3.2DNA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。 利用DNA比对技术 寻找罪犯(视频) 情境引入 讨论： 2.下图为DNA指纹图，你能否通过该图判断出怀疑对象中谁是犯罪嫌疑人？ √ 3.你还能说出DNA比对技术在其他方面的应用吗？ 亲子鉴定、死者遗骸的鉴定、生物亲缘关系比较等方面 2028届生物学教研组 必 修二 2019人教版·生物学·必修2 第2节 DNA的结构 2028届生物学教研组 2 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 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。 4 知识目录 01 DNA双螺旋结构模型的构建 02 DNA的结构 03 制作DNA双螺旋结构模型 04 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 遗传物质是 艾弗里 肺炎链球菌体外转化实验 赫尔希/蔡斯 噬菌体侵染大肠杆菌实验 DNA ➪DNA的结构如何？ ➪是怎样发挥作用的？ 格里菲思 肺炎链球菌体内转化实验 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 1 DNA的中文全称 2 DNA的组成元素 脱氧核糖核酸 C、H、O、N、P 3 DNA的基本组成单位 由一分子_____、一分子___________和一 分子___________构成，其中碱基共___种， 其中文名称及对应的英文字母分别是__________________________ __ ____ 。 脱氧核糖核苷酸 脱氧核糖 含氮碱基 腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、 胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G） 磷酸 5 DNA是由____条_____________连接而成。 4 DNA基本组成单位的组成 脱氧核苷酸结构示意图 4 2 脱氧核苷酸链 温故知新 2028届生物学教研组 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? 利用了哪些科学家的哪些经验和成果? DNA 双螺旋结构模型 1.建立者： 沃森和克里克 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 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´ （1）构建脱氧核苷酸单体 脱氧核苷酸是如何形成DNA？ 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 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′ （2）构建脱氧核苷酸长链模型 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 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 【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？ H2O 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上的磷酸基团形成磷酸二酯键连接形成。 （2）构建脱氧核苷酸长链模型 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 威尔金斯 富兰克林 【史料3】1951年11月,英国物理学家威尔金斯和其同事富兰克林利用X射线晶体衍射技术给DNA拍了多张Ｘ射线衍射图谱 DNA呈现“X”形 DNA呈螺旋结构 推断 弹簧的衍射实验 （2）构建脱氧核苷酸长链模型 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 翻转180° 【史料3】威尔金斯和富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。他们发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。 翻转180° ②可推断：DNA链尾反向平行。 ①”X”形意味着DNA是螺旋的。 （2）构建脱氧核苷酸长链模型 M.Wilkins R.E.Franklin 威尔金斯还计算出DNA分子螺旋的直径（均为2nm）与长度。 富兰克林还精确地计算出DNA分子内部结构的轴向与距离。 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 史料4：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。 根据史料4，DNA分子的组成成分在排布上有何特点？ 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。 讨论： （3）构建DNA双链平面模型 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 双螺旋 三螺旋 三螺旋 ②磷酸和脱氧核糖排列在外侧，碱基排列在内部。 ①相同碱基进行配对。 模型共同点 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。 存在问题：螺旋之间的直径不相同；螺旋内部的轴距不相等。与威尔金斯和富兰克林的计算数据不相符 （3）构建DNA双链平面模型 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 史料5 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。 (1) 根据富兰克林的研究结果可知，DNA是由 条链组成的。 2 讨论： (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？ （3）构建DNA双链平面模型 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 史料6: 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。 2.建立过程： （3）构建DNA双链平面模型 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 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。 （3）构建DNA双链平面模型 2.建立过程： 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 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: （4）构建DNA双螺旋结构模型 2.建立过程： 克里克 沃森 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 19 2.建立过程： 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。 威尔金斯 克里克 沃森 1962年诺贝尔生理学与医学奖 R.E.Franklin 因长期接触X射线，于1958年患卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 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。 四、巩固练习 课中合作探究 2028届生物学教研组 （1）DNA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。 3.意义： 注：20世纪自然科学最重要的三大发现： 相对论 量子力学 DNA双螺旋结构 教材P53 一、DNA双螺旋结构模型的构建 2028届生物学教研组 知识目录 01 DNA双螺旋结构模型的构建 02 DNA的结构 03 制作DNA双螺旋结构模型 04 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 CH2 H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ 一个羟基(—OH)，称作3′－端 游离的磷酸基团，称作5′－端 磷酸二酯键 5’ 3’ 1.结构特点 二、DNA的结构 2028届生物学教研组 1.