高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進化》第2節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)精品ppt課件

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坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑,以它簡潔而獨特的雙螺旋造型吸引著過往行人。你知道為什么將它作為高科技的標志嗎? 上網(wǎng)查閱有關(guān)DNA的信息，收集你感興趣的資料與同學交流共享。
DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，標志著生物學的研究進入分子水平，具有里程碑式的意義。
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是20世紀最為重大的科學發(fā)現(xiàn)之一，和相對論、量子力學一起被譽為20世紀最重要三大科學發(fā)現(xiàn)。
一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
資料1：20世紀30年代，科學家認識到：組成DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸。
A（腺嘌呤）G（鳥嘌呤）C（胞嘧啶）T（胸腺嘧啶）
資料2：1951年，波林（1954年諾貝爾化學獎得主），發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的長鏈結(jié)構(gòu)。由此啟發(fā)：DNA是由許多個脫氧核苷酸連接而成的長鏈。
資料3：1951年，英國科學家（威爾金斯和富蘭克林）提供了DNA的X射線衍射圖譜，表明DNA分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu)。
研究DNA分子結(jié)構(gòu)常用的方法：X射線晶體衍射法
富蘭克林和威爾金斯給DNA拍了多張Ｘ射線衍射圖譜，他們發(fā)現(xiàn)DNA翻轉(zhuǎn)180°后的圖譜與未翻轉(zhuǎn)的一模一樣。
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。所以她認為脫氧核糖核苷酸的親水磷酸基團應該位于DNA的外側(cè)，其余部分位于內(nèi)側(cè)。這是解開DNA結(jié)構(gòu)的重要線索。
沃森和克里克嘗試了不同的結(jié)構(gòu)模型,但都被否定了。
二戰(zhàn)后，科學家利用電子顯微鏡測定了DNA分子的直徑約為2nm。相鄰兩核苷酸間距相等，并得出DNA是雙鏈的結(jié)論。
資料4：奧地利著名生物化學家查哥夫研究得出：腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量(A=T)，鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量(G=C)。
沃森和克里克：A與T配對，G與C配對，構(gòu)建出新的DNA模型。
A-T堿基對與G-C堿基對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，能夠解釋A,T,G,C的數(shù)量關(guān)系。
1962，沃森、克里克和威爾金斯三人因這一研究成果共同獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。
資料五：1953年，美國的沃森和英國的克里克以威爾金斯和富蘭克林的DNA晶體X射線衍射圖譜以及查哥夫的當量定律為基礎(chǔ)，在《nature》上發(fā)表了論文《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的一個結(jié)構(gòu)模型》，引起極大的轟動。
討論 1.請你根據(jù)資料回答有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)方面的問題。 （1）DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？
這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
DNA是由兩條鏈構(gòu)成的。
（2）DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于DNA的什么部位呢？
DNA的基本骨架包括脫氧核糖和磷酸，它們排列在DNA的外側(cè)。
（3）DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？
DNA中的堿基通過氫鍵連接成堿基對，它們位于DNA的內(nèi)側(cè)。
堿基配對有一定的規(guī)律：A與T配對；G與C配對。
討論 2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，是科學家合作研究的典范，在科學界傳為佳話。他們的這種工作方式給予你那些啟示？
（1）要善于利用他人的研究成果和經(jīng)驗；（2）要善于與他人交流、合作，閃光的思想是在交流與碰撞中獲得的；（3）研究小組成員在知識背景上最好是互補的，對所從事的研究要有興趣和激情等。
1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)學說不但闡明了DNA的基本結(jié)構(gòu)，并且對一個DNA分子如何復制成兩個結(jié)構(gòu)相同的DNA分子，以及DNA怎么傳遞生物體的遺傳信息進行了合理說明。2.是生物科學中具有革命性的發(fā)現(xiàn)，是20世紀最重要的發(fā)現(xiàn)之一。是分子生物學誕生的標志。
二、DNA的結(jié)構(gòu)（閱讀P50）
(1)DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 (2)DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架。堿基排列在內(nèi)側(cè)。 (3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對具有一定的規(guī)律：A(腺嘌呤)與T(胸腺嘧啶)配對；G(鳥嘌呤)與C(胞嘧啶)配對。
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點：
兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。長鏈中的堿基對的排列順序是千變?nèi)f化的。
DNA分子的結(jié)構(gòu)特性：
具有n個堿基對的DNA具有4n種堿基對排列順序。
每個DNA分子都具有其特定的堿基對排列順序。
磷酸與脫氧核糖之間的共價鍵維持了一級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；氫鍵與其他作用力維持了空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
特別提醒：有關(guān)DNA分子的結(jié)構(gòu)
1.DNA中兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，A-T含2個氫鍵，G-C含3個氫鍵。2.DNA中并不是所有的脫氧核糖都連著兩個磷酸基團，兩條鏈各有一個脫氧核糖連著一個磷酸基團。3.雙鏈DNA中A與T分子數(shù)相等，G與C分子數(shù)相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。4.并非所有的DNA分子均具“雙鏈”，有的DNA分子為單鏈。5.DNA中，當(A＋G)/(T＋C)＝1時，可能是雙鏈DNA，也可能是單鏈DNA。6.DNA的特異性是由堿基的排列順序決定的，而不是由配對方式?jīng)Q定的，配對方式只有四種：A-T、C-G、T-A、G-C。
