1、3.23.2 DNADNA的结构的结构中关村中关村DNA双螺旋结构双螺旋结构“生命生命”雕塑，雕塑，如今已被看作中关村的标志。如今已被看作中关村的标志。不朽的不朽的 双螺旋双螺旋DNA【情境导入】【情境导入】3.1.23.1.2概述概述DNADNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，通常由两条碱基互补配分子是由四种脱氧核苷酸构成的，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。1.1.制作制作DNADNA双螺旋结构模型。双螺旋结构模型。（生命观念、科学思维）（生命观念、科学思维）2.DNA2.DNA结构
2、的主要特点。结构的主要特点。（生命观念、科学思维）（生命观念、科学思维）3.3.了解了解DNADNA结构模型的建立过程。结构模型的建立过程。（科学思维、科学探究）（科学思维、科学探究）一、一、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建1.1.模型名称：模型名称：DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型2.2.构建者：沃森和克里克构建者：沃森和克里克 依据：依据：DNADNA是以是以4 4种种脱氧核苷酸脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，为单位连接而成的长链，这这4 4种脱氧核苷酸分别含有种脱氧核苷酸分别含有A A、T T、C C、G G4 4种碱基。种碱基。3.3.构建过程：构建过程：【
3、探究导学】【探究导学】1 1分子脱氧核苷酸分子脱氧核苷酸=_+_+_=_+_+_。DNADNA的基本单位是的基本单位是_,_,脱氧核苷酸脱氧核苷酸1 1分子磷酸分子磷酸1 1分子脱氧核糖分子脱氧核糖1 1分子含氮碱基分子含氮碱基含氮碱基含氮碱基脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸 1 122334455【模型建构【模型建构1 1】脱氧核苷酸脱氧核苷酸基于生物学事实和证据运用基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，体现了模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。科学思维的核心素养。【模型建构【模型建构2 2】一条脱氧核苷酸链一条脱氧核苷酸链磷酸二酯键磷酸二酯键思考：思考：这些脱氧核苷酸是如这些脱氧核苷酸
4、是如何连接成何连接成DNADNA长链的呢？长链的呢？基于生物学事实和证据运用基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，体现了模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。科学思维的核心素养。针对特定的生物学现象，针对特定的生物学现象，进行观察、提问，体现了进行观察、提问，体现了科学探究的核心素养。科学探究的核心素养。【模型建构【模型建构3 3】DNADNA双链双链DNADNA是由两条链组成的，这两条链按是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。反向平行方式盘旋成双螺旋结构。AGCT氢键ATGC材料：奥地利著名生物化学材料：奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：家查哥夫研究得出：DN
5、ADNA腺腺嘌呤（嘌呤（A A）的量总是等于胸）的量总是等于胸腺嘧啶（腺嘧啶（T T）的量）的量(A=T)(A=T)，鸟，鸟嘌呤（嘌呤（G G）的量总是等于胞）的量总是等于胞嘧啶（嘧啶（C C）的量）的量(G=C)(G=C)。思考：思考：DNA DNA是由几条是由几条链组成的？它具有怎链组成的？它具有怎样的立体结构呢？样的立体结构呢？基于生物学事基于生物学事实和证据实和证据,运用运用模型与建模等模型与建模等方法，体现了方法，体现了科学思维的核科学思维的核心素养。心素养。材料：材料：19511951年，英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供了年，英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供了DNADN
6、A的的X X射线衍射图谱。射线衍射图谱。【模型建构【模型建构4 4】DNADNA双螺旋双螺旋基于生物学事实和证据运用基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，体现了模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。科学思维的核心素养。【例【例1 1】下列关于下列关于DNADNA结构模型构建的叙述结构模型构建的叙述,错误的是错误的是()A.A.富兰克林的富兰克林的DNADNA衍射图谱为模型的构建提供了重要依据衍射图谱为模型的构建提供了重要依据B.B.根据根据DNADNA衍射图谱衍射图谱,沃森和克里克推算出沃森和克里克推算出DNADNA分子呈螺旋结构分子呈螺旋结构C.C.沃森和克里克在最初构建的双螺旋结
