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1、新课标人教版课件系列高中生物必修必修2 21第二节DNA分子的结构 第三章基因的本质 2教学目标教学目标 v知识目标：知识目标：v1、概述DNA分子的结构的主要特点；2、制作DNA分子的双螺旋结构模型；3、讨论DNA双螺旋结构模型构建历程v能力目标：能力目标：v1、制作DNA双螺旋结构模型，锻炼学生的动手、动脑以及空间思维能力；2、对科学探索基因的本质的过程进行分析和讨论，领悟假说演绎和模型方法在这些研究中的应用。v情感目标：情感目标：v1、认同与人合作在科学研究中的重要性，讨论技术进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用； 2、认同人类对遗传物质的认识过程是不断深化不断完善的过程v教学重点：教学重
2、点：1、DNA分子结构的主要特点；2、制作DNA分子双螺旋结构模型v教学难点：教学难点： DNA分子结构的主要特点。3DNA化学组成 DNA全称叫脱氧核糖核酸，是主要的遗传物质。它的基本组成单位是脱氧核苷酸。4脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基P P5鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）含氮碱基含氮碱基含氮碱基的种类DNA化学组成6脱氧核苷酸的种类脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基P P思考：脱思考：脱思考：脱思考：脱氧核苷酸氧核苷酸氧核苷酸氧核苷酸应该有几应该有几应该有几应该有几种？种？种？种？7腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸的种类鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟
3、嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸A AT TC CG G8面对DNA双螺旋模型的美国生物学家沃森（左）和英国生物物理学家克里克（右）。DNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建9 富兰克林富兰克林19201920年生于伦敦，年生于伦敦，1515岁就立志要当科学家，但父岁就立志要当科学家，但父亲并不支持她这样做。她早年亲并不支持她这样做。她早年毕业于剑桥大学，专业是物理毕业于剑桥大学，专业是物理化学。化学。19451945年，当获得博士学年，当获得博士学位之后，她前往法国位之后，她前往法国学习学习X X射线射线衍射技术衍射技术。她深受法国同事
4、的。她深受法国同事的喜爱，有人评价她喜爱，有人评价她 “ “从来没有从来没有见到法语讲的这么好的外国人见到法语讲的这么好的外国人”。19511951年，她年，她回到英国，在回到英国，在伦敦大学国王学院取得了一个伦敦大学国王学院取得了一个职位职位 。10 富兰克林在法国学习的富兰克林在法国学习的X射线衍射技术在研究中派射线衍射技术在研究中派上了用场。上了用场。 X射线是波长非常短的电磁波。医生通常用射线是波长非常短的电磁波。医生通常用它来透视，而物理学家用它来分析晶体的结构。当它来透视，而物理学家用它来分析晶体的结构。当X射射线穿过晶体之后，会形成衍射图样线穿过晶体之后，会形成衍射图样一种特定的
5、明暗一种特定的明暗交替的图形。不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分交替的图形。不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析这种图形人们就析这种图形人们就能知道组成晶体的原子是如何能知道组成晶体的原子是如何排列的。富兰克林精于此道，排列的。富兰克林精于此道，她成功的拍摄了她成功的拍摄了DNA晶体的晶体的X射线衍射照片。射线衍射照片。富兰克林拍摄的富兰克林拍摄的DNA晶体晶体的的X射线衍射照片，这张照射线衍射照片，这张照片正是发现片正是发现DNA结构的关结构的关键。键。1112沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森
6、13DNA的空间结构图的上半部分是以超高分图的上半部分是以超高分辨率扫描式电子显微镜拍辨率扫描式电子显微镜拍到的照片。到的照片。图的下半部分是图的下半部分是DNADNA的人工的人工模型。模型。从图上可辨认出从图上可辨认出从图上可辨认出从图上可辨认出DNADNADNADNA是由两条链交缠在是由两条链交缠在是由两条链交缠在是由两条链交缠在一起的螺旋结构一起的螺旋结构一起的螺旋结构一起的螺旋结构14DNA的结构模式图从图中可见从图中可见DNADNA具有规则具有规则的双螺旋空间的双螺旋空间结构结构放大放大DNA的空间结构15AAAAAAT TT TT TGGGGGGGGCCCCCCAAT TCC磷酸脱
