化实验艾弗里的体外转化实验转化因子是什么？温故知新：DNA是主要的遗传物质问题探讨坐落于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。你知道为什么将它作为高科技的标志吗?DNA分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子水平，具有里程碑式的意义。DNA双螺旋结构是基于众多科学家的升华和X射线晶体衍射图像等研究而提出的，阐明了长期以来困扰人们的遗传物质和DNA结构之间的逻辑关系，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：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?DNA衍射图谱情境一【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建阅读史料，完成任务：史料1科学家研究结果莱文和琼斯(美)DNA由6种小分子组成:脱氧核糖、磷酸和4种含氮碱基(A、G、T、C)。【思考1】DNA的基本单位是什么？其由哪些物质组成？自主构建DNA的基本单位模型？脱氧核苷酸脱氧核糖、磷酸、含氮碱基（A、G、T、C）OPCH2

OHOOHHOHHHHH含氮碱基

磷酸

5´1´2´3´4´构建脱氧核苷酸单体脱氧核苷酸是如何形成DNA？【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建阅读史料，完成任务：史料2科学家研究结果化学家托德(英)相邻的1个脱氧核苷酸的3号C上的羟基与另一个脱氧核苷酸5号C上的磷酸基团通过聚合反应形成磷酸二酯键连接起来。腺嘌呤脱氧核苷酸1′2′4′5′3′【思考2】脱氧核苷酸是如何连接成一条脱氧核苷酸长链？胞嘧啶脱氧核苷酸1′2′4′5′3′构建脱氧核苷酸长链模型OHp=OOOO碱基3′2′1′4′CH2OOHHHHHH5′p=OHOOHO碱基3′2′1′4′CH2OHHHHH5′H3',5'-磷酸二酯键构建脱氧核苷酸长链模型【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建【思考3】利用脱氧核苷酸模型，构建一条脱氧核苷酸单链模型？CTADNA仅仅是由一条单链构成？史料3：1951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DNA衍射图谱X射线管铅屏DNA晶体底片【思考•讨论】DNA结构模型的构建构建脱氧核苷酸长链模型【任务1】构建脱氧核苷酸长链模型【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建双螺旋三螺旋都被否定

沃森和克里克推测出DNA分子呈螺旋形的。他们先后建构了多种不同双螺旋、三螺旋模型。DNA是螺旋结构【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建阅读史料，完成任务：史料4科学家研究结果富兰克林利用2链和3链的DNA模型推测DNA的含水量，将其与DNA分子的实际含水量相比，2链螺旋结构模型中DNA含水量的理论值与实际测定数值相符，而3链螺旋结构模型不相符。【思考4】根据富兰克林的研究结果可知，DNA是由

条链组成的？。2这2条DNA单链是通过何种方式连接形成一个完整的DNA分子？构建DNA双链平面模型【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建阅读史料，完成任务：构建DNA双链平面模型史料5:查哥夫(奥地利)对多种生物DNA做了碱基含量分析如表1。表1不同生物来源的DNA碱基含量物种AGTC人19.930.919.829.4小麦23.825.624.626.0洋葱18.431.818.231.3【思考5】可以推断出这四种含氮碱基之间有什么关系？A含量:T含量接近1:1；G含量:C含量接近1:1。总的嘌呤含量与总的嘧啶含量相等，即A+G＝T+C。查哥夫查哥夫法则A=T,G=C克里克

和

沃森研究发现A与T进行互补配对，C与G进行互补配对ATCG两个氢键三个氢键美国化学家多诺林(J．Donohune)碱基之间通过形成氢键连接碱基之间一一对应的关系碱基互补配对原则A+G＝T+C。氢键数目越多，耐热性就越强，结构越稳定。构建DNA双链平面模型【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建史料6：威尔逊发现细胞中的DNA位于液体环境中，DNA分子中脱氧核糖与磷酸基团具有亲水性，而碱基具有疏水性。①脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧②碱基排列在内侧。构建DNA双链平面模型【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建继续修正、完善DNA模型【思考5】根据史料6，DNA分子的组成成分在排布上有何特点？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。调整后的DNA模型结论:【思考•讨论】DNA结构模型的构建DNA双螺旋结构模型【任务1】DNA双螺旋结构模型克里克

和

沃森DNA双螺旋结构模型GAGGCCCTATCCTGGAG5'3'5'3'【任务1】【思考•讨论】DNA结构模型的构建威尔金斯克里克沃森1962年诺贝尔生理学与医学奖1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。富兰克林【思考•讨论】DNA结构模型的构建【任务1】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?两条。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?(3)DNA中的碱基是如何配对的?它们位于DNA的什么部位?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?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一定与T配对;G一定与C配对。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。【思考•讨论】DNA结构模型的构建【任务1】阅读教材P50，结合图3-8，思考回答问题：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【任务2】概述DNA结构的主要特点对DNA结构特点，我们从三个关键词来分析：两条单链反向平行双螺旋结构链数：方向：结构：OCH2OHH磷酸基团碱基3′2′HH1′4′5′HH3′5′5′3′【任务2】概述DNA结构的主要特点脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架碱基内侧：3′5′5′3′DNA分子中每个脱氧核糖都连接着两个磷酸基团。判断正误：每个DNA分子中有两个游离的磷酸基团。【任务2】概述DNA结构的主要特点外侧：对DNA结构特点，我们从三个关键词来分析：化学键：（2根氢键）3′5′5′3′氢键ATGC（3根氢键）碱基互补配对原则联系：核苷酸之间连接的化学键是？3',5'-磷酸二酯键G与C越多，DNA的热稳定性越大【任务2】概述DNA结构的主要特点对DNA结构特点，我们从三个关键词来分析：DNA的结构特点ATGATACT5’3’5’3’含氮碱基OCH2HHOHHHH磷酸基团1’2’3’4’5’脱氧核糖上与碱基相连的的碳叫做____，与磷酸基团相连的碳叫做______；1’-C5’-CDNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称为_______