结构特点 （1）由 条单链按 _________ 方式盘旋成 _______ 结构 反向平行 双螺旋 2 25 3',5'-磷酸二酯键 C T T G A C A G 二、DNA的结构 2028届生物学教研组 和 交替连接，构成基本骨架； 磷酸 (2) 外侧： 碱基对 内侧: 脱氧核糖 (3)碱基互补配对原则 两条链上的碱基通过 连接形成 ，且A只和 配对、G只和 配对，碱基之间的一一对应的关系，就叫作 。 氢键 氢键 T C 碱基互补配对原则 碱基对 碱基对 A=T（2个氢键）；G≡C（3个氢键） 注意：G与C含量越高，氢键越多，DNA结构越稳定。 1.结构特点 二、DNA的结构 2028届生物学教研组 ①一个链状DNA分子含有几个游离的磷酸基团？ ②一个脱氧核糖连接几个磷酸？ ③互补链的碱基间；一条链上相邻的两个碱基分别通过什么连接？ ④A+T含量为40%的DNA分子和A+T含量为60%的DNA分子哪个结构更稳定，为什么？ A+T含量为40%的DNA分子G与C含量更多，氢键更多，更稳定。 1个或2个 2个游离的磷酸基团 氢键；脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖 思考•讨论： 二、DNA的结构 2028届生物学教研组 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（各种碱基充足）。计算：形成的DNA分子有多少种？ 44000 （2）特异性 每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序。 （3）稳定性 （1）多样性 ①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成； ②内部碱基对稳定——通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对原则，加强稳定性； ③空间结构稳定——规则的双螺旋结构。 碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。 遗传信息：DNA分子中的碱基对的排列顺序。 2.DNA结构特性 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 二、DNA的结构 2028届生物学教研组 28 3.DNA的结构层次 基本组成元素： 基本组成物质： 基本组成单位： DNA单链： DNA双链： C、H、O、N、P 磷酸基团、脱氧核糖、含氮碱基 脱氧核糖核苷酸（4种） 脱氧核苷酸链 DNA双螺旋结构 二、DNA的结构 2028届生物学教研组 知识目录 01 DNA双螺旋结构模型的构建 02 DNA的结构 03 制作DNA双螺旋结构模型 04 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 通过制作DNA双螺旋结构模型，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、铁丝等常用物品，都可用作模型制作的材料。 1.目的要求 2.材料用具 三、制作DNA双螺旋结构模型 2028届生物学教研组 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。 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’ 3.模型设计 三、制作DNA双螺旋结构模型 2028届生物学教研组 (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 三、制作DNA双螺旋结构模型 2028届生物学教研组 4.成果展示 三、制作DNA双螺旋结构模型 2028届生物学教研组 讨论： 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？ 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。 2．DNA是如何维系它的遗传稳定性的？ （1）靠 DNA 碱基对之间的氢键维系两条链的偶联； （2）在 DNA规则的双螺旋结构中，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（该点可不作为对学生的要求，教师可进行补充说明）。 3．你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？ 四、巩固练习 课中合作探究 2028届生物学教研组 知识目录 01 DNA双螺旋结构模型的构建 02 DNA的结构 03 制作DNA双螺旋结构模型 04 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 例题1：一个双链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= 2000-480=1520 A+T= 480 T=240 G=C= 1520÷2=760 碱基互补配对原则 （3个氢键） G C A T （2个氢键） 1.氢键数目计算 四、DNA分子中碱基数目的相关计算规律 2028届生物学教研组 先算ATCG的数量，再算氢键 37 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A（腺嘌呤）=T（胸腺嘧啶），C（胞嘧啶）=G（鸟嘌呤）。 A+G = ?+? 在整个双链DNA中： T+C 50% 推论2： 推论1： 规律一：双链DNA分子中嘌呤总数＝嘧啶总数=碱基总数50%， 例题：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% 2.碱基计算 四、DNA分子中碱基数目的相关计算规律 2028届生物学教研组 38 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 A2+T2 设 ，求 =？ A1+T1 A1+T1+G1+C1 = n A2+T2+ G2+C2 A +T =？ A +T + G +C n n 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 G1+C1 A1+T1+G1+C1 = 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“互补则等”。 G2 A2+T2+ G2+C2 = C1 A1+T1+ G1+C1 =？ G1=C2; G2=C1 35% G1=C2， G2=C1 2.碱基计算 四、DNA分子中碱基数目的相关计算规律 2028届生物学教研组 39 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 =？ 1/b 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：不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 （“互补则等，不补则倒”） 2.碱基计算 ，求 A+G T+C =？ 1 四、DNA分子中碱基数目的相关计算规律 2028届生物学教研组 40 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。 巧解DNA分子中有关碱基比例计算—“三步曲” 注 看清“个”或“对”。题干中给出的数量是多少个碱基“对”还是多少“个”碱基。 归纳总结 四、DNA分子中碱基数目的相关计算规律 2028届生物学教研组 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 DNA分子中碱基数目的相关计算规律 课堂小结 2028届生物学教研组 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。( ) √ √ 2.下面是DNA的分子结构模式图，说出图中1－10的名称。 1. 胞嘧啶 2. 腺嘌呤 3. 鸟嘌呤 4. 胸腺嘧啶 5. 脱氧核糖 6. 磷酸 7. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 8. 碱基对 9. 氢键 10. 一条脱氧核苷酸链的片段 练习与应用 2028届生物学教研组 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 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 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）。 拓展应用：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 2028届生物学教研组 Lavf58.29.100 Lavf59.16.100 Lavf58.46.101 $