高中人教版 (2019)DNA的结构多媒体教学ppt课件

这是一份高中人教版 (2019)DNA的结构多媒体教学ppt课件，共58页。PPT课件主要包含了学习目标，问题探讨，脱氧核糖，含N碱基，平面结构，立体结构，碱基对，另一碱基对，目标二DNA的结构，稳定性等内容，欢迎下载使用。
1.概述DNA结构的主要特点(重、难点)。
2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。
3.学会按照碱基互补配对原则进行碱基计算(难点)。
坐落于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。
在确信DNA是遗传物质之后，人们更加迫切地想知道：
DNA是怎样储存遗传信息的？
又是怎样决定生物性状的？
要回答这些问题，首先需要弄清楚DNA的结构。
目标一　DNA双螺旋结构模型的构建
沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动。
在DNA中，腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T），鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
富兰克林和同事威尔金斯采用X射线衍射技术拍摄到DNA衍射图谱。
DNA双螺旋结构模型构建的过程中科学家们都做出了哪些贡献？
1.发现核酸 早在1868年，人们就已经发现了核酸。在德国化学家霍佩·赛勒的实验室里，有一个瑞士籍的研究生名叫米歇尔，他对实验室附近的一家医院扔出的带脓血的绷带很感兴趣，因为他知道脓血是那些为了保卫人体健康，与病菌“作战”而战死的白细胞和被杀死的人体细胞的“遗体”。于是他细心地把绷带上的脓血收集起来，并用胃蛋白酶进行分解，结果发现细胞遗体的大部分被分解了，但对细胞核不起作用。他进一步对细胞核内物质进行分析，发现细胞核中含有一种富含磷和氮的物质。霍佩·赛勒用酵母做实验，证明米歇尔对细胞核内物质的发现是正确的。于是他便给这种从细胞核中分离出来的物质取名为 “核素”，后来人们发现它呈酸性，因此改叫“核酸”。从此人们对核酸进行了一系列卓有成效的研究。
DNA结构模型的构建过程
2.弄清了核酸的基本化学结构 20世纪初，德国科赛尔和他的两个学生琼斯和列文的研究，弄清了核酸的基本化学结构，认为它是由许多核苷酸组成的大分子。核苷酸是由碱基、五碳糖和磷酸构成的。其中碱基有4种（腺瞟呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶），核糖有两种（核糖、脱氧核糖），因此把核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。
一分子脱氧核苷酸= + +
2.弄清了核酸的基本化学结构
DNA基本单位——脱氧核苷酸
3.20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。
四种脱氧核苷酸聚合形成多核苷酸链。
4.20世纪30年代后期，瑞典的科学家们就证明DNA是不对称的。 二战后，科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2nm。相邻两核苷酸间距相等，并得出DNA是双链的结论。
5. 20世纪40年代，测定几种生物DNA分子中4种碱基的数量关系
6. 1951年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）定量分析DNA分子的碱基组成，发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。查哥夫法则：在DNA中，腺嘌呤（A）的量=胸腺嘧啶（T）的量； 鸟嘌呤（G）的量=胞嘧啶（C）的量。
奥地利生物化学家查哥夫
7.1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
“X”形意味着DNA分子是螺旋的
沃森和克里克主要以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构
富兰克林和威尔金斯给DNA拍了多张Ｘ射线衍射图谱，他们发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
沃森和克里克认为：DNA的两条链是反向排列的。
8.沃森和克里克尝试搭建各种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但是都被否定了。
富兰克林发现并指出了他们的错误——富兰克林发现提高空气的湿度，DNA易吸收水分，DNA里亲水的磷酸基团应该位在DNA的外侧，而疏水的碱基部分应该位于内侧；而在他们的模型中，磷酸基团排列在螺旋的内部，显然是不正确的。这是解开DNA结构的重要线索。
（1）沃森和克里克尝试构建了碱基位于螺旋外部，磷酸位于内部的双螺旋结构。
推测：碱基在DNA螺旋结构的内侧，磷酸在外侧
沃森和克里克尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败
（2）据此，构建了一个将碱基安排在双链螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋外部的模型
沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型
4种碱基如何配对组合呢？
沃森和克里克首先设计让两个相同的碱基组合在一起
结果发现与推算出的DNA双螺旋结构不符，且DNA的两条链也不是反向排列的。
沃森和克里克改变了碱基配对的方式，让A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型（双螺旋模型）。
①A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径。②能够解释A=T、G=C的数量关系。③模型与X射线衍射照片比较，模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。
9.1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动。
10. 1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
早凋的“玫瑰”-人类不能忘记富兰克林伟大而无声的贡献。
请阅读教材第48-49页的资料内容，思考完成下列问题：
1．DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
DNA是由两条链构成的。这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
2．DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
3．DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律：A与T配对；G与C配对。
4．沃森和克里克默契配合，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哪些启示？
★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；★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。
1.下列关于研究材料、方法及结论的叙述，错误的是A.富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献B.查哥夫提出：在DNA中，腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量总是等 于胞嘧啶的量C.赫尔希与蔡斯以噬菌体和细菌为研究材料，通过放射性同位素标记技术区分蛋白 质与DNA，证明了DNA是遗传物质D.沃森和克里克以DNA大分子为研究材料，采用X射线衍射的方法，提出DNA的双 螺旋结构
解析　威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱，对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献，A正确；赫尔希与蔡斯以噬菌体和大肠杆菌为材料，分别用35S和32P标记噬菌体的蛋白质和DNA，证明了DNA是遗传物质，C正确；沃森和克里克通过构建物理模型的方法，提出DNA的双螺旋结构，D错误。
