3.2 DNA分子的结构课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

必修二 第3章 基因的本质 第2节 DNA分子的结构 1.通过讨论DNA双螺旋结构模型构建过程，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。（科学探究） 2.制作DNA双螺旋结构模型，学会计算DNA分子中的碱基数量。（学科思维） 3.解析DNA的双螺旋结构，概述DNA结构的主要特点，理解DNA的碱基互补配对原则。 4.说明碱基的排列顺序编码了遗传信息，理解DNA结构多样性和特异性的原因。 学习目标 课标要求 概念3 遗传信息控制生物性状，并代代相传 3.1亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上 3.2 概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，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 肺炎链球菌体内转化实验 格里菲斯 肺炎链球菌体外转化实验 艾弗里 噬菌体侵染大肠杆菌实验 赫尔希、蔡斯 3 肺炎链球菌体内转化实验 格里菲斯 肺炎链球菌体外转化实验 艾弗里 噬菌体侵染大肠杆菌实验 赫尔希、蔡斯 4 任务一 梳理DNA结构的探索历程 活动1：回顾脱氧核苷酸和DNA的单链结构 思考-1：DNA的中文全称是什么？DNA的组成元素有哪些？DNA的基本单位是什么？ 脱氧核糖核酸 C H O N P 脱氧(核糖)核苷酸 DNA的中文全称：_________________ DNA的组成元素：_________________ DNA的基本单位：_________________ 任务一 梳理DNA结构的探索历程 活动1：回顾脱氧核苷酸和DNA的单链结构 思考2：脱氧核苷酸由哪几个部分构成,磷酸和碱基分别连接在脱氧核糖的几号碳上？形成DNA的脱氧核苷酸有哪几种?请完成脱氧核苷酸的结构简式。 4种； 1分子脱氧核苷酸 = + + . 1分子磷酸 1分子脱氧核糖 1分子含氮碱基 碱基 磷酸 A 腺嘌呤 T 胸腺嘧啶 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 任务一 梳理DNA结构的探索历程 活动1：回顾脱氧核苷酸和DNA的单链结构 思考-3：脱氧核苷酸之间通过什么化学键连接形成长链，在什么部位连接？请画出由多个脱氧核苷酸所形成的脱氧核苷酸链。 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 腺嘌呤脱氧核苷酸 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 核苷酸分子的连接方式 3',5'-磷酸二酯键 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 【思考】 哪一端是3'端？哪端是5'端？ 每个磷酸分子都与两个五碳糖相连么？ 克里克 帮助理解生物学的内容 帮助理解晶体学原理 沃森 任务一 梳理DNA结构的探索历程 活动2：回顾脱DNA双螺旋结构的构建过程 课本第48~49页 9 任务一 梳理DNA结构的探索历程 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 课本第48~49页 富兰克林 威尔金斯 X射线衍射技术 英国物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。 沃森和克里克以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构。 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 图像越清晰，参数计算越精确 11 (A) (B) (C) (D) DNA衍射图谱说明什么问题 H Schmitzer, et al. The Physics Teacher, 2011,49:140-143. 从衍射图谱获取的信息： （A）X 形说明DNA结构是螺旋形的； （B）菱形说明DNA分子是长链； （C）直线的间距是DNA分子重复单元（一个完整的螺旋）的间距； （D）缺少了两条直线，是这是因为另一条螺旋的干扰。  活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 问题1：脱氧核苷酸双螺旋?三螺旋? 脱氧核苷酸单链 脱氧核苷酸 资料1：威尔金斯和富兰克林给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。 双螺旋 两条链反向平行 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 问题2：碱基位于螺旋结构的内部还是外部? 资料2：嘌呤和嘧啶碱基具有疏水性，脱氧核糖和磷酸具有亲水性。 √ × 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 A P T P C P G P T P 问题3：碱基如何配对？ 沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但是这个结构又被否定了，为什么？ 我们先来分析下这四种碱基的化学结构 T P G P C P T P A P 15 相同碱基配对，DNA的直径不固定 → 嘌呤与嘧啶配对 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 碱基 （N） 嘌呤 嘧啶 两个环（更长） 一个环（更短） 资料3：DNA螺旋的直径是固定的，均为2nm。 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 查哥夫：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。 