3.2DNA的結(jié)構(gòu)第1課時(shí)課件高一下學(xué)期生物人教版必修2

第3章基因的本質(zhì)

第2節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第1課時(shí)DNA的結(jié)構(gòu)導(dǎo)入新課（情境引入）導(dǎo)入新課（情境引入）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示是劃時(shí)代的偉大發(fā)現(xiàn)，在生物學(xué)的發(fā)展中具有里程碑式的意義。弄清楚DNA的結(jié)構(gòu)以及測定DNA的序列等應(yīng)用了很多高科技技術(shù)，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示也說明了科學(xué)和技術(shù)是相互支持、密不可分的。在確信DNA是生物體的遺傳物質(zhì)后，人們更加迫切地想知道：DNA是怎樣儲存遺傳信息的？

又是怎樣決定生物性狀的？要回答這些問題，首先需要弄清楚DNA的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)入新課（科學(xué)史引入）1868年，化學(xué)家米歇爾首次從殘留在傷殘患者繃帶上的人體細(xì)胞中分離出核酸；生物化學(xué)家列文發(fā)現(xiàn)核酸可分為核糖核酸（RNA）與脫氧核糖核酸（DNA）；艾弗里通過肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明，DNA具有傳遞遺傳信息的功能；1952年，赫爾希和他的助手蔡斯以T2噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，采用放射性同位素標(biāo)記技術(shù)，證明了DNA是遺傳物質(zhì)。導(dǎo)入新課（科學(xué)史引入）20世紀(jì)50年代初，人們已普遍認(rèn)同DNA是生物的遺傳物質(zhì)，是DNA把遺傳信息從親代傳遞給子代。但是，對于由堿基、脫氧核糖和磷酸組成的DNA分子為什么能夠傳遞遺傳信息，人們卻感到困惑不解。科學(xué)家們一致認(rèn)為，DNA的功能一定與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此，解析DNA的分子結(jié)構(gòu)具有非常重要的價(jià)值。環(huán)節(jié)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建資料120世紀(jì)30年代，科學(xué)界已經(jīng)認(rèn)識到：DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、G、C4種堿基。資料2研究蛋白質(zhì)、DNA結(jié)構(gòu)常用的方法是X射線晶體衍射法。美國加州理工學(xué)院的鮑林及其同事用X射線衍射技術(shù)和分子模型的構(gòu)建，率先解出了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。環(huán)節(jié)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建資料31951年1月，威爾金斯在一場關(guān)于DNA的演講上展示了兩張用X射線做的DNA衍射照片。二十出頭的沃森便是聽眾之一。資料41951年10月，生物學(xué)家沃森與物理學(xué)家克里克合力推出了三股螺旋的DNA結(jié)構(gòu)，他們把磷酸排在內(nèi)側(cè)，含氮堿基排在外側(cè)。當(dāng)他們邀請威爾金斯和富蘭克林前來觀看時(shí)，被兩人評價(jià)為“一無是處”，并告知他們含氮堿基應(yīng)該排列在內(nèi)側(cè)。環(huán)節(jié)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建資料5富蘭克林發(fā)現(xiàn)提高空氣的濕度，可以讓DNA的衍射圖譜發(fā)生轉(zhuǎn)變，顯然DNA易吸收水分。所以她認(rèn)為脫氧核糖核苷酸的親水磷酸基團(tuán)應(yīng)該位于DNA的外側(cè)，其余部分位于內(nèi)側(cè)。環(huán)節(jié)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建資料6奧地利生物化學(xué)家查哥夫提供了一個(gè)關(guān)于DNA中堿基數(shù)量的關(guān)鍵信息：在DNA中，腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量，鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量。環(huán)節(jié)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建資料7沃森和克里克讓A與T配對，G與C配對，構(gòu)建出新的DNA模型。在這個(gè)模型中，堿基在雙螺旋內(nèi)部，脫氧核糖—磷酸骨架在外部，A與T配對，G與C配對，DNA兩條鏈的方向是相反的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：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分子具有恒定的直徑，能夠解釋A、T、G、C的數(shù)量關(guān)系。當(dāng)他們把這個(gè)用金屬材料制作的模型與拍攝的X射線衍射照片比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)模型與基于照片推算出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)相符。環(huán)節(jié)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建資料81953年，沃森和克里克撰寫的《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型》論文在英國《自然》雜志上刊載，引起了極大的轟動(dòng)。資料91962年沃森、克里克和威爾金斯三人因這一研究成果而共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。環(huán)節(jié)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1.DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？

