2020_2021学年新教材高中生物第3章基因的本质第2节DNA的结构课件新人教版必修2

“三看法”判断DNA结构的正误 一看外侧链成键位置是否正确,正确的成键位置为一分子脱 氧核糖的5号碳原子上的磷酸基团与相邻脱氧核糖的3号碳原 子之间; 二看外侧链是否反向平行; 三看内侧链碱基配对是否遵循碱基互补配对原则。
学以致用 1.下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述,错误的是
1.沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型的过程中利用 了他人的哪些经验和成果?
提示:(1)英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供的 DNA衍射图谱。
(2)奥地利生物化学家查哥夫提供的信息:在DNA中,腺嘌呤 (A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量;鸟嘌呤(G)的量总是等于 胞嘧啶下列问题。
规律4:DNA分子一条链中(A+T)/(C+G)的值与其互补链和 整个DNA分子中(A+T)/(C+G)的值相等。(配对的碱基之和 的比值在两条单链和双链中都相等)
规律5:不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值 不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA 分子的特异性。
(2)结构特点。 ①DNA是由 两 条单链组成的,这两条链按 反向平行 方式盘旋成 双螺旋 结构。 ②DNA中的 磷酸 和 脱氧核糖 交替连接,排列在外 侧,构成 基本骨架 ; 碱基 排列在内侧。 ③两条链上的碱基通过 氢键 连接成碱基对。碱基配对 的规律: A 与T配对, G 与C配对。碱基之间的这种一 一对应的关系,叫作 碱基互补配对 原则。
(1)每个DNA片段中磷酸基团、脱氧核糖、碱基之间的数量 比为1∶1∶1,游离的磷酸基团有2个。
(2)一条脱氧核苷酸链中相邻两个脱氧核苷酸通过磷酸二酯 键相连;两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
(3)每个脱氧核糖(除两端外)连接着2个磷酸,分别在3号、5 号碳原子上相连接。
(4)在DNA分子的一条单链中,相邻碱基通过“脱氧核糖—磷 酸—脱氧核糖”相连接。
的量
答案:B 解析:在构建DNA结构模型方面,威尔金斯和富兰克林提供 了高质量的DNA衍射图谱,A项错误。查哥夫发现了A的量总 是等于T的量、C的量总是等于G的量,沃森和克里克在此基 础上提出了A与T配对、C与G配对的正确关系,并构建了 DNA分子的双螺旋结构模型,B项正确,C、D两项均错误。
2.下列有关DNA双螺旋结构的叙述,错误的是( ) A.DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧 B.DNA中的2条链反向平行 C.DNA中氢键数目和碱基数目一定相等 D.DNA中有2个游离的磷酸基团
答案:C 解析:在双链DNA中,脱氧核糖与磷酸交替连接,排列在外侧, 构成DNA的基本骨架,A项正确。DNA中的2条链反向平行,B 项正确。A—T间有2个氢键,G—C间有3个氢键,氢键数目和 碱基数目不相等,C项错误。DNA的一条单链的5'-端具有1个 游离的磷酸基团,DNA由2条反向平行的单链组成,因此有2个 游离的磷酸基团,D项正确。
3.制作DNA平面结构模型:按照 碱基互补配对 原则,将 两条多核苷酸长链互相连接起来,注意两条链的方向 相反 。
4.制作DNA的立体结构( 双螺旋 结构)模型:扭转DNA平 面结构,即可得到一个DNA的双螺旋结构模型。
一 DNA双螺旋结构模型的构建及DNA的结构 重难归纳 1.DNA分子的结构
3.如果一条单链中(A1+G1)/(T1+C1)=m,则其互补链中 (A2+G2)/(T2+C2)的比值是多少?