7、氧核糖含氮碱基16碱基对碱基对另一碱基对另一碱基对 嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A A只和T T配对、C C只和G G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则。AAT TGGCC氢键氢键17AAAAAAT TT TT TGGGGGGGGCCCCCCAAT TCC（1 1）DNADNA分子是由两条反向分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。而成的。（2 2）DNADNA分子中的脱氧核糖分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在侧，构成基本骨架；碱基在内侧。内侧。（3 3）两条链上的碱基通过
8、）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。且遵循碱基互补配对原则。DNA双螺旋结构的主要特点18AAAAAAT TT TT TGGGGGGGGCCCCCCAAT TCC你注意到了吗？两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。19你注意到了吗？两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。 DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。20DNA分子的结构小结化学组成：化学组成：基本组成单位：四种脱氧核苷酸基本组成单位：四种脱氧核苷酸一分子
9、含氮碱基一分子含氮碱基一分子脱氧核糖一分子脱氧核糖一分子磷酸一分子磷酸空间结构空间结构规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构两条脱氧核苷酸长链两条脱氧核苷酸长链碱基对碱基对氢键氢键碱基互补配对原则碱基互补配对原则分子结构的多样性和特异性分子结构的多样性和特异性21DNA 分分 子子 的的 多多 样样 性性1. DNA分子的双螺旋结构中，分子的双螺旋结构中，基本骨架是稳定基本骨架是稳定 不变的不变的，即：两条长链上的脱氧核糖与磷，即：两条长链上的脱氧核糖与磷 酸交替排列的顺序是稳定不变的；酸交替排列的顺序是稳定不变的；2. 碱基对的排列顺序是无穷的碱基对的排列顺序是无穷的； 比如：一般来说，一个比如：
10、一般来说，一个DNA分子有分子有 4,000400,00,000,000个核苷酸对，其排列个核苷酸对，其排列 顺序的组合是几近无穷的顺序的组合是几近无穷的.3. DNA分子的分子的特异性。特异性。每个每个特定特定的的DNA分子都分子都 具有其具有其特定特定的碱基对数量和排列顺序。的碱基对数量和排列顺序。22DNA双螺旋结构特点总结双螺旋结构特点总结1. 稳定性：稳定性： 双螺旋结构；氢键联结双螺旋结构；氢键联结2. 方向性：方向性： 极性反向平行；极性反向平行；3. 专一性：碱基互补配对；专一性：碱基互补配对；4. 多样性：多样性： 碱基对排列序列无穷；碱基对排列序列无穷；5. 特异性：特定特
11、异性：特定DNA分子有特定分子有特定 的碱基对数目和排列组合顺序的碱基对数目和排列组合顺序2312345678109GTCA1.胞嘧啶胞嘧啶2.腺嘌呤腺嘌呤3.鸟嘌呤鸟嘌呤4.胸腺嘧啶胸腺嘧啶5.脱氧核糖脱氧核糖6.磷酸磷酸7.胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸8.碱基对碱基对9.氢键氢键10.一条脱氧核苷酸链的一条脱氧核苷酸链的片段片段1下面是下面是DNA的分子的结构模式图，说出图的分子的结构模式图，说出图中中110的名称。的名称。 【课堂反馈】【课堂反馈】242 2已知已知1 1个个DNADNA分子中有分子中有40004000个碱基对，其中胞个碱基对，其中胞嘧啶有嘧啶有22002200个
12、，这个个，这个DNADNA分子中应含有的脱氧分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是 （ ）A A40004000个和个和900900个个 B B40004000个和个和l800l800个个C C80008000个和个和18001800个个D D80008000个和个和36003600个个C253. 3. 拓展题拓展题你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。规律。A=T G=CA=T G=C A+