7、构中沃森和克里克在最初构建的双螺旋结构中,认为磷酸和脱氧认为磷酸和脱氧核糖排列在外部核糖排列在外部,碱基排列在内部碱基排列在内部,且且A A与与T T配对配对,G,G与与C C配对配对D.DNAD.DNA分子是以分子是以4 4种脱氧核苷酸为单位连接而成的种脱氧核苷酸为单位连接而成的C C在在DNA结构模型的构建过程中结构模型的构建过程中,最初并不知道最初并不知道A一定与一定与T配对配对,G一定与一定与C配对。配对。二、二、DNADNA的结构的结构AATTGGGCCATC1.DNA1.DNA的结构特点的结构特点DNADNA是由是由_条链组条链组成的，两条链按成的，两条链按_盘旋成盘旋成_结构。结
8、构。_交替连接，交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；排列在外侧，构成基本骨架；_排列在内侧。排列在内侧。碱基通过碱基通过_连接成碱基连接成碱基对，并遵循对，并遵循_原则。原则。反向平行反向平行双螺旋双螺旋脱氧核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸碱基碱基氢键氢键碱基互补配对碱基互补配对两两【警示警示】DNADNA两条链之间的脱氧核苷酸数目相等两条链之间的脱氧核苷酸数目相等两条链两条链之间的碱基、脱氧核糖和磷酸数目对应相等。之间的碱基、脱氧核糖和磷酸数目对应相等。碱基配对的关系是：碱基配对的关系是：A(A(或或T)T)一定与一定与T(T(或或A)A)配对、配对、G(G(或或C)C)一一定与定与C(C(或或G)
9、G)配对，这就是碱基互补配对原则。配对，这就是碱基互补配对原则。A A与与T T之间形成之间形成2 2个氢键，个氢键，G G与与C C之间形成之间形成3 3个氢键。个氢键。构成构成DNADNA分子的两条脱氧核苷酸链以反向平行方式盘旋成分子的两条脱氧核苷酸链以反向平行方式盘旋成双螺旋结构。双螺旋结构。根据碱基互补配对原则，双根据碱基互补配对原则，双链链DNADNA中含氮碱基数目的关系中含氮碱基数目的关系是：是：A AT T、G GC C，而单链，而单链DNADNA中，则往往是中，则往往是ATAT、GCGC。具有规则的双螺旋结构，具有规则的双螺旋结构，两条长链上的脱氧核糖与两条长链上的脱氧核糖与磷
10、酸交替排列的顺序稳定磷酸交替排列的顺序稳定不变，碱基配对的方式稳不变，碱基配对的方式稳定不变。定不变。长链中的碱基对的排列顺序长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。是千变万化的。（4 4n n种，种，n n表示碱基对数）表示碱基对数）特异性：特异性：DNADNA分子分子的的特异性特异性就体现就体现在特定的碱基在特定的碱基（对）排列顺序（对）排列顺序中。中。多样性：多样性：稳定性：稳定性：2.DNA2.DNA的特性的特性【例【例2 2】下图是某下图是某DNADNA片段的结构示意图片段的结构示意图,下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A.DNAA.DNA复制时复制时,解旋酶先将全部切割解旋酶先将全
11、部切割,再进行复制再进行复制B.DNAB.DNA分子中分子中A AT T碱基对含量高时碱基对含量高时,其稳定性较高其稳定性较高C.C.磷酸与脱氧核糖交替连接构成磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNADNA分子的基本骨架分子的基本骨架D.aD.a链、链、b b链方向相同链方向相同,a,a链与链与b b链的碱基互补配对链的碱基互补配对C CDNADNA复制是边解旋边复制。碱基复制是边解旋边复制。碱基A A与与T T之间有之间有2 2个氢键个氢键,碱基碱基G G与与C C之之间有间有3 3个氢键个氢键,因此因此G GC C碱基对含量高的碱基对含量高的DNADNA分子的稳定性较高。分子的稳定性较高。磷酸与脱
12、氧核糖交替连接构成磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNADNA分子的基本骨架。分子的基本骨架。DNADNA分子的分子的两条单链方向相反两条单链方向相反,a,a链与链与b b链的碱基互补配对。链的碱基互补配对。【拓展】【拓展】沃森和克里克发现的沃森和克里克发现的DNADNA双螺旋结构，双螺旋结构，可概括为可概括为“五种元素、四种碱基、三种物质、五种元素、四种碱基、三种物质、两条单链、一种结构两条单链、一种结构”。即：。即：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、T T、G G、C C，相对应四种脱氧核，相对应四种脱氧核苷酸苷酸三种物质：磷酸、脱氧核糖、碱基
13、三种物质：磷酸、脱氧核糖、碱基两条单链：两条反向平行的脱氧核苷酸链两条单链：两条反向平行的脱氧核苷酸链一种结构：规则的双螺旋结构一种结构：规则的双螺旋结构基于生物学事实和证据运用基于生物学事实和证据运用归纳与概括，体现了科学思归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。维的核心素养。DNADNA有关碱基数量的计算：有关碱基数量的计算：设设DNADNA一条链为一条链为1 1链，互补链为链，互补链为2 2链。链。根据碱基互补配对原则根据碱基互补配对原则可知：可知：A A1 1=T=T2 2 A A2 2=T=T1 1 G G1 1=C=C2 2 G G2 2=C=C1 1则在则在DNADNA双链中：双链
