3.2DNA的结构课件-2026-2027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的结构，涵盖双螺旋结构模型构建、结构特点及相关计算，通过“生命”雕塑等建筑类比与沃森、克里克发现引入，衔接遗传物质探索实验，形成从“遗传物质本质”到“DNA功能机制”的知识脉络，以科学史资料和问题驱动为学习支架。 其亮点在于融合科学史与探究实践，借助威尔金斯衍射图谱、查哥夫碱基数据等培养科学思维，通过“五、四、三、二、一”结构归纳及碱基计算“三步曲”落实结构与功能观。学生提升知识应用能力，教师可高效开展概念教学与技能训练。

格里菲思 肺炎链球菌体内转化实验：含有某种“转化因子” 艾弗里 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 后续科学家 烟草花叶病毒侵染烟草的实验：遗传物质是RNA。DNA是主要的遗传物质。 赫尔希、蔡斯 噬菌体侵染大肠杆菌实验：DNA是真正的遗传物质 1 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_______________，每分子基本单位是由一分子_________、一分子_______和一分子_______构成，其中碱基的种类有__________。 脱氧核糖核苷酸 脱氧核糖 含氮碱基 A、T、C、G 磷酸 4 DNA是由_______________通过___________连接而成的长链。 脱氧核糖核苷酸 磷酸二酯键 1 在确信DNA是生物体的遗传物质之后，人们更迫切的想知道： 什么样的结构可以满足这些功能？ 结构 DNA是怎样储存遗传信息的？ 又是怎样决定生物性状的？ 功能 决定 ①相对稳定 ②携带信息 ③复制传递 1 第2节 DNA的结构 第三章 基因的本质 1 4 1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克，共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型，它标志着生物学的研究进入分子的层次，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。 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 问题探讨 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 二、 DNA的结构 目 录 三、DNA结构的相关计算 1 6 PART 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 1 7 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立者 1.建立者：沃森和克里克 晚年沃森和克里克在双螺旋结构模型前的最后一次合影 克里克: 物理学家,对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。 沃森: 生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。 2. 研究DNA结构常用的方法是： X射线晶体衍射法 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 美国加州理工学院 英国剑桥大学国王学院 英国剑桥大学卡文迪什实验室 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 【资料1】1950年美国加州理工学院的鲍林及其同事用X射线衍射技术和分子模型的构建，率先解出了蛋白质的二级结构。 鲍林 盘曲折叠 DNA分子的结构却迟迟没有被解开。 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 【资料2】 科学界已经认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基。但是，人们并不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的。 脱氧 核糖 P A 脱氧 核糖 P C 脱氧 核糖 P G 脱氧 核糖 P T 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 【资料3】英国物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。 沃森和克里克以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构。 富兰克林 威尔金斯 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 在三螺旋结构模型中, DNA含水量的理论值与实际测定数值不符 根据所掌握的材料，沃森和克里克尝试搭建了很多种不同模型。 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 富兰克林和威尔金斯发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样 翻转180° 威尔金斯 富兰克林 翻转180° DNA两条链为反向平行 推断 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 国王学院富兰克林发现提高空气的湿度，可以让DNA从A型转变为B型，显然DNA易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团应该位于DNA的外侧，其余部分（如碱基）位于内侧。这是解开DNA结构的重要线索。 A型衍射图谱 B型衍射图谱 吸水后易转变 富兰克林 内侧 外侧 威尔金斯 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 1951年10月，生物学家沃森与物理学家克里克首次在卡文迪许实验室相遇，两人合力推出了三股螺旋的DNA结构，他们把磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧。当他们邀请威尔金斯和富兰克林前来观看时，被两人评价为“一无是处” ，并告知他们含氮碱基应该排列在内侧。沃森和克里克默默地记录下了这个关键信息。 错误！！！ 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 资料四：嘌呤碱基是双环化合物，嘧啶碱基是单环化合物（如图所示），而DNA分子两条链之间的距离是固定的，直径约为2nm，据此推测位于DNA内部的碱基如何配对？并作出假说。 嘌呤与嘧啶配对。 假说一：A与T配对，G与C配对；假说二：A与C配对，G与T配对。  1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 资料五：1952年7月奥地利生物化学家查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析：DNA中碱基会相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。 查哥夫 DNA来源 A:G T:C A:T G:C 嘌呤：嘧啶 人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.0 小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99 禽类结核杆菌 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1 母鸡 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99 鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02 假说一：A与T配对，G与C配对；假说二：A与C配对，G与T配对。  