它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？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？3.DNA中的堿基是如何配對的？

它們位于DNA的什么部位？環(huán)節(jié)一：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建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(xué)家合作研究的典范，在科學(xué)界傳為佳話。他們的這種工作方式給予你哪些啟示？要善于利用他人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)；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；研究小組成員在知識背景上最好是互補(bǔ)的；對所從事的研究要有興趣和激情；等等。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）1.DNA的基本單位——脫氧核苷酸環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）2.脫氧核苷酸長鏈磷酸基團(tuán)與相鄰脫氧核苷酸的3'-C連接形成磷酸二酯鍵。多個(gè)脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接形成DNA分子的一條鏈。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）小組成員合作，模擬脫氧核苷酸之間的連接方式，小組成員連接成一條脫氧核苷酸長鏈。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）（1）觀察隊(duì)伍中各成員的方向，脫氧核苷酸長鏈?zhǔn)欠窬哂蟹较蛐裕刻崾荆好織l脫氧核苷酸長鏈的一端有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，由于磷酸基團(tuán)連接在脫氧核糖的5'-C上，因此這一端稱為5'-端。長鏈的另一端有一個(gè)羥基，由于羥基連接在脫氧核糖的3'-C上，因此這一端稱為3'-端。因此，脫氧核苷酸長鏈就有了方向性，一端為5'-端，另一端為3'-端。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）（2）同一條脫氧核苷酸鏈的相鄰堿基之間由什么連接？提示：同一條脫氧核苷酸鏈的相鄰堿基之間由脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖連接。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）3.DNA的結(jié)構(gòu)（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)。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）（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）一定與T（胸腺嘧啶）配對；G（鳥嘌呤）一定與C（胞嘧啶）配對。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）雙鏈DNA中有幾個(gè)游離的磷酸基團(tuán)？1個(gè)磷酸基團(tuán)與幾個(gè)脫氧核糖相連？DNA雙鏈中，連接兩個(gè)配對堿基的是什么？提示：2個(gè)。提示：1個(gè)磷酸基團(tuán)與2個(gè)或1個(gè)脫氧核糖相連。提示：氫鍵。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）1個(gè)脫氧核糖與幾個(gè)磷酸相連？雙鏈DNA的平面結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)哪個(gè)更穩(wěn)定？提示：1個(gè)脫氧核糖與2個(gè)或1個(gè)磷酸相連。提示：雙螺旋結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路一）堿基互補(bǔ)配對原則美國科學(xué)家鮑林進(jìn)一步完善了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，指出存在于鳥嘌呤和胞嘧啶之間的是3個(gè)氫鍵，而不同于腺嘌呤和胸腺嘧啶之間的2個(gè)氫鍵。氫鍵越多，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，即含G—C堿基對的比例越大，DNA的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，了解DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，并整理成表格。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）結(jié)合DNA的平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)示意圖，討論解決問題。1.DNA的基本單位是脫氧核苷酸，有同學(xué)說圖中①②③構(gòu)成一個(gè)脫氧核苷酸，有同學(xué)說②③④也是一個(gè)脫氧核苷酸，這兩種觀點(diǎn)是否正確？環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）2.DNA是由兩條脫氧核苷酸長鏈構(gòu)成的，如何確定一條脫氧核苷酸鏈的兩端？

