第三章第二节DNA的结构课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

第二节 DNA的结构 第三章 基因的本质 1 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 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 P47拓展应用2:结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点。 具有储存遗传信息的能力； 能够准确地自我复制； 结构比较稳定； 能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和代谢过程。 4 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。DNA双螺旋结构的发现在生物学的发展中具有里程碑意义。 DNA是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物性状的？首先需要弄清楚DNA的结构。 DNA那么小，科学家是如何一步步探索出他的结构的呢？ 5 沃森：生物学家（1928-） 克里克：物理学家（1916-2004） 我能帮你理解生物学内容 我能帮你理解晶体学原理 1 主要构建者： DNA双螺旋结构模型的构建 沃森、克里克 剑桥大学：卡文迪什实验室 他们说如何一步步构建出DNA双螺旋模型，在这个过程中，又获得了哪些高人相助？ 6 【资料1】20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA的基本单位是________________， 脱氧核苷酸 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ A 腺嘌呤 C 胞嘧啶 G 鸟嘌呤 T 胸腺嘧啶 DNA双螺旋结构模型的构建 2 过程： 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 含Ｎ碱基 脱氧 核糖 磷酸 O（氧原子） 7 DNA双螺旋结构模型的构建 A T G C 3’,5’-磷酸二酯键 1951年，剑桥大学的科学家通过数据分析得知，相邻脱氧核苷酸之间的聚合方式——脱水缩合 p = O OH 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′ O H O OH H2O 磷酸二酯键 20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，但对DNA的空间结构一无所知。 对DNA的空间结构一无所知，DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？ 8 DNA双螺旋结构模型的构建 【资料2】1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线晶体衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。 DNA衍射图谱 证据 推断 DNA衍射图谱呈现“X”形 DNA呈螺旋结构 X射线晶体衍射技术 沃森和克里克尝试搭建了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定了。 DNA衍射图谱外围的斑点较浅，研究表明，这是因为另一条螺旋的干扰。 类比手影 9 查哥夫 DNA双螺旋结构模型的构建 【资料3】奥地利生物化学家查哥夫对DNA的碱基研究数据如下图： 根据表格信息，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。 氢原子与电负性大、半径小的原子X(氟、氧、氮等)以共价键结合，若与电负性大的原子Y(与X相同的也可以)接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H···Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。 10 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碱基对，C与G碱基对具有相同的形状和直径。 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 位于双螺旋内部 脱氧核糖-磷酸骨架 在螺旋外部 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 1953年，沃森和克里克撰写的论文«核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型»在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。 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。 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 诺贝尔奖 DNA衍射图谱 12 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 DNA的结构 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 磷酸基团端称作5’-端 羟基(-OH)端称作3’-端 1.DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过 “ ”相连。 相邻核苷酸通过 相连。 2.互补链中相邻碱基通过 相连。 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架 碱 基 外 侧： 内 侧： 3′ 5′ 5′ 3′ 脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖 氢键 DNA的结构 磷酸二酯键 易错分析： 15 1 习题巩固 如图为某同学在学习了DNA分子 的结构后画的含有2个碱基对的DNA分子片段(其中“○”代表磷酸基团)，请评价此图有无错误。 图中的错误有：①五碳糖应为脱氧核糖；② 碱基不含尿嘧啶(U)；③磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接。 16 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 P52 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 【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 DNA的结构 【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 DNA的结构 【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。(P59) 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 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递具有什么意义? 练习与应用·拓展应用P52 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 例3（上海卷）用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是 (　　) 卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基 A T G C 卡片数量 10 10 2 3 3 2 A．最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对 B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键 C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连 D．可构建45种不同碱基序列的DNA B 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 解析：由表中给定的碱基A为2个，C为2个，并结合碱基互补配对原则可知最多可构建4个脱氧核苷酸对；构成的双链DNA片段中A与T间的氢键共有4个，G与C共有6个，即最多有10个氢键；DNA中位于一端的脱氧核糖分子均与1分子磷酸相连，位于内部的脱氧核糖分子均与2分子磷酸相连；4个碱基对可构建44种不同碱基序列的DNA。 27 DNA碱基数目的相关计算规律 例题1：一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中总共含有_____个氢键。 1000个碱基对共有2000个碱基 A=240 氢键数=240×2+760×3=2760 G+C= 1520 A+T= 480 T=240 G=C= 760 1 氢键数目 碱基互补配对原则 （3个氢键） G C A T （2个氢键） 先算ATCG的数量，再算氢键 28 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 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A=T，C=G A+G = ?+? A+C = ?+? 在整个双链DNA中： T+C 50% T+G = 推论2： 推论1： DNA碱基数目的相关计算规律 规律一：双链DNA分子中嘌呤总数＝嘧啶总数， 例题2：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% 任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 嘌呤%+嘧啶%=1 嘌呤%=嘧啶%= A+G C+T = = ? = = 50% 30 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 m m A2+C2+G2+T2 = A1+T1 A1+C1+G1+T1 T2+A2 = T+A A1 = T2，T1 = A2 在整个双链DNA中： A+C+G+T A1+T1 设 ，求 =？ A+T A+T+G+C = n A1+T1+ G1+C1 A2+T2 =？ A2+T2+ G2+C2 n n DNA碱基数目的相关计算规律 例题3：某DNA中G+C占整个DNA碱基总数的56%，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 G+C A+T+G+C = 56% G1 A1+T1+ G1+C1 =21% 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， 简记为“补则等”。 G2 A2+T2+ G2+C2 = C1 A2+T2+ G2+C2 =？ 31 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。 在DNA双链中： A = T ， G = C A2+G2 T2+C2 A1+G1 T1+C1 = b 设 ，求 =？ A+G T+C =？ 1/b 1 DNA碱基数目的相关计算规律 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 。 = A1+T1 C1+G1 0.4 = A1+C1 T1+G1 0.4 0.4 2.5 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” A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A2+T2 C2+G2 A2+C2 T2+G2 32 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 $