高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构说课ppt课件

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构说课ppt课件，共47页。PPT课件主要包含了自主预习·新知导学，合作探究·释疑解惑，素养提升，课堂小结，知识点一，知识点二，答案D等内容，欢迎下载使用。

自主预习·新知导学
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克里克。
2.DNA结构模型的构建过程
二、DNA的结构1.DNA分子的基本组成单位——脱氧核苷酸(1)结构模式图 (2)碱基:A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)。(3)种类: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。
2.双螺旋结构的特点(1)DNA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。(2)DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,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。
3.DNA的方向性(1)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。(2)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。(3)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。
【预习检测】 1.判断正误。(1)沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的主要依据是DNA的X射线衍射图谱。(　　)(2)沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构模型中,脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。(　　)(3)双链DNA分子中一条链上的磷酸与脱氧核糖是通过氢键连接的。(　　)(4)A与T之间和G与C之间的氢键数量相等。(　　)
(5)DNA的两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(　　)(6)嘌呤只能和嘧啶发生碱基互补配对。(　　)(7)双链DNA分子中嘌呤和嘧啶的数量相等。(　　)(8)DNA由4种脱氧核苷酸组成,这4种脱氧核苷酸含有的碱基是A、U、C、G。(　　)
2.DNA酶能使DNA初步水解,可以得到(　　)A.磷酸,核糖,A、G、C、U 4种碱基B.磷酸,脱氧核糖,A、T、C、G 4种碱基C.4种脱氧核苷酸D.4种核糖核苷酸答案:C解析:DNA初步水解为组成它的基本单位,即4种脱氧核苷酸。
合作探究·释疑解惑
DNA双螺旋结构模型的构建及DNA的结构
1.沃森和克里克在构建DNA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(C)的量。
问题引领2.下图是DNA片段的结构图。请据图回答下列问题。
(1)DNA的基本单位是脱氧核苷酸。4种基本单位的区别主要体现在碱基的种类上。(2)写出图中①~⑦的名称。①碱基对,②脱氧核苷酸链,③脱氧核糖,④磷酸,⑤腺嘌呤脱氧核苷酸,⑥腺嘌呤,⑦氢键。
(3)为什么“G—C碱基对”的含量越多,DNA越耐高温?提示:G—C碱基对之间有3个氢键,而A—T碱基对之间有2个氢键,所以含“G—C碱基对”越多的DNA,其结构越稳定,越不容易被高温破坏。(4)DNA中,每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗?两条链之间的相邻两个脱氧核苷酸靠什么连接?提示:DNA中,每个脱氧核糖均连接一个碱基;而除3'-端的脱氧核糖只连接一个磷酸外,其他部位的脱氧核糖均连接两个磷酸。两条链配对的两个脱氧核苷酸之间靠氢键相连接。
归纳提升1.DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
2. 借助示意图辨析DNA分子的结构
(1)由图1可解读出以下信息。
(2)图2是图1的简化形式,a表示氢键。
3.有关DNA分子结构的2个注意事项(1)并非所有的DNA分子都是双链结构,有的DNA分子为单链结构。(2)原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为双链环状结构。
4.DNA指纹图谱的获得及该技术的应用(1)应用DNA指纹技术,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)由于每个人的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。因而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。
典型例题下图表示某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
解析:①磷酸、②脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成基本骨架。①磷酸并不能与②③组成一个脱氧核苷酸。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)。
【变式训练】 1.下列示意图能正确表示DNA片段的是(　　)
解析:DNA中存在T,不存在U,可排除A项。DNA分子的两条链是反向平行的,而B项是同向的(依据两条链中的脱氧核糖分析)。A与T之间有2个氢键,G与C之间有3个氢键,可排除C项。
2.(不定项选择题)下图是一个DNA分子的片段。从图中能得到的信息是(　　)A.DNA是双螺旋结构B.碱基严格互补配对C.嘌呤数等于嘧啶数D.两条脱氧核苷酸链反向平行答案:ABC解析:由题图可知,DNA是双螺旋结构,且两条链之间的碱基严格互补配对,即嘌呤数等于嘧啶数;从题图中不能看出两条链的方向。