兩條單鏈的方向是否相同？結(jié)合DNA的平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)示意圖，討論解決問題。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）3.DNA的基本骨架是由什么構(gòu)成的？DNA的內(nèi)部堿基是如何配對的？結(jié)合DNA的平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)示意圖，討論解決問題。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）4.每個(gè)DNA分子中有幾個(gè)游離的磷酸基團(tuán)？

磷酸數(shù)∶脫氧核糖數(shù)∶含氮堿基數(shù)的比例是多少？結(jié)合DNA的平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)示意圖，討論解決問題。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）5.DNA中所有的脫氧核糖都連著兩個(gè)磷酸基團(tuán)嗎？結(jié)合DNA的平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)示意圖，討論解決問題。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）6.DNA分子中堿基對的種類影響DNA的穩(wěn)定性嗎？結(jié)合DNA的平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)示意圖，討論解決問題。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）1.數(shù)量關(guān)系每個(gè)DNA分子中，游離的磷酸基團(tuán)有兩個(gè)；A—T堿基對有兩個(gè)氫鍵，G—C堿基對有三個(gè)氫鍵；脫氧核糖數(shù)=磷酸數(shù)=含氮堿基數(shù)。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）2.位置關(guān)系單鏈中相鄰的堿基通過脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖連接；互補(bǔ)鏈中相鄰的堿基通過氫鍵連接。環(huán)節(jié)二：DNA的結(jié)構(gòu)（思路二）3.化學(xué)鍵氫鍵：連接互補(bǔ)鏈中的相鄰堿基。磷酸二酯鍵：連接單鏈中相鄰的兩個(gè)脫氧核苷酸。環(huán)節(jié)三：DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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？提示：DNA雖然只含有4種脫氧核苷酸，但是堿基的排列順序是千變?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。環(huán)節(jié)三：DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.多樣性：堿基對的數(shù)量不同、排列順序千變?nèi)f化。在生物體內(nèi)，一個(gè)最短的DNA分子也大約有4000個(gè)堿基對，堿基對有A—T、T—A、G—C、C—G4種。試計(jì)算含有4000個(gè)堿基對的DNA分子有多少種。提示：有44000種。環(huán)節(jié)三：DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)人的基因組約含有31.6億個(gè)堿基對，人的DNA分子有多少種排列方式？提示：43160000000種。環(huán)節(jié)三：DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.特異性：每個(gè)DNA分子中堿基對的特定排列順序，構(gòu)成了DNA分子的特異性。DNA可以像指紋一樣用來識別身份，這種方法就是DNA指紋技術(shù)。閱讀教材中的“科學(xué)·技術(shù)·社會”，思考：如何獲得DNA指紋圖？

該技術(shù)有哪些應(yīng)用？環(huán)節(jié)三：DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在現(xiàn)代刑偵領(lǐng)域中，DNA指紋技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根頭發(fā)等樣品，刑偵人員就可以進(jìn)行DNA指紋鑒定。你能從下面的DNA指紋圖判斷出懷疑對象中誰是罪犯嗎？環(huán)節(jié)三：DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.穩(wěn)定性回顧DNA分子的結(jié)構(gòu)，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的雙螺旋結(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上的相互作用力。核心總結(jié)1.如圖為某DNA分子片段示意圖，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（

）A.圖中①②③是構(gòu)成DNA分子的基本單位B.圖中④和⑥為嘧啶，⑤和⑦為嘌呤C.①和②交替排列構(gòu)成DNA分子的基本骨架D.DNA分子中堿基對⑧越多，其熱穩(wěn)定性越低課堂練習(xí)AB2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出是20世紀(jì)自然科學(xué)的偉大成就之一。下列研究成果中，為該模型構(gòu)建提供主要依據(jù)的是（

）①赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質(zhì)②富蘭克林等拍攝的DNA衍射圖譜③查哥夫發(fā)現(xiàn)的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等④鮑林及其同事用X射線衍射技術(shù)率先解出了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)A.①②