13、G=T+C A+G=T+C 也可以写成以下形式：也可以写成以下形式： 规律概括：在规律概括：在DNADNA双链中，任意两个不互补碱基之和双链中，任意两个不互补碱基之和 ，并为碱基总数的，并为碱基总数的 。A+GA+G()=T+CT+C()=50%A+GA+G T+C T+C =( ( ()=( ( ） ()=1A+G+T+CA+G+T+CA+CT+CT+G)A+G恒等恒等一半一半26碱基计算的一般规律碱基计算的一般规律:1.DNA双双链中，链中，互补互补碱基的数量碱基的数量相等相等2. (A=T 、C=G) ；3. DNA单单链中，链中，互补互补碱基的数量碱基的数量不一定相等不一定相等4. （
14、A T、C G） 2. . 双双链链DNADNA分子分子不互补不互补碱基对的碱基之碱基对的碱基之和和的的比值比值为为1 1，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 （A+CA+C）/ /（T+GT+G）=1 =1 即即 A+C = T+G A+C = T+G （A+GA+G）/ /（T+CT+C）=1 =1 即即 A+G = T+C A+G = T+C273. DNA3. DNA分子其中分子其中一条一条链中的链中的互补互补碱基碱基对的碱基之对的碱基之和和的的比值比值与与另一条另一条互补链互补链中以及中以及双链双链DNADNA中该比值中该比值相等相等。 若（若（A A
15、1 1+ T+ T1 1）/ /（G G1 1+ C+ C1 1）= a= a 则（则（A A2 2+ T+ T2 2）/ /（G G2 2 + C + C2 2）= a= a （A+ TA+ T）/ /（G + CG + C）= a= a 28v4.DNA分子一条链中的不互补碱基对的碱基分子一条链中的不互补碱基对的碱基之和的比值是另一条互补链中该比值的倒数。之和的比值是另一条互补链中该比值的倒数。v若（若（A1+C1）/（G1+T1）=av则（则（A2+C2）/（G2+T2）=1/av或（或（A1+G1）/（C1+T1）=av则（则（A2+C2）/（G2+T2）=1/a29练习练习： 1、
16、某双链某双链DNA分子中，分子中，（A+T）/（G+C）=1.5则它的则它的C占全部碱基的：占全部碱基的： A.20% B.25% C. 30% D.35%A30 练练 习习2：313、测的、测的DNA分子一条单链中分子一条单链中（A+T）/（G+C） =0.7，在整个，在整个DNA分子中这种比例是分子中这种比例是 A.1.43 B. 0.7 C. 0.5 D0.3B 4、 根据碱基互补配对原则，且在数量上根据碱基互补配对原则，且在数量上 C=A，那么下列的四个式子中，正确的是，那么下列的四个式子中，正确的是 A.（C+T ） / （ G+A ） =1 B. （ A+C ） / （ T+G ）
17、=1 C. （ G+C ） / （ A+T ） =1 D. （ T+A ） / （ C+G ） =1A325、若若DNA分分子子的的一一条条链链中中(AT)/(CG)=a，则和该，则和该DNA单链互补的单链片段中单链互补的单链片段中(AT)/(CG)的比值为的比值为AaB1/aC1D1-1/a6、一一段段多多核核苷苷酸酸链链中中的的碱碱基基组组成成为为：35的的A、20的的C、35的的G、10的的T。它它是一段是一段A双链双链DNAB单链单链DNAC双链双链RNAD单链单链RNAAB337、在双链在双链DNA分子中，当分子中，当(A+G)/(T+C)在一条多脱氧核苷酸链上的比例为在一条多脱氧核
18、苷酸链上的比例为0.4时，则在另一互补链和整个时，则在另一互补链和整个DNA中，这中，这种比例分别是种比例分别是A.0.4，1B.1，1C.0.6，1D.2.5，18、由、由120个碱基对组成的个碱基对组成的DNA分子片段，分子片段，可因其碱基对组成和序列不同携带不同可因其碱基对组成和序列不同携带不同的遗传信息，其种类最多可达的遗传信息，其种类最多可达A.120B.1204C.460D.4120DD34DNA 的的 复复 制制35课课 前前 提提 问问1. 2. DNA双螺旋结构的特点（双螺旋结构的特点（5个）个）1. 稳定性：稳定性： 双螺旋结构；氢键联结双螺旋结构；氢键联结2. 方向性：方
19、向性： 极性反向平行；极性反向平行；3. 专一性：碱基互补配对；专一性：碱基互补配对；4. 多样性：多样性： 碱基对排列序列无穷；碱基对排列序列无穷；5. 特异性：特定特异性：特定DNA分子有特定分子有特定的碱基对数目和排列组合顺序的碱基对数目和排列组合顺序36DNA 复复 制制 的的 发发 现：现： 沃森和克里克在提出沃森和克里克在提出DNA双螺旋结构之后，双螺旋结构之后，又提出了又提出了DNA复制的假说：复制的假说：DNA半保留复制半保留复制模模型；型； 1958年，米西尔森和斯坦尔采用含年，米西尔森和斯坦尔采用含15N同位同位素的素的NH4Cl培养大肠杆菌，放在正常的培养液培养大肠杆菌，