提示:双链DNA分子的一条链中(A1+G1)/(T1+C1)=m,因为A 与T配对,G与C配对,所以其互补链中(T2+C2)/(A2+G2)=m,即 (A2+G2)/(T2+C2)=1/m。
() A.沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA以4种脱氧核苷
酸为单位连接而成的长链的基础上,这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、 C 4种碱基
B.威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析,得出 DNA呈螺旋结构
C.沃森和克里克曾尝试构建了多种模型,但都不科学 D.沃森和克里克受腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量、鸟嘌呤(G) 的量总是等于胞嘧啶(C)的量的启发,构建出科学的模型
第2节 DNA的结构
目标素养
1.分析科学家探索DNA结构的历程,学习科学家持之以恒的 科学精神 2.理解、归纳DNA分子的结构特点,并掌握有关的计算规律 3.通过动手制作模型,培养观察能力、动手能力及空间想象能 力等,形成结构与功能观
知识概览
一、DNA双螺旋 结构模型的构建
1.模型构建者是美 国生物学家 沃森 和英国物理学家
构成DNA分子的化学元素有哪些?其中N存在于 什么部位?
提示:C、H、O、N、P,其中N存在于碱基中。
三、制作DNA双螺旋结构模型 1.组装“脱氧核苷酸模型”:利用材料制作若干个 脱氧核糖 、 磷酸和碱基,组装成若干个脱氧核苷酸。 2.制作“多核苷酸长链模型”:将若干个脱氧核苷酸依次穿起 来,组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目 必须 相等 ,碱基之间能够 互补配对 。
4.若某双链DNA分子中具有n个碱基对,则该DNA分子可有
多少种排列方式?
提示:4n种。
典例剖析 某双链DNA分子中含有200个碱基对,其中一条链上 A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4。下列有关该DNA分子的叙述,正确 的是( ) A.含有4个游离的磷酸基团 B.含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个 C.4种碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7 D.可能的碱基排列方式共有4200种 答案:C
(3)请画出含3个脱氧核苷酸的DNA单链图。 提示:画图时要注意:脱氧核糖的1号碳原子上连碱基,5号碳 原子上连磷酸,3号碳原子上连另一个脱氧核苷酸的磷酸。如 图:
典例剖析 1.下列关于威尔金斯、富兰克林、查哥夫、沃森和克里克 等人在构建DNA结构模型方面的突出贡献的说法,正确的是
() A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像 B.沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型 C.查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系 D.富兰克林和查哥夫发现A的量等于T的量、C的量等于G
3.某同学用纸片、细线等材料及剪刀、针等工具制作了1个 DNA双螺旋结构模型。请回答下列与模型制作有关的问题。
(1)下图是该同学剪出来的一些小纸片,若C代表碱基,则A和 B分别代表什么?
答案:A.磷酸 B.脱氧核糖
(2)如果用线段的条数表示碱基对之间氢键的数目,请用线 段连接下列碱基对。
提示:G和C之间靠3个氢键连接,A和T之间有2个氢键:
解析:每条单链各有1个游离的磷酸基团,所以双链DNA分子应 该有2个游离的磷酸基团。该DNA分子中含有200个碱基对,一条 链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,根据双链中(A+T)所占的比例=单 链中(A+T)所占的比例可知,双链DNA分子中(A+T)占3/10,再根据 A=T可知,A和T各占3/20,故腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为 200×2×(3/20)=60(个)。双链中A和T分别占3/20,则C和G分别占 7/20,故A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7。在碱基比例不确定的情况下, 可能的碱基排列方式共有4n种,n为碱基对数,即共有4200种,而该 DNA分子碱基比例已确定,故可能的碱基排列方式小于4200种。
二 与DNA相关的计算 重难归纳 1.碱基互补配对原则(如下图所示)
2.DNA分子中碱基数量的计算规律 规律1:在双链DNA分子中,互补碱基两两相 等,A=T,C=G,A+G=C+T,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 规律2:在双链DNA分子中,互补的两碱基之和(如A+T或 C+G)占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基 之和占该单链中全部碱基的比例。(单双链转化公式) 规律3:DNA分子一条链中(A+G)/(C+T)的值等于互补链中 该比值的倒数,在整个DNA分子中该比值等于1。(不配对的 碱基之和的比值在两条单链中互为倒数)
答案:B 解析:沃森和克里克依据威尔金斯和富兰克林提供的DNA 衍射图谱及查哥夫提供的有关数据,推算出DNA呈双螺旋结 构。
2.下图表示某DNA片段,下列有关该图的叙述,正确的是
() A.①②③相间排列, 构成DNA分子的基本骨架 B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 C.⑨既容易断裂又容易生成, 所以DNA的稳定性与之无关 D.该DNA片段有2种碱基配对方式,4种脱氧核苷酸
(2)结构简式。
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作 1'-C ,与磷酸基团相连 的碳叫作 5'-C 。
3.DNA结构——双螺旋结构 (1)DNA结构图。
DNA的一条单链具有 两 个末端,一端有一个游离的 磷酸基团 ,这一端称作5'-端,另一端有一个羟基(—OH), 称作3'-端。DNA的两条单链走向 相反 ,从双链的一端起 始,一条单链是从 5'-端 到 3'-端 的,另一条单链则是从 3'-端 到 5'-端 的。
(1)在双链DNA分子中,脱氧核苷酸和碱基的比值是多少?1 条单链中的相邻碱基是怎样连接的?