不同生物来源DNA中碱基的含量（%） 物种 腺嘌呤 胸腺嘧啶 鸟嘌呤 胞嘧啶 人（肝脏） 30.3 30.3 19.5 19.9 结核杆菌 15.1 14.6 34.9 35.4 果蝇 27.3 27.6 22.5 22.5 玉米 25.6 25.3 24.5 24.6 脉孢霉菌 23.0 23.3 27.1 26.6 大肠杆菌 24.6 24.3 25.5 25.6 海胆 32.8 32.1 17.7 18.4 A（腺嘌呤）=T（胸腺嘧啶） G（鸟嘌呤）=C（胞嘧啶） → A与T配对，C与G配对 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 腺嘌呤（A） 胸腺嘧啶（T） 满足查哥夫定律，碱基排列在内部（符合衍射图计算的参数）。 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） A－T：2个氢键；　　 C－G：3个氢键　　 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 C T T G A C A G a.这是DNA的最终结构吗？ 不是，因为它还是平面结构 b.它的立体结构是？ 双螺旋 c.变成双螺旋结构后会是怎样的？ 19 DNA的平面结构： C T T G A C A G DNA双螺旋结构： 20 结果发现： 当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 沃森和克里克搭建的DNA 双螺旋结构模型 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 威尔金斯、克里克和沃森： 1962年诺贝尔生理学与医学奖 瑞典斯德哥尔摩音乐厅，诺贝尔奖颁奖典礼上的合影。 左一：威尔金斯；左三：克里克；右二：沃森 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 活动2：回顾DNA双螺旋结构的构建过程 与DNA双螺旋失之交臂的鲍林 莱纳斯·鲍林 Linus. C. Pauling 1901-1994 鲍林和科里1953年发表于 《美国国家科学院院刊》(PNAS) 的文章指出DNA为三螺旋结构。 插图是三螺旋结构的俯视图。 内侧为三条脱氧核糖和磷酸构成的骨架，外侧 为含氮碱基。 课本第49页 讨论： （1）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？ （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？ （3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？ （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那些启示？ 思考·讨论 两条链；按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构 脱氧核糖和磷酸；DNA的外侧 通过氢键连接形成碱基对(A与T配对，G与C配对)；DNA的内侧 善于利用他人的研究成果和经验;善于与他人交流、合作；研究小组成员的知识背景最好是互补的；研究的兴趣等。 （1）威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈螺旋结构 (　　) （2）查哥夫威尔金斯和富兰克林测定DNA的分子组成,发现A的量总是等于U的量，G的量总是等于C的量 ( ) （3）沃森和克里克构建的DNA分子双螺旋结构模型中，磷酸—脱氧核糖骨架排列在螺旋内部，碱基排列在螺旋外部 (　　) （4）沃森和克里克研究DNA分子的结构时,运用了构建物理模型的方法(　　) （5）DNA的X射线衍射实验证明看DNA是遗传物质（ ） 【正误判断1】(检测目标1) √ × 沃森和克里克 × A=T × × 思考1：DNA一条单链的两个末端分别是什么？如何分辨？请在右图中标出3'端和5'端。 思考2：两条链之间靠什么键连接？遵循什么原则？请在右图中画出DNA的另一条链。 活动3：观察DNA双螺旋结构模型 游离的磷酸基团 5'-端 3'-端 羟基(-OH) 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P 5'-端 3'-端 氢键 活动3：观察DNA双螺旋结构模型 视频网址：https://www.bilibili.com/video/BV1e54y1f7Pt/?spm_id_from=333.788&vd_source=d8274fa4dd2dcdf70b821e685c0cde06 DNA双螺旋结构的主要特点: （1）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）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，并且碱基配对具有一定的规律：A=T和C=G。 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P 碱基之间的这种一一对应的关系， 叫作碱基互补配对原则。 5' 5' 3' 3' DNA的结构模式图 氢键 碱基对 课本第50页 (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呢？ 在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对。请同学们计算DNA分子有多少种？ 44000种 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P DNA中的遗传信息蕴藏在哪里呢？ 碱基的排列顺序千变万化。 思考3：制作DNA双螺旋结构模型应按照什么步骤？ 课本第51页 碱基对的排列顺序代表遗传信息 种类：4n（n为碱基对的数目） 一般来说，一个较短的DNA分子有4000个碱基对，其排列顺序的组合是几近无穷的。 体现DNA分子的多样性。 思考3：制作DNA双螺旋结构模型应按照什么步骤？ 课本第51页 (2)DNA是如何维系它的稳定性的？ 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P ① 靠碱基对之间的氢键维系两条链的偶联； 思考3：制作DNA双螺旋结构模型应按照什么步骤？ 