20、放在正常的培养液里繁殖，然后用梯度离心技术测定分裂时里繁殖，然后用梯度离心技术测定分裂时DNA复制时的密度变化，证实了复制时的密度变化，证实了DNA的的半保留复制半保留复制。37DNA的半保留复制的半保留复制 是指在是指在DNA解旋酶的作用下，以一个亲代解旋酶的作用下，以一个亲代DNA分子的两条链为模板，合成两个结构上完全分子的两条链为模板，合成两个结构上完全相同的子代相同的子代DNA分子的过程。分子的过程。复复 制制 时时 间间 体细胞有丝分裂的体细胞有丝分裂的间期间期、有性生殖细胞减、有性生殖细胞减数分裂第一次分裂的数分裂第一次分裂的间期间期。38复复 制制 过过 程程 1. 解解 旋；旋
21、； DNA分子利用细胞提供的分子利用细胞提供的能量能量，在，在解旋酶解旋酶的作用下，使得的作用下，使得DNA双链的双链的氢键断氢键断裂裂，这样使得螺旋结构的，这样使得螺旋结构的DNA双链解开。双链解开。 DNA分子的双链象拉链一样被拉开分子的双链象拉链一样被拉开392. 复复 制制 以解开的每段以解开的每段DNA链（母链）为链（母链）为模板模板，以，以周围环境中周围环境中游离的脱氧核苷酸游离的脱氧核苷酸为原料，在为原料，在相关酶相关酶的作用下，按照的作用下，按照碱基互补配对原则碱基互补配对原则，合成与母链，合成与母链互补的子链。互补的子链。3. 分分 配配 复制出来的子代复制出来的子代DNA分
22、子，通过细胞的分分子，通过细胞的分裂，被分配到子代细胞中。裂，被分配到子代细胞中。40DNA复制过程：复制过程： 1. 破坏氢键，打开破坏氢键，打开DNA双链双链2. 游离核苷酸与母链碱基互补配对游离核苷酸与母链碱基互补配对3. 配对的游离核苷酸联结为子链配对的游离核苷酸联结为子链4. 子链与模板母链盘绕成双螺旋结构子链与模板母链盘绕成双螺旋结构414243复制的特点：复制的特点：1. DNA分子是分子是边解旋边复制边解旋边复制的；多个位点同时复制的；多个位点同时复制2. 半保留复制半保留复制；复制的条件：复制的条件：1. 模板：模板： 解旋的解旋的DNA分子；分子；2. 原料：原料： 细胞中
23、游离的脱氧核苷酸细胞中游离的脱氧核苷酸3. 能量：能量：ATP 4. 酶：解旋酶、聚合酶等酶：解旋酶、聚合酶等可以进行人工模拟复制可以进行人工模拟复制(PCR技术技术)44复制的意义复制的意义 通过通过DNA分子的复制，把亲代的遗传信息传分子的复制，把亲代的遗传信息传给子代，从而使得前后代保持了一定的连续性。给子代，从而使得前后代保持了一定的连续性。 复制的分子基础复制的分子基础 1. DNA分子具有独特的双螺旋结构；分子具有独特的双螺旋结构； 2. 连接两条链的碱基有互补配对能力。连接两条链的碱基有互补配对能力。45 在在氮氮源源为为14N的的培培养养基基上上生生长长的的大大肠肠杆杆菌菌,其
24、其DNA分分子子均均为为l4N-DNA(对对照照);在在氮氮源源为为15N的的培培养养基基上上生生长长的的大大肠肠杆杆菌菌,其其DNA分分子子均均为为15N-DNA(亲亲代代)。将将亲亲代代大大肠肠杆杆菌菌转转移移到到含含14N的的培培养养基基上上,再再连连续续繁繁殖殖两两代代(I和和II),用用某某种种离离心心方方法法分分离离得得到到的的结结果如右图所示。请分析果如右图所示。请分析:(1)由由实实验验结结果果可可以以推推测测第第一一代代(I)细细菌菌DNA分分子子中中一条链是一条链是 ，另一条链是，另一条链是 。(2)将将第第一一代代(I)细细菌菌转转移移到到含含15N的的培培养养基基上上繁
25、繁殖殖一一代代,将将所所得得到到的的细细菌菌的的DNA用用同同样样的的方方法法分分离离。请请参参照照上上图图,将将DNA分分子子可可能能出出现现在在试试管管中中的的位位置置在在上图中标出。上图中标出。46472. 一个噬菌体侵染细菌后，形成了一个噬菌体侵染细菌后，形成了200个子代噬个子代噬菌体，子代菌体，子代DNA中含最初中含最初DNA链的链的DNA占占 A. 1% B. 2% C. 25% D. 50%A4. 某双链某双链DNA分子带有分子带有15N同位素标记，在试管同位素标记，在试管中以该中以该DNA为模板进行复制实验，连续复制为模板进行复制实验，连续复制4代代之后，试管中带有之后，试管
26、中带有15N同位素标记的同位素标记的DNA占总量占总量的的 A. 12.5% B. 25% C. 50% D. 100%A48v下图是有关DNA复制的示意图，ABC表示大肠杆菌的DNA复制，DEF表示哺乳动物的DNA复制。图中“-”表示复制起始点。v（1）若A中含48502个碱基对，而子链延伸的速度是每分钟105个碱基对，则此DNA分子复制完成约需30s，而实际只需16s，根据AC图分析，是因为 。复制是双向进行的复制是双向进行的49v（2）哺乳动物的）哺乳动物的DNA分子展开可达分子展开可达2m之之长，若按长，若按AC的方式复制至少需要的方式复制至少需要8h，而实际上约而实际上约6h左右。根据左右。根据DF图分析，图分析，是因为是因为。v（3）AC，DF均有以下特点：延伸均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复分子复制是制是。从多个起点同时双向复制的从多个起点同时双向复制的 边解旋边复制边解旋边复制5051
