高中生物必修二第三章基因本質(zhì)第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日課程標(biāo)準(zhǔn)概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1．概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。2．制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。3．討論DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程。第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日我們身邊的生物坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑，以簡潔而獨(dú)特的雙螺旋造型吸引著過往的行人，但很少有人去注意它的旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。同樣是一座以DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的雕塑，卻因旋轉(zhuǎn)方向的問題，曾引發(fā)一起北京世紀(jì)盛典文化藝術(shù)交流有限公司起訴北京大學(xué)的雕塑合同糾紛案件。案件是由于DNA空間結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向問題引起的，那DNA到底有什么樣的化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)呢？第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1．模型名稱：________________________模型。2．構(gòu)建者：美國生物學(xué)家________和英國物理學(xué)家________。3．構(gòu)建依據(jù)(1)DNA分子是以4種________為單位連接而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有____________四種堿基。(2)威爾金斯和富蘭克林提供的DNA衍射圖譜表明DNA分子呈________結(jié)構(gòu)。第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日(3)查哥夫測(cè)定DNA的分子組成，發(fā)現(xiàn)________的量總是等于________的量；________的量總是等于________的量。第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、DNA分子的結(jié)構(gòu)1．DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)(1)DNA分子是由________條鏈組成的，這兩條鏈按__________________盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)DNA分子中的________和________交替連接，排列在________側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在________側(cè)。(3)兩條鏈上的堿基通過________連接成________，并且按________原則配對(duì)。A一定與________配對(duì)，G一定與________配對(duì)。第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日2．堿基互補(bǔ)配對(duì)原則________________________，叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。3．DNA分子的特性(1)________：脫氧核糖與磷酸交替排列的順序穩(wěn)定不變。(2)________：堿基對(duì)的排列順序各異。(3)________：每個(gè)DNA都有自己特定的堿基對(duì)排列順序。第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日4．規(guī)律(1)在兩條互補(bǔ)鏈中，________的比例互為倒數(shù)關(guān)系。(2)在整個(gè)DNA分子中，嘌呤堿基之和＝________之和。(3)整個(gè)DNA分子中，________與分子內(nèi)每一條鏈上的該比例相同。第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1．構(gòu)建者：美國生物學(xué)家沃森和英國物理學(xué)家克里克。2．構(gòu)建依據(jù)(1)DNA由6種小分子組成：脫氧核糖、磷酸和4種堿基(A、G、T、C)，這些小分子組成了4種脫氧核苷酸，再由4種脫氧核苷酸組成兩條脫氧核苷酸長鏈，進(jìn)而構(gòu)成DNA。第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日(2)威爾金斯和富蘭克林提供的DNA衍射圖譜表明DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)。(3)查哥夫測(cè)定DNA的分子組成，發(fā)現(xiàn)在不同物種中4種堿基的含量不同，但是A和T的含量總是相等，G和C的含量也相等。第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日3．構(gòu)建過程(1)沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)。(2)構(gòu)建多種不同的雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型，在不斷的研究中不斷地拋棄和重建DNA模型。(3)構(gòu)建堿基對(duì)A－T、G－C互補(bǔ)配對(duì)的雙螺旋模型，能夠解釋A、G、T、C的數(shù)量關(guān)系，也能解釋DNA的復(fù)制，并與拍攝的X衍射照片相符。第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日例1下列關(guān)于威爾金斯、沃森和克里克、富蘭克林、查哥夫等人在DNA分子結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面的突出貢獻(xiàn)的說法中，正確的是 (

)A．威爾金斯和富蘭克林提供了DNA分子的電子顯微鏡圖像B．沃森和克里克提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型C．查哥夫提出了A與T配對(duì)、C與G配對(duì)的正確關(guān)系D．富蘭克林和查哥夫發(fā)現(xiàn)A量等于T量、C量等于G量第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日[解析]

在DNA分子結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面，威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的衍射圖譜；查哥夫發(fā)現(xiàn)了A量等于T量、C量等于G量。沃森和克里克在以上基礎(chǔ)上提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。[答案]