课本第51页 ②在DNA的双螺旋结构中，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。（第②点只作了解） 思考4：研究表明：DNA结构的稳定性与四种碱基的含量有关：G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。这是为什么呢？ 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 脱氧 核糖 P T C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P G和C形成三个氢键，A和T只形成两个氢键。氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定。 体现DNA分子的稳定性。 双螺旋结构（磷酸二酯键和氢键）保证DNA分子能够精确的自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性。 课本第51页 活动3：观察DNA双螺旋结构模型 思考5：为什么每个DNA结构模型都与众不同？不同生物的DNA是否也不同？ DNA指纹技术（P52） 体现DNA分子的特异性。 活动3：观察DNA双螺旋结构模型 ③稳定性： 脱氧核糖和磷酸基团交替连接的方式不变； 两条链间碱基互补配对的方式不变等 ①多样性： 不同的DNA分子，所含的碱基对数量不同，碱基对的排列顺序千变万化 ②特异性： 每个DNA分子都有其特定的碱基排列顺序，蕴含着特定的遗传信息 DNA的碱基排列种类=4n种（n为碱基对的数目） DNA分子作为遗传物质具有的特性及其原因 （1）DNA分子由四种脱氧核苷酸组成，这四种脱氧核苷酸含有的碱基是A、T、C、G （ ） （2）DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸盘旋而成（ ） （3）一个DNA分子中1个磷酸均与2个脱氧核糖相连(　　) （4）DNA两条链上的碱基通过氢键相连(　　) （5）每个DNA分子中，脱氧核糖数＝磷酸数＝含氮碱基数(　　) （6）DNA中A与T碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强(　　) 【正误判断2】(检测目标1) √ √ 相反 × C/G × √ × 1. 某DNA片段的一条单链的核苷酸顺序为：5’-ATGCCTGA-3’，则其互补链的序列为( ) A. 5’-ATGCCTGA-3’ B. 5’-TCAGGCAT-3’ B. 5’-TACGGACT-3’ D. 5’-UCAGGCAU-3’ 2.下面是4位同学拼制的DNA分子部分平面结构模型，正确的是 ( ) 　 【对位训练】 B B 3. 在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含15对碱基(其中A有9个)的DNA双链片段(氢键数也用订书钉个数表示)，那么使用的订书钉个数为 (　　) A．88 B．118 C．124 D．126 【对位训练】 C 4.如图所示为刑事侦查人员为侦破案件，搜集获得的DNA指纹图。下列相关叙述错误的是( ) 【对位训练】 D A.怀疑对象中1号最可能是犯罪分子B.DNA指纹技术可识别身份，源于DNA分子的特异性C.可从精液、血液、毛发等样品中提取DNAD.若为双胞胎，则两人的指纹相同，DNA指纹也相同 1.回顾本节课的内容，完善学历案和课本的笔记； 2.完成课本第52页的题目。 3.完成学历案剩余的全部内容。 作业 一、概念检测 1．DNA 两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。 （1）DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基。 （ ） （2）在DNA的双链结构中，碱基的比例总是（A+G）/（T+C）=1。 （ ） → 嘌呤数=嘧啶数 练习与应用 概念检测 课本P52 2．下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩ 的名称。 ① ；② ； ③ ；④ ； ⑤ ；⑥ ； ⑦ ；⑧ ； ⑨ ； ⑩ 。 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 脱氧核糖 磷酸 脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸链的片段 练习与应用 概念检测 课本P52 3.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 4.一条DNA单链的序列是5'-GATACC-3',那么它的互补链的序列是 （ ） A. 5'-CTATGG-3' B. 5'-GATACC-3' C. 5'-GGTATC-3' D. 5'-CCATAG-3' C C 概念检测 课本P52 练习与应用 42 根据碱基互补配对原则，DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，保证了遗传信息传递的准确性。 碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义? 拓展应用 课本P52 练习与应用 根据碱基互补配对原则可知： A1= , T1= , C1= , G1= 。 T2 A2 G2 C2 任务二 根据DNA双螺旋结构的特点，完成DNA相关的计算 活动1：请完成以下计算，并总结出相应的规律 根据碱基互补配对原则可知， A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 1. A1＋A2＝________；G1＋G2＝________。即：双链中A＝__，G＝__， A＋G＝______＝______＝______＝ T1＋T2 C1＋C2 T C T＋C A＋C T＋G 1/2(A＋G＋T＋C) 规律一：双链DNA分子中嘌呤总数等于嘧啶总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 针对训练1.