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

该高中生物学课件聚焦DNA分子的结构，通过“温故知新”回顾DNA作为主要遗传物质的实验证据，结合中关村DNA雕塑的问题探讨导入，以任务驱动从脱氧核苷酸构建到双螺旋模型搭建，形成连贯的学习支架。 其亮点在于融入科学史培养科学思维，如分析沃森和克里克构建模型的过程，通过制作DNA双螺旋结构模型的探究实践活动提升动手能力，结合碱基计算规律推导强化逻辑推理。学生能深化结构与功能观，教师可借助多样化活动提升教学效果。

第3章 基因的本质 第2节 DNA分子的结构 教材分析 课标要求 素养目标 1.物质组成：概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的。 2.空间结构：通常由两条碱基互补配对的反向平行长链盘旋成双螺旋结构。 3.遗传信息：理解碱基的排列顺序编码了遗传信息 1.生命观念：理解DNA双螺旋结构的生物学意义，认识结构与功能相适应的生命观念；理解DNA的多样性、特异性和稳定性在遗传中的重要作用。 2.科学思维：通过分析DNA结构发现的科学史，培养科学推理和逻辑思维能力；能够运用碱基互补配对原则进行相关计算。 3.科学探究：能够参与DNA模型构建活动，体验科学家的探究过程；能够分析不同科学家的贡献，理解科学探究的协作性。 4.社会责任: 认识DNA结构发现对生命科学发展的重大意义；理解DNA指纹技术在刑侦、亲子鉴定等领域的应用价值。 难点 重点 01 DNA双螺旋结构模型的构建 02 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 目录 03 DNA的结构特性 04 课本练习与应用 3 DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质 RNA是TMV的遗传物质 DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质 RNA是RNA病毒的遗传物质 更多实验证据 更多实验证据 DNA是主要的遗传物质 加热杀死的S型细菌中含有转化因子 肺炎链球菌的转化实验 T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 格里菲斯的体内转化实验 艾弗里的体外转化实验 转化因子是什么？ 温故知新：DNA是主要的遗传物质 问题探讨 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? DNA分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子水平，具有里程碑式的意义。 DNA双螺旋结构是基于众多科学家的升华和X射线晶体衍射图像等研究而提出的，阐明了长期以来困扰人们的遗传物质和DNA结构之间的逻辑关系，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物理学家克里克： 沃森和克里克是怎样揭示DNA双螺旋结构的? 利用了他人的哪些经验和成果? DNA衍射图谱 情境一 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 阅读史料，完成任务： 史料1 科学家 研究结果 莱文和琼斯(美) DNA由6种小分子组成:脱氧核糖、磷酸和4种含氮碱基(A、G、T、C)。 【思考1】DNA的基本单位是什么？其由哪些物质组成？自主构建DNA的基本单位模型？ 脱氧核苷酸 脱氧核糖、磷酸、含氮碱基（A、G、T、C） O P CH2 OH O OH H OH H H H H 含氮碱基 磷酸 5´ 1´ 2´ 3´ 4´ 构建脱氧核苷酸单体 脱氧核苷酸是如何形成DNA？ 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 阅读史料，完成任务： 史料2 科学家 研究结果 化学家托德(英) 相邻的1个脱氧核苷酸的3号C上的羟基与另一个脱氧核苷酸5号C上的磷酸基团通过聚合反应形成磷酸二酯键连接起来。 腺嘌呤脱氧核苷酸 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 【思考2】脱氧核苷酸是如何连接成一条脱氧核苷酸长链？ 胞嘧啶脱氧核苷酸 1′ 2′ 4′ 5′ 3′ 构建脱氧核苷酸长链模型 OH p = O O O O 碱基 3′ 2′ 1′ 4′ CH2 O OH H H H H H 5′ p = OH O OH O 碱基 3′ 2′ 1′ 4′ CH2 O H H H H H 5′ H 3',5'-磷酸二酯键 构建脱氧核苷酸长链模型 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 【思考3】利用脱氧核苷酸模型，构建一条脱氧核苷酸单链模型？ C T A DNA仅仅是由一条单链构成？ 史料3：1951年，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呈现“X”形 DNA呈螺旋结构 推断 DNA衍射图谱 X射线管 铅屏 DNA晶体 底片 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 构建脱氧核苷酸长链模型 【任务1】 构建脱氧核苷酸长链模型 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 双螺旋 三螺旋 都被否定 沃森和克里克推测出DNA分子呈螺旋形的。他们先后建构了多种不同双螺旋、三螺旋模型。 DNA是螺旋结构 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 阅读史料，完成任务： 史料4 科学家 研究结果 富兰 克林 利用2链和3链的DNA模型推测DNA的含水量，将其与DNA分子的实际含水量相比，2链螺旋结构模型中DNA含水量的理论值与实际测定数值相符，而3链螺旋结构模型不相符。 【思考4】根据富兰克林的研究结果可知，DNA是由 条链组成的？。 2 这2条DNA单链是通过何种方式连接形成一个完整的DNA分子？ 构建DNA双链平面模型 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 阅读史料，完成任务： 构建DNA双链平面模型 史料5: 查哥夫(奥地利)对多种生物DNA做了碱基含量分析如表1。 表 1 不同生物来源的 DNA 碱基含量 物种 A G T C 人 19.9 30.9 19.8 29.4 小麦 23.8 25.6 24.6 26.0 洋葱 18.4 31.8 18.2 31.3 【思考5】可以推断出这四种含氮碱基之间有什么关系？ A含量:T含量接近1:1；G含量:C 含量接近1:1。 总的嘌呤含量与总的嘧啶含量相等，即 A+G＝T+C。 查哥夫 查哥夫法则 A=T, G=C 克里克 和 沃森 研究发现 A与T进行互补配对，C与G进行互补配对 A T C G 两个氢键 三个氢键 美国化学家多诺林( J． Donohune) 碱基之间通过形成氢键连接 碱基之间一一对应的关系 碱基互补配对原则 A+G＝T+C。 氢键数目越多，耐热性就越强，结构越稳定。 构建DNA双链平面模型 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 史料6：威尔逊发现细胞中的DNA位于液体环境中， DNA分子中脱氧核糖与磷酸基团具有亲水性 ， 而碱基具有疏水性。 ①脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧 ②碱基排列在内侧。 构建DNA双链平面模型 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 继续修正、完善DNA模型 【思考5】根据史料6，DNA分子的组成成分在排布上有何特点？ 调整后的DNA模型能够解释A、T、G、C的数量关系。这个模型与照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 ①碱基安排在双链螺旋内部 ②脱氧核糖—磷酸安排外部 ③让A与T配对,G与C配对 ④DNA两条链的方向相反 DNA是由两条脱氧核苷酸链盘旋成的双螺旋结构。 调整后的DNA模型 结论: 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 DNA双螺旋结构模型 【任务1】 16 DNA双螺旋结构模型 克里克 和 沃森 DNA双螺旋 结构模型 G A G G C C C T A T C C T G G A G 5' 3' 5' 3' 【任务1】 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 威尔金斯 克里克 沃森 1962年诺贝尔生理学与医学奖 1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 富兰克林 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 【任务1】 1. 请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。 (1) DNA是由几条链构成的?它具有怎样的立体结构? 两条。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? (3) DNA中的碱基是如何配对的?它们位于DNA的什么部位? 2. 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? DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们]排列在DNA的外侧。 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一定与T配对; G一定与C配对。 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。 【思考•讨论】DNA结构模型的构建 【任务1】 阅读教材P50，结合图3-8，思考 回答问题： DNA由几条链构成？链的方向如何？有怎么样的立体结构？ DNA外侧由哪些物质构成？ DNA内侧的碱基如何配对？ 平面结构 立体结构 【任务2】 概述DNA结构的主要特点 对DNA结构特点，我们从三个关键词来分析： 两条单链 反向平行 双螺旋结构 链数： 方向： 结构： O CH2 OH H 磷酸基团 碱基 3′ 2′ H H 1′ 4′ 5′ H H 3′ 5′ 5′ 3′ 【任务2】 概述DNA结构的主要特点 21 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架 碱基 内侧： 3′ 5′ 5′ 3′ DNA分子中每个脱氧核糖都连接着两个磷酸基团。 判断正误： 每个DNA分子中有两个游离的磷酸基团。 【任务2】 概述DNA结构的主要特点 外侧： 对DNA结构特点，我们从三个关键词来分析： 22 化学键： （2根氢键） 3′ 5′ 5′ 3′ 氢键 A T G C （3根氢键） 碱基互补配对原则 联系：核苷酸之间连接的化学键是？ 3',5'-磷酸二酯键 G与C越多，DNA的热稳定性越大 【任务2】 概述DNA结构的主要特点 对DNA结构特点，我们从三个关键词来分析： 23 DNA的结构特点 A T G A T A C T 5’ 3’ 5’ 3’ 含氮碱基 O CH2 H H OH H H H 磷酸基团 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 脱氧核糖上与碱基相连的的碳叫做____，与磷酸基团相连的碳叫做______； 1’-C 5’-C DNA 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称为_______ ，另一端有一个羟基（-OH），称作__________； ...... 5’--端 3’--端 DNA的两条单链的走向_____，从双链的一端起始，一条单链是从5’-端到3’-端的，另一条则是从_____________； 相反 3’-端到5’-端的 -OH 知识归纳 -OH A一定与_____配对； G一定与_____配对； A T C G A T A G C T 5’ 3’ 5’ 3’ 1.DNA是由___条单链组成的，这两条链按________的方式盘旋成双螺旋结构； 两 反向平行 2.DNA中的__________ 和_____交替连接，排列在_____侧，构成_________； 碱基排列在_____侧； 脱氧核糖 磷酸 外 基本骨架 内 3.两条链上的碱基通过_____连接成______，并且碱基配对具有一定的规律： 氢键 碱基对 T C DNA的结构特点 知识归纳 【任务2】 概述DNA结构的主要特点 【思考1】为什么G—C碱基对含量越多DNA越稳定？ 因为DNA的稳定性与氢键的数量有关，而G—C碱基对之间含有的氢键多。 【思考2】根据结构与功能相适应，试分析DNA具有稳定性的原因？ 规则的双螺旋结构 外部稳定的基本骨架、 内部严格的碱基互补配对 【思考3】DNA的什么代表遗传信息？ 脱氧核苷酸的排列顺序 【任务2】 概述DNA结构的主要特点 【思考4】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。 【思考5】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？ 44000 种类 数目 【任务2】 概述DNA结构的主要特点 【思考6】为什么可以利用DNA指纹来识别身份？ 每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。 DNA的特性 知识归纳 多样性 不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，___________多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则其碱基对排列顺序最多有___________种。 排列顺序　 4n　 特异性 每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的_________________，代表了特定的遗传信息。 稳定性 碱基排列顺序 磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧构成基本骨架，碱基之间有氢键相连，使DNA分子具有稳定性 D与d基因不同的根本原因是什么？ D与d基因碱基排列顺序不同 A T A T T A G G G C C A T C 五种元素 四种碱基 一种螺旋 三种物质 两条长链 C、H、O、N、P A、T、C、G 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 规则的双螺旋结构 两条反向平行的脱氧核苷酸链 DNA的结构 DNA的结构 知识归纳 30 1.目的要求: 通过制作模型，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。 2.材料用具: 制作DNA双螺旋结构模型 探究•实践 制作DNA双螺旋结构模型 探究•实践 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。 3.模型设计: 请注意示意图上脱氧核糖碳原子的位置 含氮碱基 磷酸基团 O 脱氧核糖 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 制作DNA双螺旋结构模型 探究•实践 (1)制作脱氧核苷酸 (2)制作脱氧核苷酸链 (3)制作DNA平面结构 (4)制作DNA空间结构 4.制作步骤 制作DNA双螺旋结构模型 探究•实践 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？ 2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？ 3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？ 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。 (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。 从碱基互补配对原则出发去思考。 模拟DNA双链反向平行： 组员站成一列模拟一条脱氧核苷酸链，每个组员用躯干模拟脱氧核糖，左手模拟磷酸，搭在前一个组员的肩上，右手侧平举掌心向前，模拟碱基 【活动体验】 制作DNA双螺旋结构模型 探究•实践 【课后作业】: 脱氧核苷酸的搭建 材料说明： 黑色：脱氧核糖 白色：磷酸 红色：胸腺嘧啶(T) 蓝色：腺嘌呤(A) 黄色：鸟嘌呤(G) 绿色：胞嘧啶(C) A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 请根据DNA分子中碱基间的关系，思考以下问题： 【任务3】 分析双链DNA碱基数目的相关计算规律 如果1链上(A1+G1)/(T1+C1)=M,则其互补链2链上 (A2+G2)/(T2+C2)的比值是多少？ DNA分子中嘌呤(A和G)数与嘧啶(C和T)数有何数量关系？ 互补碱基之和(A与T或G与C)的比例在任意一条链(A1+T1或G2+C2)及整个DNA分子中(A+T或G+C)都相同？ 第一步 第二步 第三步 巧解DNA分子中有关碱基比例计算——“三步曲” 搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例 根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 【任务3】 分析双链DNA碱基数目的相关计算规律 DNA中碱基数量的计算问题：关键在于正确理解并表示题中所给的信息 DNA双链信息：A = T G = C DNA1链： A 1 T 1 G1 C1 DNA2链： A 2 T 2 G2 C2 单双链信息如何转化： 汉水丑生侯伟作品 A+T A+T+G+C A1+T1 A1+T1+G1+C1 A2+T2 A2+T2+G2+C2 = = G+C A+T+G+C G1+C1 A1+T1+G1+C1 G2+C2 A2+T2+G2+C2 = = A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 其他公式能推即可 【任务3】 分析双链DNA碱基数目的相关计算规律 42 根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： 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) 双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 DNA分子中嘌呤(A和G)数与嘧啶(C和T)数有何数量关系？ 规律1： DNA双链 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 1链 2链 【任务3】 分析双链DNA碱基数目的相关计算规律 A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。 A2＋T2 G2＋C2 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，简记为“补则等”。 = A1+T1 N1 A2+T2 = N2 A+T N总 = C1+G1 N1 C2+G2 = N2 C+G N总 互补碱基之和(A与T或G与C)的比例在任意一条链(A1+T1或G2+C2)及整个DNA分子中(A+T或G+C)都相同吗？ 根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： 规律2： DNA双链 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 1链 2链 【任务3】 分析双链DNA碱基数目的相关计算规律 即两者的关系是_____________。 若 ，则 = T1+G1 = m T2+G2 A2+C2 m 1 互为倒数 如果1链上(A1+G1)/(T1+C1)=M,则其互补链2链上(A2+G2)/(T2+C2)的比值是多少？ 根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 请据此完成以下推论： 规律3： 非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。 DNA双链 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 1链 2链 A1+C1 【任务3】 分析双链DNA碱基数目的相关计算规律 2.一个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_____ 1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____ 20% 60个 3.若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 0.4 0.4 4.在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 2.5 1 【任务3】 分析双链DNA碱基数目的相关计算规律 46 DNA结构 DNA双螺旋结构模型制作 DNA结构特性 ①稳定性 ②特异性 ③多样性 DNA主要特点 两条链、反向平行 外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接 内侧：互补的碱基通过氢键连接 课堂小结 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 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。( ) √ √ 练习与应用·概念检测 ① 。 ② 。 ③ 。 ④ 。 ⑤ 。 ⑥ 。 ⑦ 。 ⑧ 。 ⑨ 。 ⑩ 。 2.下面是DNA的分子结构模式图，说出图中1－10的名称。 1 2 3 4 5 6 7 8 10 9 G T C A 胞嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胸腺嘧啶 脱氧核糖 磷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 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 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 C 练习与应用·概念检测 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 练习与应用·概念检测 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）。 1.碱基互补配对原则对遗传信息的传通具有什么意义? 练习与应用·拓展应用 $