B第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日

變式1下圖是一個(gè)DNA分子的片段，從圖中不能得到的信息是(

)A．DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)B．堿基嚴(yán)格互補(bǔ)配對(duì)C．嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)D．兩條脫氧核苷酸鏈反向平行第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日解析：題圖為DNA分子的立體結(jié)構(gòu)模式圖，磷酸與脫氧核糖交替排列的側(cè)鏈沒有體現(xiàn)方向性。答案：D第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、DNA分子的結(jié)構(gòu)1．化學(xué)組成(1)基本組成元素：C、H、O、N、P5種元素。(2)基本組成單位：4種脫氧核苷酸。①每分子脫氧核苷酸的構(gòu)成：第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日三者之間連接如圖：②脫氧核苷酸的種類：腺嘌呤(A)脫氧核苷酸鳥嘌呤(G)脫氧核苷酸胞嘧啶(C)脫氧核苷酸胸腺嘧啶(T)脫氧核苷酸第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日2．平面結(jié)構(gòu)第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日(1)一條脫氧核苷酸鏈：由一分子脫氧核苷酸中脫氧核糖上的3號(hào)碳原子與另一分子脫氧核苷酸中的磷酸通過形成化學(xué)鍵(3,5—磷酸二酯鍵)相連接。如右圖：(2)兩鏈之間的堿基對(duì)：A一定與T配對(duì)，兩堿基間形成兩個(gè)氫鍵；G一定與C配對(duì)，兩堿基間形成三個(gè)氫鍵。如下圖所示：第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日3．立體結(jié)構(gòu)——規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條長鏈反向平行盤旋形成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)：(1)兩條鏈反向平行；(2)脫氧核糖與磷酸交替連接，排列在外側(cè)；(3)堿基排列在內(nèi)側(cè)，且遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。如圖：第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日例2在DNA雙螺旋鏈中，已查明某一脫氧核苷酸對(duì)中有一個(gè)胸腺嘧啶，則該脫氧核苷酸對(duì)中還有(

)A．一個(gè)磷酸、一個(gè)脫氧核糖和一個(gè)鳥嘌呤B．兩個(gè)磷酸、兩個(gè)脫氧核糖和兩個(gè)腺嘌呤C．兩個(gè)磷酸、兩個(gè)脫氧核糖和一個(gè)腺嘌呤D．三個(gè)磷酸、三個(gè)脫氧核糖和三個(gè)鳥嘌呤第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日[解析]

一個(gè)脫氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基組成的，因?yàn)榻M成脫氧核苷酸的含氮堿基只有A、T、G、C四種，所以脫氧核苷酸只有四種。在組成DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)，兩個(gè)脫氧核苷酸分子的堿基通過氫鍵，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(A－T，G－C)形成脫氧核苷酸對(duì)，DNA雙螺旋鏈的局部如上圖所示。故選C。[答案]

C第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日變式2下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述正確的是(

)A．DNA分子的任一條鏈中A＝T，G＝CB．每個(gè)堿基分子上均連接著一個(gè)磷酸和一個(gè)脫氧核糖C．每個(gè)磷酸分子都直接和兩個(gè)脫氧核糖相連D．DNA分子兩條鏈上的A與T通過氫鍵連接第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日解析：本題運(yùn)用DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，考查學(xué)生的理解能力。解答本題時(shí)應(yīng)先明確：①DNA是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)；②在DNA分子外側(cè)，磷酸和脫氧核糖交替連接；③在DNA分子內(nèi)側(cè)，堿基A與T、G與C通過氫鍵相連，構(gòu)成堿基對(duì)。然后逐項(xiàng)分析如下：在DNA分子中，堿基遵循互補(bǔ)配對(duì)原則，即A＝T，G＝C，但是任一條單鏈不一定會(huì)出現(xiàn)A＝T，G＝C的情況，A項(xiàng)錯(cuò)；DNA分子中與堿基相連的是脫氧核糖，磷酸不與堿基連接 ，即，第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日B項(xiàng)錯(cuò)；DNA分子的每條鏈分別有一個(gè)游離的磷酸基只與一個(gè)脫氧核糖相連，其余的磷酸都與兩個(gè)脫氧核糖直接相連，C項(xiàng)錯(cuò)；雙鏈DNA分子中，一條鏈上堿基是A，另一條鏈上與之配對(duì)的一定是T，反之亦然，二者通過氫鍵連接起來，D項(xiàng)正確。答案：D第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日三、DNA分子中堿基計(jì)算的規(guī)律總結(jié)1．規(guī)律一：一個(gè)雙鏈DNA分子中，A＝T，C＝G，A＋G＝T＋C，A＋C＝G＋T，即嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)，各占全部堿基總數(shù)的50%；不互補(bǔ)配對(duì)的兩個(gè)堿基之和占全部堿基數(shù)的50%，簡記為“不配對(duì)堿基和占總數(shù)一半”。

2.規(guī)律二：雙鏈DNA分子一條鏈中的兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和的比值是另一條互補(bǔ)鏈中這一比值的倒數(shù)。

3.規(guī)律三：雙鏈DNA分子中互補(bǔ)配對(duì)的堿基之和在兩條單鏈中所占比例等于在整個(gè)DNA分子中所占比例。第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日4.規(guī)律四：在一雙鏈DNA分子中，某堿基占?jí)A基總量的比例等于每條鏈中的平均值。

