3.2DNA分子的结构课件-2025-2026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分子的结构，围绕其构建过程、结构特点、特性及相关计算展开，通过“DNA如何储存遗传信息”等问题导入，以科学史料（如沃森和克里克的研究、富兰克林的X射线衍射等）为支架，串联脱氧核苷酸组成到双螺旋结构的知识脉络。 其亮点在于以科学史探究为主线，结合资料分析（如查哥夫碱基数量关系）和模型建构（不同链数尝试），培养科学思维与探究实践。通过问题驱动和例题解析（如碱基计算规律推导）落实结构与功能观（生命观念），助力学生提升逻辑推理能力，教师可高效渗透核心素养。

在对DNA结构的探索中，于1953年摘取桂冠的是两位年轻的科学家---美国生物学家沃森和英国的物理学家克里克。 沃森 克里克 1、DNA分子是怎样储存遗传信息的？ 2、DNA分子是怎样决定生物的性状？ 大多数生物体的遗传物质是DNA，所以：DNA是主要的遗传物质。 第2节：DNA分子的结构 第三章 基因的本质 DNA结构？ 沃森，美25，克里克，英37 在确信DNA是生物体的遗传物质后，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。 1 一、DNA结构模型的构建 资料1:20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是 。 脱氧核苷酸 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 A G C T 磷酸 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 脱氧 核糖 2 3 4 5 2 1 资料2:DNA是由许多个“脱氧核苷酸”连接而成的长链。 思考：如何连接呢？ 3'，5'-磷酸二酯键 3'，5'-磷酸二酯键 … 一条脱氧核苷酸链（单链） 不叫DNA分子 3 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。 富兰克林（英）根据三条链的模型计算出的含水量仅为实测值的1/10 资料3 结论 DNA可能由两条或三条链组成。 资料4 结论 DNA由两条链组成 一条链组成的DNA：直径＜2nm 两条链或三条链组成的DNA：直径≈2nm 四条链组成的DNA：直径＞2nm “富兰克林”和“威尔金斯”应用Ｘ射线衍射技术，拍摄了多张“DNA衍射图谱”，发现DNA翻转180°后，翻转的图谱与未翻转的一模一样。 资料5 翻转180° 【模型建构】下图是具有三个碱基对的两条链排布的情况： 可能性2 可能性1 可能性3 5 可能性2 可能性1 可能性3 翻转180° 可能性1 可能性2 可能性3 √ √ 6 科学家曾对脱氧核苷酸的化学结构进行分析，发现磷酸基团具有亲水性，碱基具有疏水性，不同的碱基之间还可以形成氢键。 资料6 × √ 可能性1 可能性3 注意：这种配对原则称为“碱基互补配对原则” 1952年，沃森和克里克从查哥夫那里得知了一条重要信息：DNA分子中（双链中）A的量总是等于 的量，G的量总是等于 的量。 T C 资料7 A-T，G-C碱基对具有相同的直径和形状 这样组成的DNA分子具有恒定的直径，能够解释A、T、G、C的数量关系。 这让沃森和克里克十分兴奋，他们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(图B)。在这个模型中，A与T配对，G与C配对，DNA两条链的方向是相反的。结果发现:A-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，能够解释A、T、G、C的数量关系。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。 8 ：“沃森”和“克里克”以威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱 ，推算出DNA呈 结构。 螺旋 DNA双螺旋结构 DNA衍射图谱 资料8 1953年4月25日 沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型 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。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。 1953年4月25日，英国《自然》杂志同时刊登了三篇论文，一篇是沃森和克里克的、一篇是威尔金斯的、一篇是富兰克林的。同时刊登其实是布拉格和国王学院的两位院长商议决定的，因为沃森和克里克的论文中用到了威尔金斯和富兰克林的论文结论，而那两篇论文还没发表。 1962年，沃森、克里克、威尔金斯同时获得了诺贝尔生理学或医学奖。可惜富兰克林在四年前因为癌症去世了。DNA的双螺旋结构由此为世人所知。 10 衍射图谱　 A　T　C　G 螺旋 外 外 内 相同 A＝T　G＝C T C 小结、DNA结构模型的构建 例1、下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是 (　　) A．沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA分子是以4种脱氧核苷酸(碱基为A、T、G、C)为单位连接而成的长链的基础上 B．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 C．沃森和克里克曾尝试构建了多种模型，但都不科学 D．沃森和克里克最后受腺嘌呤(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)的量的启发，构建出了科学的模型 B 沃森和克里克以威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA分子呈螺旋结构。 