1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 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: 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 1962年诺贝尔生理学与医学奖 富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。 威尔金斯 克里克 沃森 1953年，沃森和克里克撰写《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文发表。 1 一、DNA双螺旋结构模型的构建 ---建立过程 威尔金斯和富兰克林提供____________ DNA是以4种__________为单位连接而成的长链，分别含有_____________4种碱基 沃森和克里克推算出DNA分子呈_____结构 脱氧核苷酸 A、T、G、C DNA衍射图谱 螺旋 尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋 被否定 查哥夫提出DNA分子中A的量等于 ,C的量等于 。 修正、重建 构建DNA 模型 验证 DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 沃森和克里克 双螺旋结构 T G 1 　实战训练　 1.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结构模型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的电子显微镜图像 B.沃森和克里克提出了DNA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DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量 小试牛刀 1 　实战训练　 2.1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于 ①证明DNA是遗传物质 ②确定DNA是染色体的组成成分 ③发现DNA如何储存遗传信息 ④解释A、T、G、C的数量关系 A.①③ B.②④ C.②③ D.③④ 小试牛刀 1 PART 2 二、 DNA的结构 1 24 脱氧核苷酸 O P CH2 OH O OH H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 1’ 2’ 3’ 4’ 脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1’-C， 与磷酸基团相连的碳叫作5’-C。 C、H、O、N、P 1.DNA的基本单位： 3.脱氧核苷酸的组成： 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基 A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 T 胸腺嘧啶 2.DNA的元素组成： 二、DNA的结构 1 G A G G C C C T A T C C T G G A G 5' 3' 5' 3' 4.DNA的结构特点： 链数 方向 结构 双螺旋结构 反向平行 两条脱氧核苷酸链 一条：5’→3’; 另一条：3’→5’ 二、DNA的结构 DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成 1 5' 3' 5' 3' 磷酸二酯键 G A G G C C C T A T C C T G G A G 4.DNA的结构特点： 外侧 内侧 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架 碱基对 二、DNA的结构 1 4.DNA的结构特点： C T T G A C A G 碱基对 配对规律 两条链的碱基通过氢键连接配对 碱基互补配对原则：A与T配对；G与C配对 氢键 嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对， 且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系。 G C比例越高，DNA的热稳定性越高 二、DNA的结构 1 氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定 二、DNA的结构 归纳：DNA分子结构“五、四、三、二、一” 五种元素： 四种碱基： 三种物质： 两条长链： 一种螺旋： C、H、O、N、P A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 两条反向平行的脱氧核苷酸链 规则的双螺旋结构 1 氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定 二、DNA的结构 下图是DNA分子结构模式图，用文字填出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 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 6 思考：这个DNA片段有多少个游离的磷酸基团（没有形成磷酸二酯键的磷酸基团）？ 2个 5 6 1 氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定 5.DNA的结构特性： 二、DNA的结构 ⑴空间结构稳定 两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 ⑵外部稳定的基本骨架 脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架； ⑶内部碱基对稳定： 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对， 碱基配对严格遵循碱基互补配对原则。 1.稳定性： C T T G A C A G 1 5.DNA的结构特性： C T T G A C A G 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 二、DNA的结构 2.多样性： 碱基对（脱氧核苷酸）排列顺序千变万化 1 5.DNA的结构特性： C T T G A C A G 二、DNA的结构 3.特异性： 每个DNA分子中碱基的特定排列顺序，构成 了DNA分子的特异性。 1 DNA双螺旋结构的特性 2.特异性： 碱基特定的排列顺序。 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； 碱基对排列顺序的千变万化。 多样性使得DNA能携带大量不同的遗传信息 特异性确保了不同个体的性状具明显的差异(独特性) 确保了遗传的精确和稳定 小结 1 　实战训练　 1.一条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' 2.下面对DNA结构的叙述,错误的是(　　)。 A.DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧 B.DNA中的两条链反向平行 C.DNA中的氢键数目和碱基数目一定相等 D.DNA中在两条链的5'-端具有2个游离的磷酸基团 小试牛刀 1 　实战训练　 3.下图为某DNA分子的部分结构示意图，下列有关叙述正确的是（    ） A．DNA分子中的每个磷酸都连接2个脱氧核糖 B．④的化学名称是胞嘧啶脱氧核糖核苷酸 C．②和③交替连接构成了DNA分子的基本骨架 D．DNA分子是所有生物的遗传物质 小试牛刀 1 PART 3 三、DNA结构的相关计算 1 37 DNA分子结构中两种关系 数量关系 1 脱氧核糖数 = 磷酸数 = 含氮碱基数 每个DNA分子片段中，游离的磷酸基团有2个 2 A—T碱基对之间有2个氢键，G—C碱基对之间有3个氢键 3 位置关系 1 单链中相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸─脱氧核糖—”连接 2 互补链中碱基对通过氢键相连 DNA结构的相关计算 1 氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定 DNA结构的相关计算 即：双链中A＝ G＝ 设DNA一条链为1链，互补链为2链。 