提示:1∶1;通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”相连接。
(2)在双链DNA分子中,有几个游离的磷酸基团?1个磷酸与 几个脱氧核糖相连?1个脱氧核糖与几个磷酸相连?2条链的碱 基通过什么相连?
提示:2个;1个或2个;1个或2个;氢键。 (3)若图中1链的序列是5'-ACTGGT-3',那么它的互补链的序 列是什么? 提示:3'-TGACCA-5'。
规律6:若A1/单链中的全部碱基=b,则A1/双链中的全部碱基 =b/2。
规律7:若已知A占双链中全部碱基的比例=c,则A1占相应单 链中全部碱基的比例无法确定,但最大值可求出,为2c,最小值
为0。
碱基数量计算的两个易错点 (1)看清所求的是某种碱基占单链中碱基的比例,还是双链 中碱基的比例。 (2)看清题干中给出的数量是多少对碱基,还是多少个碱基。
(5)若碱基对有n个,则氢键有2n~3n个;若已知A有m个,则氢 键有(3n-m)个。
2.DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
3.DNA指纹图谱的获得及该技术的应用 (1)应用DNA指纹技术时,首先需要用合适的酶将待检测的 样品DNA切成片段,然后用电泳的方法将这些片段按大小分 开,再经过一系列步骤,最后形成DNA指纹图。 (2)因为每个人的DNA指纹图是独一无二的,所以我们可以 通过分析指纹图的吻合程度来确认身份。此技术被广泛应用 于刑侦领域、亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。
克里克 。 2.构建过程
3.意义 DNA双螺旋结构 的揭示是划时代的伟大发现,在生物
学的发展中具有里程碑式的意义。 DNA的结构模型属于什么模型?
提示:物理模型。
二、DNA的结构 1.组成元素: C、H、O、N、P 。 2.基本单位: 脱氧核苷酸 (4种)。 (1)组成:每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、 一分子 碱基 构成,共有4种碱基,分别为A( 腺嘌呤 )、 T( 胸腺嘧啶 )、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。
结合DNA双螺旋结构模型的特点思考下列问题。
1.为什么DNA中嘌呤和嘧啶的数量相等? 提示:在DNA中,A总是和T配对,G总是和C配对,所以 A=T,G=C,A+G=T+C。
2.为什么(A+T)或(G+C)在整个双链上所占的比例与在每一 条单链上所占的比例相等?
提示:设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,因为 A1=T2,T1=A2,所以另一条链上T2+A2=n%,在整个DNA分子 中,A+T=n%。即在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例 在任意一条链及整个双链DNA分子中都相等。
答案:D 解析:①磷酸、②脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成DNA 分子的基本骨架。②③与②的5号碳原子连接的磷酸组成胞 嘧啶脱氧核苷酸。DNA的稳定性与⑨氢键有关,氢键越 多,DNA分子越稳定。该DNA片段有2种碱基配对方式(A与T 配对、C与G配对),4种脱氧核苷酸(腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌 呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸)。