，另一端有一个羟基（-OH），称作__________；......5’--端3’--端DNA的两条单链的走向_____，从双链的一端起始，一条单链是从5’-端到3’-端的，另一条则是从_____________；相反3’-端到5’-端的-OH知识归纳-OHA一定与_____配对；G一定与_____配对；ATCGATAGCT5’3’5’3’1.DNA是由___条单链组成的，这两条链按________的方式盘旋成双螺旋结构；两反向平行2.DNA中的__________

和_____交替连接，排列在_____侧，构成_________；碱基排列在_____侧；脱氧核糖磷酸外基本骨架内3.两条链上的碱基通过_____连接成______，并且碱基配对具有一定的规律：氢键碱基对TCDNA的结构特点知识归纳【任务2】概述DNA结构的主要特点【思考1】为什么G—C碱基对含量越多DNA越稳定？因为DNA的稳定性与氢键的数量有关，而G—C碱基对之间含有的氢键多。【思考2】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【思考3】DNA的什么代表遗传信息？脱氧核苷酸的排列顺序【任务2】概述DNA结构的主要特点【思考4】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。【思考5】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种类数目【任务2】概述DNA结构的主要特点【思考6】为什么可以利用DNA指纹来识别身份？每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。DNA的特性知识归纳多样性不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，___________多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则其碱基对排列顺序最多有___________种。

排列顺序4n

特异性每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的_________________，代表了特定的遗传信息。稳定性碱基排列顺序磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧构成基本骨架，碱基之间有氢键相连，使DNA分子具有稳定性D与d基因不同的根本原因是什么？D与d基因碱基排列顺序不同ATATTAGGGCCATC五种元素四种碱基一种螺旋三种物质两条长链C、H、O、N、PA、T、C、G磷酸、脱氧核糖、含氮碱基规则的双螺旋结构两条反向平行的脱氧核苷酸链DNA的结构DNA的结构知识归纳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: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’制作DNA双螺旋结构模型探究•实践(1)制作脱氧核苷酸(2)制作脱氧核苷酸链(3)制作DNA平面结构(4)制作DNA空间结构4.制作步骤制作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。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【活动体验】制作DNA双螺旋结构模型探究•实践【课后作业】:脱氧核苷酸的搭建材料说明：黑色：脱氧核糖白色：磷酸红色：胸腺嘧啶(T)蓝色：腺嘌呤(A)黄色：鸟嘌呤(G)绿色：胞嘧啶(C)A1T2T1A2G1C2C1G2DNA双链1链2链请根据DNA分子中碱基间的关系，思考以下问题：【任务3】分析双链DNA碱基数目的相关计算规律如果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？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？第一步第二步第三步巧解DNA分子中有关碱基比例计算——“三步曲”搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。【任务3】分析双链DNA碱基数目的相关计算规律DNA中碱基数量的计算问题：关键在于正确理解并表示题中所给的信息DNA双链信息：A=TG=CDNA1链：A1T1G1C1DNA2链：A2T2G2C2单双链信息如何转化：汉水丑生侯伟作品A+TA+T+G+CA1+T1A1+T1+G1+C1A2+T2A2+T2+G2+C2==G+CA+T+G+CG1+C1A1+T1+G1+C1G2+C2A2+T2+G2+C2==A1T2T1A2G1C2C1G2DNA双链1链2链其他公式能推即可【任务3】分析双链DNA碱基数目的相关计算规律根据碱基互补配对：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＋T2C1＋C2TCT＋CA＋CT＋G1/2(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：DNA双链A1T2T1A2G1C2C1G21链2链【任务3】分析双链DNA碱基数目的相关计算规律A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。A2＋T2G2＋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+T1N1A2+T2=N2A+TN总=C1+G1N1C2+G2=N2C+GN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：DNA双链A1T2T1A2G1C2C1G21链2链【任务3】分析双链DNA碱基数目的相关计算规律即两者的关系是_____________。若

，则

=T1+G1=mT2+G2

A2+C2m1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。DNA双链A1T2T1A2G1C2C1G21链2链

A1+C1【任务3】分析双链DNA碱基数目的相关计算规律2.一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应是_____1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____20%60个3.若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？0.40.44.在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？2.5

1【任务3】分析双链DNA碱基数目的相关计算规律DNA结构DNA双螺旋