第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日例3一個(gè)DNA分子的一條鏈上，腺嘌呤比鳥嘌呤多40%，兩者之和占DNA分子堿基總數(shù)的24%，則這個(gè)DNA分子的另一條鏈上，胸腺嘧啶占該堿基數(shù)目的(

)A．44%

B．24%

C．14%

D．28%第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日[解析]

畫出DNA簡圖(如下圖)。依題意，列出等量關(guān)系：(A1－G1)/G1＝40%→A1＝1.4G1①，而在整個(gè)DNA分子中：(A1＋G1)/200＝24%→A1＋G1＝48%②，聯(lián)立①②得：A1＝28%。整個(gè)DNA分子中A1＝T2，因此正確答案是D。[答案]

D第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日變式3下列關(guān)于雙鏈DNA的敘述錯(cuò)誤的是(

)A．若一條鏈上A和T的數(shù)目相等，則另一條鏈上的A和T數(shù)目也相等B．若一條鏈上A的數(shù)目大于T，則另一條鏈上A的數(shù)目小于TC．若一條鏈上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，則另一條鏈上也是A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4D．若一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，則另一條鏈為A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日解析：此題考查的知識(shí)點(diǎn)是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，即A對(duì)T，G對(duì)C，由此推測(cè)兩條鏈上互補(bǔ)堿基的數(shù)量關(guān)系是A＝T，G＝C。本題即可用此數(shù)量關(guān)系來判斷。選項(xiàng)C，若一條鏈A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，對(duì)應(yīng)出另一條鏈上T∶A∶C∶G＝1∶2∶3∶4，調(diào)整為A∶T∶G∶C的順序，應(yīng)等于2∶1∶4∶3。所以選項(xiàng)C是錯(cuò)誤的。答案：C第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日四、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1．制作原理：DNA的脫氧核苷酸雙鏈反向平行，磷酸與脫氧核糖交替連接，排列在外側(cè)。堿基排列在內(nèi)側(cè)，堿基對(duì)通過氫鍵連接，堿基互補(bǔ)配對(duì)。2．設(shè)計(jì)模型：繪出DNA模型的設(shè)計(jì)圖；確定制作的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的大小(如高度與直徑的比例)、維系立體結(jié)構(gòu)的方式；選擇代表磷酸、脫氧核糖、堿基的材料等。第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日3．制作模型(1)使用各種材料分別“制作”若干個(gè)磷酸、脫氧核糖、堿基；將各種配件整合在一起，并連接成脫氧核苷酸鏈；連接兩條脫氧核苷酸鏈，拼成DNA分子平面結(jié)構(gòu)圖；再“旋轉(zhuǎn)”成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)劃，對(duì)制作的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行檢查，對(duì)模型的不足加以修正。第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日4．需要注意的問題(1)熟悉制作模型用的各種零件代表的物質(zhì)，寫出4種堿基的字母名稱。(2)兩條鏈的長度、堿基總數(shù)一致，堿基互補(bǔ)、方向相反。(3)磷酸、脫氧核糖、堿基三者之間的連接部位要正確。(4)制作中各零件連接應(yīng)牢固，避免旋轉(zhuǎn)中脫落。(5)各組模型制作以不同數(shù)量和順序的A－T、C－G、T－A、G－C四種堿基對(duì)排列，領(lǐng)悟DNA分子的多樣性。第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日例4某同學(xué)為制作一DNA片段模型，準(zhǔn)備了10個(gè)堿基A塑料片，8個(gè)堿基T塑料片，40個(gè)脫氧核糖和磷酸的塑料片，那么還需準(zhǔn)備堿基C塑料片數(shù)目是 (

)A．8

B．12C．16 D．24第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日[解析]

DNA分子遵循嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，A與T、C與G配對(duì)，現(xiàn)有8個(gè)T，需要的A的數(shù)量也應(yīng)是8個(gè)，4種脫氧核苷酸分子中都含1個(gè)磷酸和1個(gè)脫氧核糖，除掉A與T消耗的8×2＝16個(gè)核糖和磷酸塑料片外，還需24個(gè)塑料片，因C與G數(shù)量相等，故需要24÷2＝12個(gè)C塑料片。[答案]

B第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日變式4在制作DNA雙螺旋模型時(shí)，各“部件”之間需要連接。下列結(jié)構(gòu)連接中錯(cuò)誤的是(

)答案：B第四十頁，共四十六頁，2022年，8月28日1.在DNA分子的一條單鏈中，相鄰的堿基A與T是通過下列哪種結(jié)構(gòu)連接起來的(

)A．氫鍵B．—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—C．肽鍵D．—磷酸—脫氧核糖—磷酸—第四十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日解析：同一條脫氧核苷酸鏈中的相鄰堿基A與T通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接，如右圖所示。答案：B