14、中：A=T A=T，G=CG=CA A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1G G 2 2DNADNA双链双链12基于生物学事实和证据运用基于生物学事实和证据运用演绎与推理，体现了科学思演绎与推理，体现了科学思维的核心素养。维的核心素养。A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链双链双链DNADNA分子中，互补的两条分子中，互补的两条 链中（链中（A+GA+G）/（T+CT+C）互为倒数。）互为倒数。嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数A+G
15、=T+C A+G=T+C 即（即（A+GA+G）/（T+CT+C）=1=121A A1 1+G+G1 1T T1 1+C+C1 1T T2 2+C+C2 2A A2 2+G+G2 2=A A1 1+C+C1 1T T1 1+G+G1 1T T2 2+G+G2 2A A2 2+C+C2 2=A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链若若1 1链：链：(A(A1 1+G+G1 1)/(T)/(T1 1+C+C1 1)=b,)=b,则则2 2链：链：(A(A2 2+G+G2 2)/(T)/(T2 2+C+C2 2)=
16、1/b)=1/b；若若1 1链：链：(A(A1 1+T+T1 1)/(G)/(G1 1+C+C1 1)=a)=a，则则2 2链：链：(A(A2 2+T+T2 2)/(G)/(G2 2+C+C2 2)=a)=a；12同理：同理：A+TA+TA+T+G+CA+T+G+C=（G+CG+C）%(G(G1 1+C+C1 1)%)%(G (G2 2+C+C2 2)%)%=A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2G G 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链21A A1 1+T+T1 1A A1 1+T+T1 1+G+G1 1+C+C1 1A A2 2+T+T2 2
17、A A2 2+T+T2 2+G+G2 2+C+C2 21.1.某双链某双链DNADNA分子中，分子中，G G占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？因为因为DNADNA分子中，分子中，A+G=T+C=50%A+G=T+C=50%。所以，所以，A=50%A=50%23%=27%23%=27%2.2.在在DNADNA的一条单链中，（的一条单链中，（A+GA+G）/（T+CT+C）=0.4=0.4，则在其互补链和整个则在其互补链和整个DNADNA分子中（分子中（A+GA+G）/（T+CT+C）分别是多少？分别是多少？3.3.若若DNADNA的一条单链中，（的一条单链中，（A+TA+T）/（G+
18、CG+C）=0.4=0.4，则在其互补链和整个则在其互补链和整个DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C分别是多分别是多少？少？2.5 12.5 10.4 0.40.4 0.4【例【例3 3】三、制作三、制作DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型1.1.材料用具：材料用具：曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等常用物品。常用物品。2.2.模型制作：模型制作：从基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，从基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过曲别针连接成通过曲别针连接成“基本单位基本单位脱氧核
19、苷酸脱氧核苷酸”模型，然后把模型，然后把脱氧核苷酸模型按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条脱氧核苷酸模型按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条DNADNA链，同样方法制作另一条，再按碱基互补配对方式，用牙签连链，同样方法制作另一条，再按碱基互补配对方式，用牙签连好两条链，再将连接好的双链固定到扭扭棒上，最后旋转。好两条链，再将连接好的双链固定到扭扭棒上，最后旋转。【例例4 4】在在“制作制作DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型”的实验中的实验中,若有若有4 4种代表碱种代表碱基的纸片基的纸片,共共2020个个,其中其中4 4个个C,6C,6个个G,3G,3个个A,7A,7个个T,T,脱氧