与DNA结构相关的计算
问题引领结合DNA双螺旋结构模型的特点回答下列问题。
1.为什么DNA中嘌呤和嘧啶的数量相等?提示:在DNA中,A一定与T配对,G一定与C配对,所以A=T, G=C,A+G=T+C。
2.(A+T)[或(G+C)]在整个双链DNA分子中所占的比例与在每一条单链中所占的比例相等吗?为什么?提示:相等。设在双链DNA分子的一条单链中A、T的数目分别为a、b,所有碱基的数目之和为n;由于A与T配对,所以在另一条单链中,A、T的数目分别为b、a,在整个双链DNA分子中,A、T的数目分别为(a+b)、(a+b)。由上述分析可知,在双链DNA分子中,(A+T)所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都是(a+b)/n。同理可知,(G+C)在整个DNA分子中所占的比例与在每一条单链中所占的比例相等。
3.如果一条单链中(A+G)/(T+C)=m,则其互补链中(A+G)/(T+C)的值是多少?提示:1/m。双链DNA分子的一条链中(A+G)/(T+C)=m,因为A与T配对,G与C配对,所以其互补链中(T+C)/(A+G)=m,即(A+G)/(T+C)=1/m。4.若某双链DNA分子中有n个碱基对,则该DNA分子可有多少种排列方式?提示:4n种。
5.运用碱基互补配对原则分析,在所有的双链DNA中, (A+G)/(C+T)的值相同吗?在DNA的一条链中是否存在同样的规律?提示:①相同。在双链DNA中,由于A=T,G=C,所以嘌呤数等于嘧啶数,即A+G=T+C,可得(A+G)/(T+C)=1,因此双链DNA中(A+G)/(T+C)的值相同。②否,在单链DNA中不存在同样的规律,因为A与T、G与C不一定相等。
归纳提升DNA分子中碱基数量的计算规律(1)在双链DNA分子中,嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。(2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个双链DNA分子中都相同,即若在一条链中(A+T)/(G+C)=m,则在互补链及整个DNA分子中(A+T)/(G+C)=m。(此比值在不同DNA分子中具有特异性)
(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子中为1,即若在DNA一条链中(A+G)/(T+C)[或(A+C)/(T+G)]=a,则在其互补链中该比值为1/a,而在整个DNA分子中该比值为1。(此比值在不同双链DNA分子中无特异性,恒为1)
典型例题DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(A+T)/(G+C)与(A+C)/(T+G)两个比值的叙述,正确的是(　　)A.碱基序列不同的双链DNA分子,后一比值不同B.前一个比值越大,双链DNA分子的稳定性越高C.当两个比值相同时,可判断这个DNA分子是双链D.前一比值在整个双链DNA分子及其每一条单链中都相等答案:D
解析:双链DNA分子中A=T,G=C,A与T之间有2个氢键,G与C之间有3个氢键。碱基序列不同的双链DNA分子,前一比值不同,后一比值相同。前一个比值越小,双链DNA分子的稳定性越高。当两个比值相同时,这个DNA分子可能是单链,也可能是双链。
【变式训练】 1.(不定项选择题)在一个双链DNA中,碱基共有a个,鸟嘌呤有b个,则下列叙述错误的是(　　)A.脱氧核苷酸数=磷酸数=aB.碱基之间的氢键有(2a+b)个C.胸腺嘧啶有(a-b)个D.一条链中C+G有b个答案:BC
解析:DNA的基本单位是脱氧核苷酸,1分子的脱氧核苷酸是由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮的碱基组成的,因此脱氧核苷酸数=磷酸数=a,A项正确。由题干和碱基互补配对原则可推知,在该双链DNA中,A+T+G+C=a,G=C=b,A=T=(a-b-b)/2=(1/2)a-b,又因为在双链DNA中,A与T之间有2个氢键,G与C之间有3个氢键,所以碱基之间的氢键有2×[(1/2)a-b]+3b=(a+b)个,B、C两项错误。根据碱基互补配对原则可推知,在双链DNA中,一条链上的碱基C、G分别与另一条链上的G、C相等,所以一条链中C+G有b个,D项正确。
2.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种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7D.碱基排列方式共有4200种答案:C
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。计算碱基数目时,需要注意所给碱基总数为个数还是对数。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,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,故排列方式小于4200种。
制作DNA双螺旋结构模型时应注意的问题(1)严格按照实验操作程序,按结构层次从小到大,从简单到复杂依次完成。(2)制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时,注意各分子的大小比例。(3)制作含氮碱基的模型时,要注意2点。①腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的一端应剪成相互吻合的形状。同理,鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的一端应剪成另一种吻合的形状。②这两种碱基对模型的长度应相等,以保证DNA分子中两条平行链之间的距离相等。
(4)制作脱氧核苷酸长链模型时,要注意3点。①两条长链中核苷酸的个数必须相同。②两条长链并排时,必须保证碱基之间能够相互配对。③两条长链走向要相反。(5)把平面结构转成立体结构时,如发现某结构部件有扭曲现象,应予以矫正。(6)在整个制作过程中,各零件之间的连接应保持足够的牢固性,以免旋转时零件脱落。
某学生制作的以下碱基对模型中,正确的是(　　)
答案:A解析:B项中的A与T之间应该有2个氢键;C、D两项中两条单链的方向应是相反的,且D项中的G与C之间应该有3个氢键。