2.下列关于DNA结构模型构建的叙述，错误的是A.查哥夫提供的信息为模型的构建提供了重要依据B.根据DNA衍射图谱，沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构C.沃森和克里克在最初构建的双螺旋结构中，认为磷酸和脱氧核糖排列在外部，碱 基排列在内部，且A与T配对，G与C配对D.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的
解析　沃森和克里克在最初构建的双螺旋结构中，并不知道A与T配对，G与C配对，C错误。
1. DNA的基本单位
脱氧核苷酸的种类：4种
DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。
氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定。
2. DNA的结构特点
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。DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律，遵循碱基互补配对原则。
1．你能说出图中1～10的名称。
3. DNA分子的特性
一个DNA分子含有几个游离的磷酸基团？
一条脱氧核苷酸链的片段
2．为什么G//C碱基对含量越多DNA越稳定？
氢键越多，结构越稳定，而G—C碱基对之间含有的氢键多，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。
外部稳定的基本骨架、内部碱基对稳定、空间结构稳定。
3．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？
碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？
①脱氧核苷酸数目、排列顺序的千变万化
②碱基（对）的数目、排列顺序的千变万化
4．为什么可以利用DNA指纹来识别身份？
两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此可以利用DNA指纹来识别身份。
每个 DNA分子都有特定的碱基排序，储存了特定的遗传信息。
多样性使得DNA能携带大量不同的遗传信息特异性确保了不同个体的性状具明显的差异(独特性)稳定性以及严格的碱基互补配对原则确保了遗传的精确和稳定
①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成；
②内部碱基对稳定——通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对 原则，加强稳定性；
③空间结构稳定——规则的双螺旋结构。
碱基的数目和排列顺序的千变万化。
4.双链DNA碱基数目的相关计算规律
根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。请据此完成以下推论：
1. A1＋A2＝________________；G1＋G2＝________________。即：双链中A＝___，G＝___， A＋G＝______＝______＝______＝__________________。
1/2(A＋G＋T＋C)
2. A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。
即两者的关系是_____________。
3.若 ，则 =
1.某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的54%，其中α链的碱基中，22%是腺嘌呤，28%是胞嘧啶，则β链中腺嘌呤占该链碱基的比例和β链中胞嘧啶占整个DNA分子碱基的比例分别为A.24%、13% B.23%、27%C.48%、26% D.22%、28%
解析　由题意可知，双链DNA分子中G＋C＝54%，由于DNA分子中的两条链之间的配对方式是A与T配对，G与C配对，因此α链的碱基中的G＋C也占该链碱基的54%，又知α链的碱基中，A＝22%，C＝28%，因此α链中G＝54%－28%＝26%，T＝1－54%－22%＝24%，则β链中腺嘌呤占该链上所有碱基的比例即为α链中T的比例24%；β链中的胞嘧啶占整个DNA分子中所有碱基的比例即α链中G的1/2，即13%。
2.在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b，则（ ）A.b≦0.5 B.b≧0.5 C.胞嘧啶为a(1/2b-1)个 D.胞嘧啶为b(1/2a-1)个
3.从某生物组织中提取DNA进行分析，其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46% ，又知DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的 ( )A.26%　　B.24% 　 C.14% D.11%　
目标三　制作DNA双螺旋结构模型
通过制作DNA双螺旋结构模型，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、铁丝等常用物品，都可用作模型制作的材料。
制作DNA双螺旋结构模型
制作模型前首先应该进行设计，并考虑以下问题。（1）分別用哪几种材料来代表组成DNA的磷酸、脱氧核糖和碱基?这3种物质是在什么部位相互连接的?怎样将这几种材料正确地连接起来?（2）DNA中每个脱氧核苷酸之间是在什么部位相互连接的?怎样将脱氧核苷酸正确地连接起来?（3）在模型中，如何体现DNA的两条链是反向平行的?又怎样体现两条链的碱基之间互补配对?
（1）组装“脱氧核苷酸模型”
利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。
（2）制作“多核苷酸长链模型”
将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相同，碱基之间能够互补配对。
（3）制作DNA分子平面结构模型
按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。
（4）制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型
把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。
模型搭建需要注意的问题
①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。②磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。③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。
请注意示意图上脱氧核糖碳原子的位置
核苷酸的结构：磷酸基团、脱氧核糖和含氮碱基如何连接？
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?
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。
2．DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
（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。
3．你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
从碱基互补配对原则出发去思考。
1.某研究小组进行“制作DNA双螺旋结构模型”的活动。下列叙述正确的是A.制作的DNA双链模型中，四种碱基的颜色各不相同B.制作脱氧核苷酸模型时，每个磷酸上连接一个脱氧核糖和一个碱基C.制作DNA双螺旋结构模型过程中，嘧啶数与嘌呤数相等体现了碱基互补配对原则D.选取材料时，用4种不同形状的材料分别表示脱氧核糖、磷酸和碱基
解析　制作脱氧核苷酸模型时，每个磷酸上连接一个脱氧核糖，但是不连接碱基，B错误；制作DNA双螺旋结构模型过程中，嘧啶数与嘌呤数相等体现了嘧啶与嘌呤配对，但是不能体现碱基互补配对原则的全部内容，C错误；选取材料时，用6种不同形状的材料分别表示脱氧核糖、磷酸和四种碱基，D错误。