DNA的结构高一下学期必修2生物人教版

第2节DNA的结构第3章基因的本质高中生物人教版必修2《遗传与进化》 学习目标【生命观念】通过分析DNA双螺旋结构模型，阐明DNA分子的组成单位及结构的主要特点（由两条反向平行的脱氧核苷酸链通过碱基互补配对形成双螺旋结构），初步建立“结构与功能相适应”的生命观念。【科学思维】通过对沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的科学史资料进行分析与推理，运用模型与建模的方法，经历“提出假说—构建模型—检验修正”的探究过程，发展演绎推理、批判性思维等科学思维能力。【科学探究】通过动手制作DNA双螺旋结构模型（或平面结构模型），培养观察能力、动手操作能力和空间想象能力，在小组合作中学习模型建构的方法，体验科学探究的基本流程。【社会责任】通过了解科学家合作探究DNA双螺旋结构的历程，体会科学研究中“合作交流”与“多学科交叉”的重要性，感悟科学家严谨求实、勇于探索的科学精神，认同科学技术是在不断争论与修正中发展的。一、DNA双螺旋结构模型的构建二、DNA的结构四、DNA分子中碱基数目的相关计算目录

contents三、制作DNA双螺旋结构模型以

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。遗传物质是格里菲思肺炎链球菌体内转化实验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？【资料1】20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。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

一、DNA双螺旋结构模型的构建威尔金斯富兰克林

一、DNA双螺旋结构模型的构建【资料2】富兰克林和威尔金斯用X射线衍射技术给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NPNPNPNPNPNPNPNPNPNP【资料3】生物学家沃森与物理学者克里克对衍射图谱进行分析，推测DNA呈螺旋型磷酸与脱氧核糖亲水的，碱基疏水推测：碱基在DNA螺旋结构的内侧，磷酸和脱氧核糖在外侧模型：碱基位于螺旋结构之外

一、DNA双螺旋结构模型的构建

一、DNA双螺旋结构模型的构建NPNPNPNPPNPNPNPNP碱基如何配对？【资料4】嘌呤碱基是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱基是单环化合物，占有空间小。DNA直径是固定的，均为2nm.嘌呤和嘧啶配对①A与C配对、G与T配对②A与T配对，G与C配对➪有哪些可能性？查哥夫（E.Chargaff）【资料5】奥地利著名生物化学家查哥夫发现：腺嘌呤（A）的量等于胸腺嘧啶（T）的量(即：A=T)；鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量(即：G=C)。沃森和克里克认为：

A和T配对，C和G配对——碱基互补配对原则

一、DNA双螺旋结构模型的构建模型三

沃森和克里克重新构建：DNA的双链的平面结构两条链反向平行A与T配对C与G配对具相同形状和直径DNA分子具有恒定的直径能够解释A、T、G、C的数量关系

一、DNA双螺旋结构模型的构建【资料6】1953年，美国的沃森和英国的克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载。富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。威尔金斯、克里克和沃森：1962年诺贝尔生理学与医学奖

一、DNA双螺旋结构模型的构建（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？两条链。这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。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与T配对；G与C配对。

一、DNA双螺旋结构模型的构建讨论习题巩固1.DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪生命科学领域的重大突破，沃森和克里克在构建模型过程中综合了多位科学家的研究成果，为现代遗传学发展奠定了基础。下列研究成果中，为DNA双螺旋结构模型构建提供主要依据的是（

）①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制A．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】B习题巩固2.沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型综合了多个领域的研究成果，下列哪项不是其模型构建的依据（）A．梅塞尔森和斯塔尔证明DNA半保留复制的实验B．早期科学家发现DNA含有A、T、G、C四种碱基C．查哥夫发现的A与T、G与C的数量相等关系D．富兰克林用X射线衍射技术获得DNA衍射图谱【答案】A

二、DNA的结构OPCH2

OHOOHHOHHH

HH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。2.DNA的基本单位脱氧核苷酸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C胞嘧啶T胸腺嘧啶A腺嘌呤G鸟嘌呤3’1.元素组成：C、H、O、N、POOHHH2O磷酸二酯键DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。4.DNA链的形成

二、DNA的结构

二、DNA的结构1.由

条单链按_________方式盘旋成

结构。反向平行双螺旋2

二、DNA的结构2.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3.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

二、DNA的结构4.外侧：

和

交替连接，构成基本骨架；内侧：

。磷酸碱基对脱氧核糖5.两条链上的碱基通过

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TC碱基互补配对原则碱基对腺嘌呤（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，更耐高温。

二、DNA的结构4.总结五种元素：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=TG≡C

二、DNA的结构下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称胸腺嘧啶(T)胞嘧啶（C）鸟嘌呤(G)腺嘌呤(A)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１.2.3.4.5.6.7.8.9.10.__12345678109GTCA

二、DNA的结构

二、DNA的结构在生物体内，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。计算DNA分子有多少种？440002.特异性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。

二、DNA的结构特点习题巩固1.下图为DNA分子结构局部模式图，下列叙述错误的是（）

A．①是磷酸 B．②是核糖C．③是碱基 D．④是氢键【答案】BA．DNA中的核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架B．根据衍射图像的交叉现象，沃森和克里克推测DNA呈螺旋结构C．沃森和克里克最先发现腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量D．双螺旋模型中由于碱基对的不同，不同区段DNA分子的直径也不同习题巩固2.如图1为富兰克林拍摄的DNA衍射图谱，图2为基于其研究结果建立的DNA双螺旋结构模型简图。下列关于双链DNA结构的叙述，正确的是（

）【答案】B

三、制作DNA双螺旋结构模型1.目的要求通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解2.材料用具曲别针、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。

三、制作DNA双螺旋结构模型3.模型设计制作模型前首先应该进行设计，并考虑以下问题1．分别用哪几种材料来代表组成DNA的磷酸、脱氧核糖和碱基？这3种物质是在什么部位相互连接的？怎样将这几种材料正确地连接起来？2．DNA中每个脱氧核苷酸之间是在什么部位相互连接的？怎样将脱氧核苷酸正确地连接起来？3．在模型中，如何体现DNA的两条链是反向平行的？又怎样体现两条链的碱基之间互补配对？

三、制作DNA双螺旋结构模型4.示例展示

三、制作DNA双螺旋结构模型讨论：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？习题巩固1.某同学在“制作DNA双螺旋结构模型”的活动中，准备了足够的材料。下列有关叙述正确的是（）A．制作脱氧核苷酸时，应在脱氧核糖上连接磷酸和碱基B．制作模型时，嘌呤碱基与嘧啶碱基之间都连接2个氢键C．制成的模型中，每个脱氧核糖上都连接有2个磷酸D．制成的模型中，磷酸和核糖交替连接位于主链的外侧【答案】A习题巩固2.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即：双链中A＝

，G＝

，A＋G＝

＝

＝

＝T＋C。(1)A1＋A2＝_______；G1＋G2＝_______。TCT＋CA＋CT＋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。

四、DNA分子中碱基数目的相关计算规律设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＋T2C1＋C2(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＋A2C2＋G2

四、DNA分子中碱基数目的相关计算规律设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。(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+G1T1+C1=b若A2+G2T2+C2=？A+GT+C=？1/b