12 例2．下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA分子结构构建方面的突出贡献的说法，正确的是(　　) A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像 B．沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型 C．查哥夫提出了A与T配对，C与G配对的正确关系 D．富兰克林和查哥夫发现A的量等于T的量、C的量等于G的量 B 【解析】在DNA分子结构构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱；查哥夫发现了A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量；沃森和克里克在此基础上提出了DNA分子的双螺旋结构模型。 13 1、结构特点 （1）DNA分子是由 条链组成，这两条链 按 方式盘旋成 结构。 （2）DNA分子中的 交替连接，排列在 侧，构成基本骨架； 在内侧。 （3）两条链上的碱基通过 连结起来，形成碱基对，且遵循 原则。 两 反向平行 双螺旋 脱氧核糖和磷酸 外 碱基 氢键(2个或3个) 碱基互补配对 二、DNA分子的结构 观察DNA的结构模式图，思考并填写以下问题： DNA分子的结构特点 1、每个DNA片段有游离磷酸基团几个？ 3、在DNA分子中，嘌呤碱基和嘧啶碱基的 数量是否相等？ 单链中呢？ 4、单链中，相邻碱基怎样连接? 5、双链中，相邻碱基怎样连接? 6、为什么“G、C”碱基对的含量越多， DNA越耐高温（越稳定）？ 2、DNA分子中磷酸、脱氧核糖、碱基数量 有怎样的关系？ 观察DNA的结构模式图，思考以下问题： 2 1：1：1 相等 不一定 氢键 脱氧核糖--磷酸—脱氧核糖 7、DNA分子中，每一个磷酸都与两个脱氧核糖相连？ 7、DNA分子中，是不是每一个磷酸都与两个脱氧核糖相连 15 例题、经过对某生物体内的核酸成分的化学分析得知，该生物体内的核酸中，嘌呤占58%，嘧啶占42%，由此可以判断 (　　) A．此生物体内的核酸一定是DNA B．该生物一定不含DNA而只含RNA C．若此生物只含DNA，则一定是单链的 D．若此生物含DNA，则一定是双链的 C 【解析】因该生物核酸中嘌呤数和嘧啶数不等，故可能是只含有RNA，或同时含有DNA和RNA，或只含单链DNA。 16 两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是 的。 A A A T T T G G G G C C C A T C 观察DNA的结构： 长链中的碱基对的排列顺序是 的。（ ） 稳定不变 千变万化 遗传信息 附录1：菌株SXL-107 18S rDNA全序列测定结果（ 1265 ） （正向引物5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3'，反向引物5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3' ） AGGAAAGATCTTAGTCGGGTGAATGATTCGATTCGAGCTCGGTACCCGGGGATCCTCTAGAGATTTCCGTAGGTGAACCTGCGGAAGGATCATTATGAATTAAAAATATTTGTGAAATTTCAACAAACAACATCAATTTTATAGTCTATTATTTTTAATTAAAACTTTTAACAATGGATCTCTTGGTTCTCGTATCGATGAAGAACGCAGCGAAACGCGATATTTCTTGTGAATTGCAGAAGTGAATCATCAGTTTTTGAACGCACATTGCACTTTGGGGTATCCCCCAAAGTATACTTGTTTGAGCGTTGTTTCTCTCTTGGAATTGCTTTGCTCTTCTAAAATTTCGAATCAAATTCGTTTGAAAAACAACACTATTCAACCTCAGATCAAGTAGGATTACCCGCTGAACTTAAGCATATCAATAAGCGGAGGAAATCGTCGACCTGCAGGCATGCAAGCTTGGCACTGGCCGTCGTTTTACAACGTCGTGACTGGGAAAACCCTGGCGTTACCCAACTTAATCGCCTTGCAGCACATCCCCCTTTCGCCAGCTGGCGTAATAGCGAAGAGGCCCGCACCGATCGCCCTTCCCAACAGTTGCGCAGCCTGAATGGCGAATGGCGCCTGATGCGGTATTTTCTCCTTACGCATCTGTGCGGTATTTCACACCGCATATGGTGCACTCTCAGTACAATCTGCTCTGATGCCGCATAGTTAAGCCAGCCCCGACACCCGCCAACACCCGCTGACGCGCCCTGACGGGCTTGTCTGCTCCCGGCATCCGCTTACAGACAAGCTGTGACCGTCTCCGGGAGCTGCATGTGTCAGAGGTTTTCACCGTCATCACCGAAACGCGCGAGACGAAGGGGCCTCGTGATACGCCTATTTTTATAGGTTAATGTCATGATAATAATGGTTTCTTAGACGTCAGGTGGCACTTTTCGGGGAAATGTGCGCGGAAACCCTATTTGTTATTTTTCTAAATACATTCAAATATGTATCCGCTCATGAGACATACCCTGATAAATGCTTCAATAATATGGAAAAGGAGAGTATGAGTATTCACATTTCCGTGTCGCCTTAGTCCCTTTTTTGCGCATTTTGCCCTTCTGTTTTGCTTCACCCAGGAACGCTGGGTGAAGTAAAAGATGGCCTGAGAATCAGCTGACTGACGATTGCTTACAATCAACTGAATCTCAAACGCGTTAGATCCTGGAAGGGTTTCCCGGAAACGTTTCCAATGTAGAGAAACCATTTGAGAC 18 1265个。