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 T T1＋T2 C1＋C2 规律一：双链DNA分子中嘌呤总数等于嘧啶总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 C A＋G＝ ＝ ＝ ＝ A1＋A2＝ G1＋G2＝ T＋C A＋C T＋G 注意：双链DNA中，A+T不一定等于C+G。 单链DNA或RNA中嘌呤数不一定等于嘧啶数。 1/2(A＋G＋T＋C) 1 DNA结构的相关计算 针对训练1.某生物细胞双链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% 针对训练2.已知一个含150个磷酸的双链DNA分子中有腺嘌呤25个，请问此DNA分子中有多少个胞嘧啶？ 50 150个磷酸=150个碱基 非互补碱基之和为总数一半 C=150/2–25=50 1 DNA结构的相关计算 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 A+T A+T+G+C A1 +T1 +G1 +C1 A1 +T1 = = A2 +T2 +G2 +C2 A2 +T2 = A1 +T1 （A+T） 1 2 = = A2 +T2 （G+C） 1 2 G1 +C1 G2 +C2 = = 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”。 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 针对训练4.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____ DNA结构的相关计算 35% 在双链DNA中 A+T=44% 在双链DNA中G+C=56% 在一链DNA中G+C=56% 在一链DNA中G=21% 在一链DNA中 C=35% 根据碱基互补配对原则在另一链DNA中G=35% 1 DNA结构的相关计算 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 T1 +G1 A1 +C1 =m 若 T2 +G2 A2 +C2 则 = 1 m 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”，在整个DNA中比值为1。 T+G A +C =1 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 DNA结构的相关计算 针对训练6.DNA的一个单链中（A+G）/（T+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是（ ） A、0.4和0.5 B、2.5和0.4 C、2.5和1.0 D、0.4和1.0 ✔ 针对训练5. 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 。 = A+T C+G 0.4 = A+C T+G 0.4 0.4 2.5 1 44 DNA结构的相关计算 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 N1 A1 =a 若 规律四：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。 N1 N2 N2 A2 =b N A 则 = a+b 2 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 45 DNA结构的相关计算 针对训练7.一条双链DNA，G和C占全部碱基的44% ，其中一条链的碱基中，A占26% ，C占20% ，那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的( ) 。 A.28%和22% B.30%和24% C.26%和20% D.24%和30% B 针对训练8.若双链DNA分子中G占碱基总数的27%，并测得一条链上的A占该链碱基的18%，则另一条链上A的比例是(　 ) A．9%　　B．27% C．28% D．46% C 1 DNA结构的相关计算 针对训练9.DNA的一个单链中（A+T）/（G+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是（ ） A、0.4和0.5 B、0.4和0.4 C、2.5和1.0 D、0.4和1.0 ✔ 1 DNA结构的相关计算 规律五：不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(A＋T)/(G＋C)的值不同，该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。 规律六：若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例无法确定，但最大值为2c%，最小值为0 例：在一个双链DNA分子中A占22%，则A在其中一条单链中的数值能确定吗？ 不能 能确定范围，0%≤A1≤44%； A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 DNA结构的相关计算 规律七：DNA分子的总氢键数=2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)。 碱基互补配对原则 （3个氢键） G C A T （2个氢键） A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1 DNA结构的相关计算 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 DNA结构的相关计算 第一步： 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。 第二步： 第三步： 画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 巧解DNA分子中有关碱基比例计算——“三步曲” 注意：看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基。 1 根据碱基比例对核酸样品进行判定 是否含 有U 是 否 则含有RNA 为DNA A+C T+G 是否=1 是 否 双链DNA 则为单链 DNA 思维提升 1 52 1.一个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。 2.DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____ 60 29% 3.经测定,青蛙体细胞中一段DNA分子中A有600个,占全部碱基总数的24%。那么,该DNA片段中C所占比例和数量分别是(　　) A.24%,600个 B.24%,650个 C.26%,640个 D.26%,650个 D 　实战训练　 小试牛刀 1 4.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的40%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是(　　) A．在它的互补链中，T与C之和占该链碱基总数的55% B．在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的20%和25% C．若该DNA分子含有1000个碱基对，则碱基之间的氢键数为2600个 D．该DNA分子中(C＋G)/（A＋T）＝3/2 B 　实战训练　 小试牛刀 1 5．某DNA分子含有1000个碱基对，其中A的含量为30%，α链中G的含量为30%，下列与该DNA分子有关的叙述正确的是（ ） A．由于碱基互补配对，DNA分子中C与G的和一定占50% B．该DNA分子的两条单链中(A＋C)/(T＋G)的值一定相等 C．该DNA分子的α链中碱基A所占的比例在0～40%范围内 D．该DNA分子中含有的氢键数为2.4×103个 D 　实战训练　 小试牛刀 1 本节导图 1 感谢聆听 问题探讨 1 57 Content Adaptive Encoding 3.0 $