制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
通過制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，加深對DNA結(jié)構(gòu)特點的認識和理解。
不同彩色紙板、鐵絲、剪刀、釘書機等。
1.用不同彩色紙板剪成6種不同形狀，分別代表磷酸、脫氧核糖、4種堿基(數(shù)量各若干)。
2.制作脫氧核苷酸模型：制作出一個個含有不同堿基的脫氧核苷酸模型。
3.制作脫氧核苷酸長鏈模型：將制成的脫氧核苷酸模型連接成長鏈。
4.制作DNA平面結(jié)構(gòu)模型：將兩條鏈間的堿基連接（兩條鏈反向平行、堿基互補配對原則）。
思考：某同學想制作一段具有10對堿基對的DNA片段模型，他在準備材料時至少需要： (1)代表磷酸的園形塑料片幾個？ (2)代表四種堿基的長方形塑料片幾個？ (3)代表脫氧核糖的五邊形塑料片幾個？ (4)可組裝出幾種該DNA片段模型？
5.制作DNA立體結(jié)構(gòu)模型：雙手分別提起兩端，拉直雙鏈，向右旋轉(zhuǎn)一下，即可得到一個DNA分子的雙螺旋空間結(jié)構(gòu)模型。
討論 1.DNA只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能夠儲存足夠量的遺傳信息？
DNA雖然只含有4種脫氧核苷酸，但是堿基的排列順序卻是千變?nèi)f化的。堿基排列順序的千變?nèi)f化，使DNA儲存了大量的遺傳信息。
2.DNA是如何維系它的遺傳穩(wěn)定性的？
（1）靠DNA堿基對之間的氫鍵維系兩條鏈的偶聯(lián)；（2）在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，由于堿基對平面之間相互靠近，形成了與堿基對平面垂直方向的相互作用力。
3.你能夠根據(jù)DNA的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)想DNA的復制方式嗎？
堿基互補配對原則；半保留復制。
三、有關(guān)DNA中的堿基計算
例1.設(shè)DNA一條鏈為1鏈，互補鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補配對原則可知：A1=T2，A2=T1，G1=C2，G2=C1。則在DNA雙鏈中：A=T，G=C。
(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
(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)。
(3)雙鏈DNA分子中，互補的兩條鏈中(A+G)/(T+C)互為倒數(shù)。
(4)在DNA雙鏈中： (A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%＝(A3＋U3)% (G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%＝(G3＋C3)%
(5)根據(jù)堿基比例對核酸樣品進行判定:
可能是雙鏈DNA可能是單鏈DNA
1.下列有關(guān)雙鏈DNA分子的敘述，正確的是（ ） A.若DNA分子一條鏈中的堿基A所占比例為a，則另一條鏈的堿基C所占比 例為1/(2-a) B.如果一條鏈上(A＋T)∶(G＋C)＝m，則另一條鏈上該比值也為m C.如果一條鏈上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，則另一條鏈上該比值為 3∶3∶2∶2 D.由50個堿基對組成的DNA分子片段中至少含有氫鍵的數(shù)量為150個
2.某生物細胞DNA分子的堿基中，腺嘌呤的分子數(shù)占22％，那么，胞嘧啶的分子數(shù)占（ ) A．11％ B．22％ C．28％ D．44％
3.若一個雙鏈DNA分子的G占整個DNA分子堿基的27%，并測得DNA分子一條鏈上的A占這個鏈堿基的18%，則另一條鏈上的A的比例是(　　) A．9%　 　B．27% C．28% D．46%
4.某高中一實驗小組想要制作一個含10個堿基對的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，模型設(shè)計設(shè)定其中一條鏈所用的A、C、T、G堿基模型的數(shù)量比為1∶2∶3∶4，則模型構(gòu)建需要準備的C堿基模型的數(shù)量應為（ ） A．4個 B．5個 C．6個 D．8個
5.一條雙鏈DNA,G和C占全部堿基的44%,其中一條鏈的堿基中,A占26%,C占20%,那么其互補鏈中的A和C分別占該鏈全部堿基的百分比是(　　)。 A.28%和22% 　　 B.30%和24% C.26%和20% D.24%和30%
6.從某生物組織中提取DNA進行分析，其4種堿基數(shù)的比例是鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基總數(shù)的46%。又知該DNA的一條鏈(H鏈)，所含的堿基中有28%是腺嘌呤，問與H鏈互補的另一條鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基數(shù)的( ) A.42% B.27% C.26% D.14%
7.已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的35.8%，其中一條鏈中的T與C分別占該鏈堿基總數(shù)的32.9%和17.1%。則在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的（ ） A.32.9%，17.1%　　 B.31.3%，18.7% C.18.7%，31.3% D.17.1%，32.9%
1.DNA兩條單鏈的堿基數(shù)量關(guān)系是構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。 （1）DNA兩條單鏈不僅堿基數(shù)量相等，而且都有A、T、G、C四種堿基 （ ） （2）在DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)中，堿基的比例總是（A+G）/（T+C）=1。 （ ）
2.下面是DNA的結(jié)構(gòu)模式圖，請寫出圖中①～⑩的名稱。
①_____________ ②____________③_____________ ④_____________⑤_____________ ⑥_____________⑦___________________ ⑧_________⑨_______ ⑩________________________
一條脫氧核苷酸鏈的片段
3.在含有4種堿基的DNA區(qū)段中，腺嘌呤有a個，占該區(qū)段全部堿基的比例為b，則（ ） A.b≦0.5 B.b≧0.5 C.胞嘧啶為a(1/2b-1)個 D.胞嘧啶為b(1/2a-1)個
4.一條DNA單鏈的序列是5‘-GATACC-3’,那么它的互補鏈的序列是 （ ） A.5'-CTATGG-3' B.5'-GATACC-3' C.5'-GGTATC-3' D.5'-CCATAG-3'
堿基互補配對原則對遺傳信息的傳遞具有什么意義？
根據(jù)堿基互補配對原則，DNA兩條鏈的堿基之間有準確的一一對應關(guān)系，保證了遺傳信息傳遞的準確性。