20、核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸之间的连接物有之间的连接物有1414个个,代表脱氧核糖的纸片有代表脱氧核糖的纸片有4040个个,代表磷酸的纸代表磷酸的纸片有片有100100个个,代表氢键的连接物若干代表氢键的连接物若干,脱氧核糖和碱基之间的连接脱氧核糖和碱基之间的连接物若干物若干,则则()A.A.能搭建出能搭建出2020个脱氧核苷酸个脱氧核苷酸B.B.搭建的搭建的DNADNA分子片段中每个脱氧核糖都与分子片段中每个脱氧核糖都与2 2个磷酸相连个磷酸相连C.C.可能搭建出可能搭建出4 47 7种不同的种不同的DNADNA分子模型分子模型D.D.实际上只能搭建出一个含实际上只能搭建出一个含4 4个碱基对的
21、个碱基对的DNADNA分子片段分子片段D D 脱氧脱氧核苷酸核苷酸发现者沃森、克里克主要特点整体：反向平行双螺旋外侧：磷酸、脱氧核糖交替排列构成骨架内侧：碱基互补配对形成碱基对排在内侧ATCG种类DNADNA的的双螺旋双螺旋结构结构组成碱基脱氧核糖磷酸成分一条：一条：3 3 5 5一条：一条：5 5 3 3A-TA-T配对配对G-CG-C配对配对【课堂小结】【课堂小结】1.1.下列关于研究材料、方法及结论的叙述下列关于研究材料、方法及结论的叙述,错误的是错误的是()A.A.孟德尔以豌豆为研究材料孟德尔以豌豆为研究材料,采用人工杂交的方法采用人工杂交的方法,发现了基因分离与自由组发现了基因分离与
22、自由组合定律合定律B.B.摩尔根等人以果蝇为研究材料摩尔根等人以果蝇为研究材料,通过统计后代雌雄个体眼色性状分离比通过统计后代雌雄个体眼色性状分离比,证证明了基因位于染色体上的理论明了基因位于染色体上的理论C.C.赫尔希与蔡斯以噬菌体和大肠杆菌为研究材料赫尔希与蔡斯以噬菌体和大肠杆菌为研究材料,通过同位素标记技术区分通过同位素标记技术区分蛋白质与蛋白质与DNA,DNA,证明了证明了DNADNA是遗传物质是遗传物质D.D.沃森和克里克以沃森和克里克以DNADNA大分子为研究材料大分子为研究材料,采用采用X X射线衍射的方法射线衍射的方法,破译了全部破译了全部密码子密码子D D沃森和克里克用构建物
23、理模型的方法研究沃森和克里克用构建物理模型的方法研究DNA的结构。的结构。【随堂训练】【随堂训练】2 2由双链由双链DNADNA的组成分析，下列相关比值在不同的组成分析，下列相关比值在不同DNADNA分子中可变的是分子中可变的是()A AT/A BT/A BG/C G/C C C(A(AT)/(GT)/(GC)DC)D(A(AG)/(TG)/(TC)C)C C3.3.“DNADNA指纹技术指纹技术”在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大,这主要是根这主要是根据据DNADNA具有具有()A.A.稳定性稳定性B.B.特异性特异性 C.C.多样性多样性D.D.可变性可变
24、性B B不同的不同的DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序各不相同分子中脱氧核苷酸的排列顺序各不相同,即即DNA分子分子具有特异性具有特异性,根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。4.4.一个一个DNADNA分子中分子中,(G+C),(G+C)占全部碱基的占全部碱基的46%,46%,又知在该又知在该DNADNA分子的一条单链中分子的一条单链中,A,A和和C C分别占该链碱基总数的分别占该链碱基总数的28%28%和和22%,22%,则在该则在该DNADNA分子另一条链的所有碱基中分子另一条链的所有碱基中,A,A和和C C分分别占别占()A.28%A.2
25、8%、22%22%B.22%B.22%、28%28%C.23%C.23%、27%27%D.26%D.26%、24%24%D D在在DNA分子中分子中,(G+C)占全部碱基的占全部碱基的46%,则在每一条单链中则在每一条单链中(G+C)占占该链碱基总数的该链碱基总数的46%,又因为在一条单链中又因为在一条单链中,A和和C分别占该链碱基总分别占该链碱基总数的数的28%和和22%,故在这条单链中故在这条单链中,G占占24%、T占占26%,则其互补链中则其互补链中C占占24%、A占占26%。5.如图是如图是DNA片段的结构图片段的结构图,请据图回答下列问题请据图回答下列问题:(1)(1)图甲表示图甲表
26、示DNA片段的片段的_结构。图乙表示结构。图乙表示DNA片段的片段的_结构。结构。(2)(2)填出图中部分结构的名称填出图中部分结构的名称：2_,5_。(3)(3)从图中可以看出从图中可以看出,DNA分子两条链的外侧是由分子两条链的外侧是由_和和_交替连接形成的。交替连接形成的。(4)(4)连接碱基对的化学键是连接碱基对的化学键是 。(5)(5)从图甲中可以看出组成从图甲中可以看出组成DNA分子的两条链的方向分子的两条链的方向是是_的的;从图乙中可以看出组成从图乙中可以看出组成DNA分子的两分子的两条链相互缠绕成规则的条链相互缠绕成规则的_结构。结构。平面平面立体立体(或空间或空间)一条脱氧核苷酸单链一条脱氧核苷酸单链腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸氢键氢键反向平行反向平行双螺旋双螺旋