某生物细胞DNA的碱基中，腺嘌呤的分子数占22%，那么，胞嘧啶的分子数占（ ） A.11% B.22% C.28% D.44% C C=50%–22%=28% 活动1：请完成以下计算，并总结出相应的规律 规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，记为“补则等” 2. A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。 A2＋T2 G2＋C2 = A1+T1 N1 A2+T2 = N2 A+T N = C1+G1 N1 C2+G2 = N2 C+G N 针对训练2.某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是（ ） A.35% B.29% C.28% D.21% A 即两者的关系是_____________。 T1+G1 = m A1+C1 T2+G2 A2+C2 m 1 互为倒数 规律三:非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数,简记为”不补则倒” = 3.若 ， 则 针对训练3 某DNA双链中， 一条链中 则互补链中的比值是 。 一条链中 则互补链中的比值是 。 = A+T C+G 0.4 = A+C T+G 0.4 0.4 2.5 4.若 ， 则 N1 = a A1 N2 A2 规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。 =b N = A a+b 2 （1）一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应是______个。 （2）DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____ 60 29% 【对位训练5】经测定,青蛙体细胞中一段DNA分子中A有600个,占全部碱基总数的24%。那么,该DNA片段中C所占比例和数量分别是(　　) A.24%, 600个 B.24%, 650个 C.26%, 600个 D.26%, 650个 D 【对位训练4】 1. （检测目标2） 下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是 （ ） A．一般情况下，每个DNA分子含有四种脱氧核苷酸 B．每个DNA分子中，都是碱基数等于磷酸数等于脱氧核苷酸数等于脱氧核糖数 C．一段双链DNA分子中，若含有30个胞嘧啶，会同时含有30个鸟嘌呤 D．每个脱氧核糖均只与一个磷酸和一个含氮碱基相连 D 【检测与作业】 2.（检测目标2）如图为某双链DNA(由甲链和乙链组成)的局部结构简图，图中数字①～⑥表示不同物质或化学键。下列叙述正确的是(　　) A．图中⑤为氢键，且③与④可为A—T碱基对或G—C碱基对 B．图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过氢键连接 C．图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团 D．图中甲链与乙链方向相反，但两条链碱基排列顺序相同 C 【检测与作业】 3. （检测目标3）已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的(　　) A．32.9%，17.1% B．31.3%，18.7% C．18.7%，31.3% D．17.1%，32.9% B 【检测与作业】 5.（检测目标3）某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子(　　) A．四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝4∶4∶7∶7 B．若该DNA中A为p个，占全部碱基的n/m(m>2n),则G的个数为pm/2n－p C．碱基排列方式共有4200种 D．含有4个游离的磷酸基团 B 【检测与作业】 6.（检测目标3）DNA一条单链中(A+G)/(T+C)=0.4，上述比例在其互补单链和整个DNA分子中为(　　) A.0.4、0.6 B.2.5、1.0 C.0.4、0.4 D.0.6、1.0 7.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 B 【检测与作业】 C 8. （检测目标3）下图是DNA片段的结构图，请据图回答： 平面 【检测与作业】 （1）图甲是DNA片段的__________结构，图乙是DNA片段的__________结构。 立体 （2）填出图中各部分的名称：［1］_________、［2］___________________、［3］______________、［4］_________、［5］_____________________________、［6］______________、［7］_______。 （3）从图中可以看出DNA分子中的两条长链外侧是由__________________和__________交替连接的。 （4）连接碱基对化学键是_______，碱基配对的方式有两种：即_______与_______配对；_______与_______配对。 碱基对 【检测与作业】 1条脱氧核苷酸链片段 脱氧核糖 磷酸 腺嘌呤 氢键 脱氧核糖 磷酸 氢键 A T C G （5）若甲图是含有200个碱基的DNA片段，其中碱基间的氢键共有260个。则该DNA片段中共有腺嘌呤_____个，C和G构成的碱基对共________对；在DNA分子稳定性的比较中，_______碱基对的比例越高，DNA分子稳定性越高。 （6）从图甲可以看出组成DNA分子的两条链的方向是__________的，从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成__________的______________结构。 【检测与作业】 40 60 C和G 相反 规则 双螺旋 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $