3.2 DNA的结构课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

结构 功能 1.为什么通过DNA比对技术就能找到犯罪嫌疑人？ DNA 多样性 特异性 DNA比对技术是一种在生物学和生物信息学领域中常用的技术，它可以用比较两个或多个DNA序列的相似性和差异性。 讨论： 问题探讨 以 DNA 双螺旋结构进行衍生设计 瑞典马尔默旋转塔 高190米/54层 巴拿马螺丝塔 高243米 莫斯科进化大厦 高度255米 沙特吉达钻石塔 高432米 北京中关村的“生命”雕塑 “生命”双螺旋雕塑象征中关村人生生不息的创新精神。更多以DNA结构进行设计的建筑都成为了当地的地标性建筑。然而DNA双螺旋结构的发现更是具有里程碑意义。 DNA双螺旋结构的发现是20世纪最为重大的科学发现之一，和相对论、量子力学一起被誉为20世纪最重要三大科学发现。 3 3.2 DNA的结构 第3章 基因的本质 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 学习目标 1 DNA双螺旋结构模型的构建 目录 content 2 DNA的结构 3 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 4 制作DNA双螺旋模型 6 DNA是遗传物质 DNA的结构？ 结构决定功能 在确信DNA是生物体的遗传物质之后，人们更迫切的想知道： 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。 DNA双螺旋结构模型的构建 一 7 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 a.DNA的基本单位： 脱氧（核糖）核苷酸 c.脱氧核苷酸的组成 b.元素组成： 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基 C、H、O、N、P A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 T 胸腺嘧啶 d.含氮碱基 1.知识回顾： DNA双螺旋结构模型的构建 一 f.脱氧核苷酸的种类 O P CH2 OH O OH H OH H H H H A 磷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H T 磷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 DNA双螺旋结构模型的构建 一 f.脱氧核苷酸的种类 O P CH2 OH O OH H OH H H H H C 磷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H G 磷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 DNA双螺旋结构模型的构建 一 P A 脱氧核糖 P T 脱氧核糖 P C 脱氧核糖 P G 脱氧核糖 磷酸二酯键 DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。 对DNA的空间结构一无所知 DNA双螺旋结构模型的构建 一 合作探究：请同学们自主阅读教材P48-50，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1.归纳出对DNA双螺旋结构做出贡献的科学家？ 2.4种脱氧核苷酸是如何连接形成DNA的？ 3.DNA由几条链组成？具有怎样的立体结构？ 4.DNA基本骨架由哪些物质构成？它们分别位于DNA什么部位？ 5.DNA中碱基如何配对？它们位于DNA什么部位？ DNA双螺旋结构模型的构建 一 DNA双螺旋结构模型的构建 一 20世纪初 1951-1952 1952 1951年 1.DNA的结构单位： 四种脱氧核苷酸 科赛尔、琼斯、列文 3.沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构，尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败（配对违反化学规律） 物理模型 X射线衍射技术 2.威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱 4.查哥夫在DNA中， 腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T）， 鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C） 1.建立过程： 5.DNA 双螺旋结构 DNA双螺旋结构模型的构建 一 1952年5月，富兰克林利用X射线结晶技术获得了清晰的DNA分子照片，并运用数学公式对照片进行分析，计算出一些DNA结构的准确数值。 根据当时DNA密度的测量数据，推算DNA是呈螺旋结构 14 1953年，沃森和克里克撰写的论文在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。 1962，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。 1.建立过程： 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖 DNA双螺旋结构模型的构建 一 2.思考·讨论 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？ （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？ （3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？ 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。 DNA基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA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与T配对；G与C配对。 DNA双螺旋结构模型的构建 一 2.思考·讨论 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？ ★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。 3.意义： ①DNA双螺旋结构学说不但阐明了DNA的基本结构，并且对一个DNA分子如何复制成两个结构相同的DNA分子，以及DNA怎么传递生物体的遗传信息进行了合理说明。②是生物科学中具有革命性的发现，是20世纪最重要的发现之一。是分子生物学诞生的标志。 DNA双螺旋结构模型的构建 一 1.某同学计划制作一DNA片段模型，现准备了若干不同类型塑料片，如表所示。若想充分利用现有材料，那么还需准备脱氧核糖的塑料片数目是（ ） 塑料片类型 碱基G 碱基C 碱基A 碱基T 磷酸 数量(个) 10 16 16 10 52 A.32 B.40 C.26 D.52 B 课堂小测 1.结构特点： 空间结构 (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 平面结构 A T A T T A G G G C C A T C 游离的磷酸基团，称作5’-端 羟基(-OH)，称作3’-端 3′ 5′ 5′ 3′ DNA的结构 二 空间结构 平面结构 A T A T T A G G G C C A T C 1.结构特点： O (脱氧核糖上与碱基相连的碳为1’-C，与磷酸集团相连的碳为5’-C) (2)DNA分子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(构成遗传信息) DNA的结构 二 空间结构 平面结构 A T A T T A G G G C C A T C 1.结构特点： (3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且A一定与T配对、G一定与C配对。碱基间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则 氢键 易错警示: DNA分子的一条单链中, 相邻碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”相连, 相邻核苷酸通过磷酸二酯键相连; 两条互补链中配对的碱基通过氢键相连 DNA的结构 二 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 胞嘧啶（C） 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 DNA的结构 二 (4) 总结：(54321) 氢键 A T A T T A G G G C C A T C 碱基对 五种元素： C、H、O、N、P 四种碱基： A、T、C、G 三种物质： 两条长链： 一种螺旋： 规则的双螺旋结构 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 两条反向平行的脱氧核苷酸链 氢键关系: A=T G≡C DNA的结构 二 23 (1)DNA分子中数量关系： 脱氧核苷酸、磷酸、脱氧核糖、含氮碱基，四者之间的数量关系为1∶1∶1：1。 双链DNA分子中，含____个游离的磷酸基团。 双链DNA分子中，每个脱氧核糖连接______个磷酸基团。 双链DNA分子中，每个磷酸基团连接______个脱氧核糖。 A和T之间____个氢键；G和C之间____个氢键。因此，_______比例越大的DNA的分子，其稳定性和耐热性越高。 2 1或2 1或2 2 3 G和C DNA分子结构的信息解读 DNA的结构 二 24 (4)DNA分子中的位置关系： 在双链DNA分子中，两条链之间的相邻碱基，靠_______相连； 一条链中的相邻碱基，靠__________________________________相连； (2)DNA分子水解情况： ①DNA初步水解产物： ②DNA彻底水解产物： (3)DNA分子中两种化学键： ①氢键：碱基对之间的化学键。 ②磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键。 氢键 脱氧核糖——磷酸——脱氧核糖 DNA分子结构的信息解读 脱氧核苷酸(4种)； 磷酸、脱氧核糖和含氮碱基 DNA的结构 二 25 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（C） 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 脱氧核糖 磷酸（基团） 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 课本P52 练习与应用第2题 课堂小测 2.有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构有一个腺嘌呤，则它的其他组成是（ ） A．三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶 B．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胞嘧啶 C．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶 D．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个尿嘧啶 C 课堂小测 3.下图为如某中学同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段，下列为几位同学对此图的评价，正确的是（    ）    A．甲同学：“物质组成和结构上没有错误” B．乙同学：“有两处错误，其中U应改为T” C．丙同学：“如果他画的是RNA双链，则该图应是正确的” D．丁同学：“至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖” 【答案】D 课堂小测 28 2.分子特性： 外侧脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变，内侧两条链间碱基互补配对的方式不变 DNA分子中的碱基(或脱氧核苷酸)的排列顺序(4n)的千变万化，构成了DNA的多样性→遗传信息的多样性→生物多样性 每种DNA分子有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序 ① 稳定性 ② 多样性 ③ 特异性 DNA的结构 二 1.氢键数目 已知：A与T之间形成两个氢键，C与G之间形成三个氢键。 例1：一个DNA分子有100个碱基对，其中A=24个，该DNA分子中含有_____个氢键。 10个碱基对共有200个碱基 A=24 DNA分子中含有氢键数=24X2+76X3=276 G+C= 152 A+T= 48 T=A=24 G=C= 76 根据碱基互补配对原则 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 三 即：双链中A＝ ，G＝ ， A＋G＝ ＝ ＝ ＝T＋C。 (1)A1＋A2＝_______；G1＋G2＝_______。 T C T＋C A＋C T＋G 【规律1】双链DNA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。 设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知: A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 T1＋T2 C1＋C2 2.碱基的数量关系 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 三 例2：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占_______。 由题意可知，在双链DNA中，A+G= 50% A = 18% G = 50%-A=32% 2.碱基的数量关系 【规律1】双链DNA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分子中碱基数目的相关计算规律 三 (2)A1＋T1＝_______；G1＋C1＝_______。 【规律2】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”。 T2＋A2 C2＋G2 设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知: A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 2.碱基的数量关系 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 三 例3：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____。 由题可知，双链DNA:A +T=44% 双链DNA：G+C=56% 在1条链中:G+C=56% 在1条链中G=21% 在1条链中 C=56%-G =35% 在另一链中G=C=35% 2.碱基的数量关系 【规律2】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”。 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 三 (1)A1＋G1＝_______；T1+C1＝_______。 【规律3】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”。 A1+G1 T1+C1 = b 若 A2+G2 T2+C2 =？ A+G T+C =？ 1/b 1 ➡️ 设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知: A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 T2＋C2 A2+G2 2.碱基的数量关系 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 三 例4：DNA的一个单链中（A+C）/（G+T）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、_____。 由题可知，在DNA的一个单链中（A+C）/（G+T）=0.4 在DNA的另一个单链中 （A+C）/（G+T）=2.5 在DNA的双链中 （A+C）/（G+T）=1 2.碱基的数量关系 【规律3】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”。 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 三 规律4：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。 已知：N1=N2=1/2N 2.碱基的数量关系 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 三 1.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，是占DNA分子一条链上碱基的比例。 3.根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 2.画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 归纳：巧解DNA分子中有关碱基比例计算—“三步曲” DNA分子中碱基数目的相关计算规律 三 1．若DNA分子中一条链的碱基A:C:T:G=1:2:3:4，则另一条链上A:C:T:G的值为（    ） A．3:4:1:2 B．1:2:3:4 C．4:3:2:1 D．1:3:2:4 【答案】A 2.在一个双链DNA分子中，含有30%的T（胸腺嘧啶），那么C（胞嘧啶）的含量应是（　　） A．70% B．30% C．20% D．10% 【答案】C 课堂小测 39 3：在双链DNA分子中，G和C之和占全部碱基的48%，其中一条链的A占该链碱基总数的24%，则另一条链中的A占该链碱基总数的百分比为（ ） A、24% B、26% C、28% D、76% C 4：在双链DNA分子中，A与T之和占全部碱基总数的42%，若其中一条链的C占该链碱基总数的24%，T占30%，则另一条链上C、T分别占该链碱基总数的（ ） A、34% 12% B、42% 12% C、58% 34% D、34% 30% A 课堂小测 材料用具: 自选（纸片、塑料片、橡皮泥等） 其中球形材料 (代表________)若干，五边形材料(代表_________)若干，4种不同颜色的长方形材料(代表４种不同_______)若干，连接材料（订书钉、曲别针等）。 磷酸 脱氧核糖 碱基 制作DNA双螺旋模型 四 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 制作DNA双螺旋模型 四 DNA的结构 DNA双螺旋结构模型的构建 DNA的组成元素 DNA的基本单位 DNA双螺旋结构 两条链、反向平行 外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接 内侧:碱基间有氢键，碱基互补配对 C、H、O、N、P 脱氧核苷酸 DNA的相关计算 制作DNA双螺旋结构模型 课堂小结 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 课堂小测 Lavf58.29.100 ＝＝(N为相应的碱基总数)，＝＝。 (4)若＝a，＝b，则＝(a＋b)。 $