真核生物的核糖体小亚基RNA的编码DNA C、H、O、N、P A、T、G、C 脱氧核糖 脱氧核苷酸 脱氧核苷酸链 DNA双螺旋结构 2、DNA分子的结构层次 19 五种元素： C、H、O、N、P 四种碱基： A、G、C、T， （4种碱基对） 四种脱氧核苷酸 三种物质： 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 两条长链： 两条反向平行的脱氧核苷酸链 一种螺旋： 规则的双螺旋结构 小结 1．下图为核苷酸链结构图，下列叙述正确的是 (　　) A．能构成一个完整核苷酸的是图中的b B．图中每个五碳糖都只有1个碱基与之直接相连 C．各核苷酸之间是通过氢键连接起来的 D． DNA分子中，每一个磷酸都与两个脱氧核糖相连 B 【解析】核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子碱基按一定的规律连接而成，图中的a正确，而b中磷酸的连接位置不正确，A错误；由题图可知，每个五碳糖都只有1个碱基与之直接相连，B正确；核苷酸之间通过磷酸二酯键即图中③相连形成核苷酸链，C正确；脱氧核苷酸根据碱基不同分为腺嘌呤脱氧核苷酸、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，因此若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是胸腺嘧啶T，D正确。 21 2、 DNA分子是由两条反向平行的 长链形成，排在外侧的磷酸和 交替连接构成基本骨架，通过 连接起来的 排列在内侧。碱基对的组成规律 （A）一定与 （T）配对，G鸟嘌呤一定与 （C）配对，反之亦然，这种一一对应的关系叫做 原则。 脱氧核苷酸 脱氧核糖 氢键 碱基对 胞嘧啶 腺嘌呤 胸腺嘧啶 碱基互补配对 3、在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是（ ） A．含胸腺嘧啶32%的样品　 B．含腺嘌呤17%的样品 C．含腺嘌呤30%的样品　　　 D．含胞嘧啶15%的样品 B 22 4．下列关于DNA结构的叙述中，错误的是 (　　) A．大多数DNA分子由两条核糖核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构 B．外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基 C．DNA两条链上的碱基间以氢键相连，且A与T配对，C与G配对 D．DNA的两条链反向平行 5．下列关于DNA分子结构的说法中，不正确的是 (　　) A．在一个DNA分子中总是含有两个游离的磷酸基团 B．DNA分子的基本骨架由“……—磷酸—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—……”构成 C．两条单链能结合在一起与氢键的作用密切相关 D．DNA分子中G与C所占比例越大，结构越稳定 A A 【解析】大多数DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构，A错误；DNA分子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，B正确；DNA两条链上的碱基间以氢键相连，并且碱基配对有一定的规律，即A与T配对，C与G配对，C正确；DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，D正确。 【解析】链状的双链DNA分子中含有两个游离的磷酸基团，但环状的双链DNA分子不含有游离的磷酸基团，A项错误；“……—磷酸—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—……”构成DNA分子的基本骨架，B项正确；两条单链依赖于碱基对之间氢键的作用联系在一起，C项正确；DNA分子中G与C之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，所以C与G所占比例越大，结构越稳定，D项正确。 23 三、DNA分子的特性 1）多样性：DNA中碱基对的排列顺序千变万化。 情境1：一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G（ 有4000个碱基对）。请同学们计算其DNA分子最多有多少种？ 4 种 4000 3) 稳定性： 情境3：两条链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序是否不变？碱基的配对方式是否不变？ 2）特异性： 每种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序。 情境2：假设人类第1号染色体的第1个基因是由17个碱基对随机排列构成的，那么，你与同桌相比，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性有多大？ ４-17X４-17 不变 25 思考：真核生物的“遗传物质” 等同于“染色体”吗？“DNA”等同于“基因”吗？ 例、下图能正确表示染色体、DNA、基因三者之间关系的是 (　　) C 【解析】基因主要位于染色体上，基因是有遗传效应的DNA片段。 