3.2DNA的结构课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学课件聚焦DNA的结构，涵盖双螺旋结构模型的构建历程、脱氧核苷酸组成及双螺旋结构特点，通过科学家探索历程导入，结合预习检测与问题引领，搭建从化学组成到立体结构的学习支架，帮助学生逐步理解结构内涵。 其亮点在于融合生命观念（如G-C碱基对氢键数量与DNA稳定性的关系）、科学思维（归纳“五、四、三、二、一”结构要点及碱基计算规律）和探究实践（模型制作中碱基配对与反向平行操作）。采用“预习-探究-实践”模块，学生通过建模深化理解，教师可借助典型例题提升教学效率。

第2节　DNA的结构 课标定位 1.DNA双螺旋结构模型的构建 分析科学家探索DNA结构的历程,理解DNA的化学组成、平面结构和立体结构,学习科学家探索求真的科学精神。 2.DNA的结构 通过观察DNA的结构模式图和制作DNA双螺旋结构模型,掌握DNA双螺旋结构的主要特点。 素养阐释 1.以结构与功能相适应的观点,理解DNA的生物特点及功能。 2.通过学习科学家探索DNA结构的历程,认同科学探究是一个不断深化的过程;认识到科学家探索求真的科学精神以及交流合作、技术进步、多学科交叉渗透等对于科学的发展都具有重要作用。 3.通过模型制作,领悟模型构建在科学研究中的作用。 自主预习·新知导学 合作探究·释疑解惑 素 养 提 升 课 堂 小 结 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 知识点一 知识点二 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 图1 图2 (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 答案:D 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(　　) 答案:D 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=a B.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∶7 D.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。 素 养 提 升 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。 课 堂 小 结 $