生物公开课-DNA的结构.pdf

1、第三章基因的本质3.2 DNA的结构 坐落在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？上网查阅有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。DNA雕塑问题探讨 1953年，美国科学家沃森（JD.Watson）和英国科学家克里克（F.Crick），共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型，它标志着生物学的研究进入分子的层次，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。结构结构 功能功能在确信DNA是遗传物质之后，人们更迫切的想知道：DNA是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物性状的？答案就隐藏在DNA的结构中，彻底弄清DNA的结构成

2、了当时科学研究的热点1.DNA中文名称：中文名称：脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸2.组成元素：组成元素：C H O N PC H O N P3.基本组成单位：基本组成单位：脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸是如何构成脱氧核糖核苷酸是如何构成DNA分子的呢？分子的呢？1234含碱基含碱基脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸5A腺嘌呤腺嘌呤C胞嘧啶胞嘧啶G鸟嘌呤鸟嘌呤T胸腺嘧啶胸腺嘧啶一、DNA的双螺旋结构模型的探索历程DNADNA双双螺螺旋旋结结构构模模型型的的构构建建科科学学史史威尔金斯和富兰克林提威尔金斯和富兰克林提供供_DNA的结构单位的结构单位:4种脱氧核苷种脱氧核苷酸，分别含有酸，分别含有_4种

3、种碱基碱基沃森和克里克推算出沃森和克里克推算出DNA呈呈_结构结构构建模型构建模型从查哥夫处得知从查哥夫处得知_重新构建模型，让重新构建模型，让A与与T，C与与G配对，配对，模型构建成功模型构建成功双螺旋双螺旋三螺旋三螺旋DNA衍射图谱衍射图谱A.G.C.T螺旋螺旋失败失败A与与T，G与与C的量相等的量相等根据课本根据课本p48-49内容，概述双螺旋结构模型的构建科学史。完成以下概内容，概述双螺旋结构模型的构建科学史。完成以下概念图。念图。一、DNA的双螺旋结构模型的探索历程沃森和克里克沃森和克里克 19531953年，美国的年，美国的沃森沃森和英国的和英国的克里克克里克 ，在自然杂志上发，在

4、自然杂志上发表了论文表了论文核酸的分子结构核酸的分子结构脱氧核糖核酸的一个结构模脱氧核糖核酸的一个结构模型型，引起极大的轰动。，引起极大的轰动。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？（2)DNA的基本骨架是由那些物质组成的？他们分别位于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？两条链构成，按反向平行方式盘旋成双螺旋结构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。碱基配对有一定规律：A一定与T配对，G一定与C配对。2.沃森和克里克

5、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那些启示？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。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；二、DNA的结构5-端端3-端端355-端端3-端端CGTTAA磷酸二酯键磷酸二酯键DNA的的双螺旋结构双螺旋结构G G和和C C的比例越高，的比例越高，DNADNA结构越稳定结构越稳定游离磷酸基游离磷酸基5-端端5-端端3-端端3-端端(1)DNA(1)DNA由两条单链由两条单链组成，这两条链按组成，这两条链按反向平行方式盘

6、旋反向平行方式盘旋成双螺旋结构成双螺旋结构（2）脱氧核糖脱氧核糖和和磷酸磷酸交替连接，排交替连接，排列在外侧，构成基列在外侧，构成基本骨架；碱基排列本骨架；碱基排列在内侧在内侧（3）两条链上的）两条链上的碱基通过碱基通过氢键氢键连接连接成碱基对；并且成碱基对；并且A一定与一定与T配对，配对，C一定与一定与G配对配对碱基互补配对原则碱基互补配对原则小规律小规律：“五四三二一五四三二一”五种元素五种元素：C C、H H、O O、N N、P P四种碱基四种碱基：A A、G G、C C、T T三种物质：三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基磷酸、脱氧核糖、含氮碱基两条长链：两条长链：两条反向平行的脱氧核苷

7、酸链两条反向平行的脱氧核苷酸链一种螺旋：一种螺旋：规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构12(1)DNA(1)DNA分子中，两条长链上的什么结构是稳定不变的？分子中，两条长链上的什么结构是稳定不变的？(2)DNA(2)DNA分子只含有分子只含有4 4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？足够量的遗传信息？(3)(3)每个每个DNADNA分子各自的碱基排列顺序是特定的吗？分子各自的碱基排列顺序是特定的吗？脱氧核糖和磷酸交替连接排脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧恒定，内侧配对稳列在外侧恒定，内侧配对稳定，空间结构稳定。定，空间结构稳定。碱基对的排列顺序千变万化碱基

8、对的排列顺序千变万化是特定的是特定的稳定性稳定性多样性多样性特异性特异性三、DNA的特性制作DNA双螺旋模型探究实践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。.磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。.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l成果展示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

9、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。探究实践 已知某已知某DNA的一条链的碱基顺序为的一条链的碱基顺序为 -T-T-C-G-A-C-G-T-C-C-A-T-G-,它的另外一条链的碱基顺序为它的另外一条链的碱基顺序为:-A-A-G-C-T-G-C-A-G-G-T-A-C-四、四、碱基互补配对原则的应用碱基互补配对原

10、则的应用-T-T-C-G-A-C-G-T-C-C-A-T-G-A-A-G-C-T-G-C-A-G-G-T-A-C-T1=A1=C1=G1=1:2:C C总总=G=G总总A2T2G2C2A A总总=T=T总总规律一：双链规律一：双链DNADNA中，中，A=T,C=GA=T,C=G,任意任意两个两个不不 互补碱基之和恒等互补碱基之和恒等 A=T A=T，C=GC=G A+G=A+G=?+?+?A+C=A+C=?+?+?在整个在整个DNADNA中：中：T+CT+C =?50%50%T+GT+G并占碱基总数的并占碱基总数的50%50%。=某生物细胞某生物细胞DNADNA的碱基中，腺嘌呤的分子数的碱基中