26 （一）DNA水解产物、氢键数目的计算 1、DNA水解产物：初步水解产物是 ，彻底水解产物是 。 2、氢键数目计算：若碱基对为n，则氢键数为2n～3n；若已知A有m个，则氢键数为 。 3n－m （四种）脱氧核苷酸 磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基（6种） 四、与DNA有关的计算 1、某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤(G)占36%，胸腺嘧啶(T)数目为_____ 14% （二）碱基（对）数目的计算 规律1：DNA分子中任意两不互补碱基之和恒等于碱基总数的50% ∵A=T， G=C ∴ A+G=T+C = 50%，A+C=T+G=50% 例、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 60 2、 DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____ 29% （二）碱基（对）数目的计算 规律2：互补两碱基之和在单双链中所占比值相等 A1 +T1 +G1 +C1 A1 +T1 = c% A2 +T2 +G2 +C2 A2 +T2 = c% A+T A+T+G+C = c% 例、已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和 C分别占该链碱基总数的 A．34%和16% B．34%和18% C．16%和34% D．32%和18% A A+T G+C A2 +T2 G2 +C2 A1+T1 G1+C1 =a =a =a 3、DNA分子的一条链中， A+G/T+C = b，则胸另一条互补链中A+G/T+C =_____ （二）碱基（对）数目的计算 规律3：不互补碱基之和之比在两条单链（互补链）中互为倒数。 1 b A2+G2 T2+C2 = T1+C1 = b A1+G1 1 b 规律4：不同生物的DNA分子中 (A＋T)/(G ＋ C)的值 （相同/不同）。该比值体现了不同生物DNA分子的 性。 不同生物的DNA分子中（A＋ G）/（C＋ T）的比值 （相同/不同） 不同 特异 相同 规律1：DNA分子中任意两不互补碱基之和恒等于碱基总数的50% ∵A=T， G=C ∴ A+G=T+C = 50%，A+C=T+G=50% 规律3：不互补碱基之和之比在两条单链（互补链）中互为倒数。 1 b A2+G2 T2+C2 = T1+C1 = b A1+G1 规律2：互补两碱基之和在单双链中所占比值相等 A1 +T1 +G1 +C1 A1 +T1 = c% A2 +T2 +G2 +C2 A2 +T2 = c% A+T A+T+G+C = c% 规律总结 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 A+T G+C A2 +T2 G2 +C2 A1+T1 G1+C1 =a =a =a 规律4：不同生物的DNA分子中 (A＋T)/(G ＋ C)的值 （相同/不同）。该比值体现了不同生物DNA分子的 性。 不同生物的DNA分子中（A＋ G）/（C＋ T）的比值 （相同/不同） 不同 特异 相同 31 例1．某双链DNA分子中共有碱基1 400个，其中一条单链上(A＋T)/ (C＋G)＝2/5，则该DNA分子中胞嘧啶脱氧核苷酸的数目是 (　　) A．150个　　B．200个 C．500个 D．1 000个 C 例2．在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤（A）碱基数为n，则下列有关叙述错误的是 (　　) A．脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m B．G的数量为m－n C．两条链中A＋T的数量为2n D．碱基之间的氢键数为(3m－2n)/2 B 【解析】双链DNA分子中共有碱基1 400个，其中一条单链上(A＋T)/(C＋G)＝2/5，则双链DNA分子中A＋T占总碱基数的2/7，G＋C占5/7，该DNA分子中胞密啶脱氧核苷酸的数目是1 400×5/7÷2＝500个。 【解析】一个脱氧核苷酸分子，由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，所以脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m，A正确；碱基总数为m，一共有m/2个碱基对，腺嘌呤为n，则氢键总数为(3m－2n)/2，B正确；腺嘌呤数为n，A与T碱基互补配对，A＝T，C正确；A与T碱基互补配对，A＝T＝n，所以C＋G＝m－2n，C＝G＝(m－2n)/2，D错误。 32 例3．下列有关双链DNA分子的叙述，不正确的是 (　　) A．若DNA分子中碱基A所占比例为a，则碱基C所占比例为1/2－a B．如果一条链上(A＋T)/(G＋C)＝m，则另一条链上该比值也为m C．如果一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上该比值为4∶3∶2∶1 D．由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为100个 【解析】依题意知，A和T所占比例均为a，则C和G所占比例均为1/2－a，A项正确；如果一条链上(A＋T)/(G＋C)＝m，根据碱基互补配对原则，可知另一条链上该比值也为m，B项正确；如果一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上该比值为2∶1∶4∶3，C项错误；如果该DNA分子片段只含有A—T碱基对，则只含有100个氢键，D项正确。 C 谢谢 35 INCLUDEPICTURE"CM14A.TIF" A　B　C　D $