11、，腺嘌呤的分子数占占22%22%，那么，胞嘧啶的分子数占（，那么，胞嘧啶的分子数占（）A.11%B.22%A.11%B.22%C.28%D.44%C.28%D.44%C【针对性练习【针对性练习1】A A2 2+C+C2 2+G+G2 2+T+T2 2=A+C+G+TA+C+G+TT T1 1T T2 2G G2 2A A2 2C C2 2A A1 1C C1 1G G1 12 2链链1 1链链T T1 1A A1 1+T+T1 1A A1 1+C+C1 1+G+G1 1+T+T1 1T T2 2+A+A2 2=A A1 1+T+T1 1+T+T2 2+A+A2 2A A1 1+C+C1 1+G

12、+G1 1+T+T1 1+A+A2 2+C+C2 2+G+G2 2+T+T2 2=T+AT+A规律二：规律二：双链双链DNA中，中，互补的互补的两个碱基之两个碱基之和占全部碱基的比等于在任何一条单链中，和占全部碱基的比等于在任何一条单链中，这两个碱基之和占单链全部碱基数的比。这两个碱基之和占单链全部碱基数的比。双链碱基数双链碱基数单链碱基数单链碱基数单链碱基数单链碱基数 双链碱基数双链碱基数 某某DNADNA中中A+TA+T占整个占整个DNADNA碱基总数的碱基总数的44%44%，其，其中一条链上的中一条链上的G G占该链碱基总数的占该链碱基总数的21%21%，那，那么，对应的另一条互补链上的

13、么，对应的另一条互补链上的G G占该链碱基占该链碱基总数的比例是（总数的比例是（）A.35%B.29%A.35%B.29%C.28%D.21%C.28%D.21%A【针对性练习【针对性练习2】T T2 2G G2 2A A2 2C C2 2A A1 1C C1 1G G1 12 2链链1 1链链T T1 1规律三：规律三：双链双链DNA中，中，两条链间的非两条链间的非互补互补碱碱基和基和之比互为倒数之比互为倒数=A A1 1+G G1 1 T T1 1+C C1 1m=A A2 2+G G2 2 T T2 2+C C2 21/m则互补链上简记为：简记为：DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值

14、两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为乘积为1 某某DNADNA双链中，双链中，一条链中一条链中 则互补链中的比值是则互补链中的比值是 一条链中一条链中 则互补链中的比值是则互补链中的比值是【针对性练习【针对性练习3】=A+A+T T C C+G G0.4=A+A+C C T T+G G0.40.42.5例题：例题：在现代刑侦领域中在现代刑侦领域中，DNA指纹技术正在发挥着越来越重要的作用。刑侦人指纹技术正在发挥着越来越重要的作用。刑侦人员只需要员只需要一一滴血迹、一块精斑或是滴血迹、一块精斑或是一一根头发等样品就可以进行根头发等样品就可以进行DNA指纹鉴定。此指纹鉴定。此外外DNA指纹技术

15、还可以用亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。指纹技术还可以用亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。(1)利用指纹技术进行利用指纹技术进行DNA指纹鉴定的原理是：指纹鉴定的原理是：(2)现有从受害者体内取出的精液样品现有从受害者体内取出的精液样品，请利用请利用DNA指纹技术来确认怀疑对象。指纹技术来确认怀疑对象。鉴定步骤鉴定步骤：用合适的酶将待检测的样品用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段切成片段用电泳的方法将这些片段按大小分开用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤再经过一系列步骤，最后形成如图所示最后形成如图所示的的DNA指纹图。指纹图。请从上图的请从上图的DNA指纹图中判断出怀疑对象中指纹图中判

16、断出怀疑对象中 号是号是犯罪嫌疑人犯罪嫌疑人，原因是原因是 五、应用-DNA指纹技术原理：原理：DNA分子的特异性分子的特异性1号号DNA指纹图与受害者体内分离的精液样品指纹图与受害者体内分离的精液样品的的DNA指纹图相同指纹图相同DNA分子的特异性分子的特异性课堂小结课堂小结2.DNA双螺旋双螺旋结构的主要特结构的主要特点点1.DNA双螺旋模型的建构过程双螺旋模型的建构过程3.碱基数量碱基数量的计算规律的计算规律4.DNA的结构的结构特性特性碱基互补配对原则：碱基互补配对原则：A-T,G-C内侧：碱基之间通过氢键连接内侧：碱基之间通过氢键连接外侧外侧：脱氧核糖和磷酸交替连脱氧核糖和磷酸交替连 接，构成基本骨架接，构成基本骨架双链，双螺旋结构双链，双螺旋结构沃森、克里克于沃森、克里克于19531953年构建出年构建出DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型稳定性、多样性、特异性稳定性、多样性、特异性DNA双链中双链中:A=T,G=C,A+G=T+C=50%DNADNA的的结结构构1.1.下面是下面是DNADNA的分子的结构模式图，说出图中的分子的结构模式图，说出图中1 11010的名称。的名称。1.胞嘧啶2.腺嘌呤3.鸟嘌呤4.胸腺嘧啶5.脱氧核糖6.磷酸7.胸腺嘧啶脱氧核苷酸8.碱基对9.氢键10.一条脱氧核苷酸链的片段巩固练习