高中生物新人教版必修2DNA的结构(41张)课件

(共41张PPT)
第2节 DNA 的结构
·素养目标
1.基于生物学事实和证据，归纳概括DNA 分子的结构特点。(科学思维) 2.运用创造性思维，制作DNA 分子双螺旋结构模型。(科学思维)
3.能利用碱基互补配对原则，对DNA 分子中的碱基数量和比例进行推算。(科学思 维 )
● 课程标准
3.1.2 概述 DNA 分子是由四种 脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基 互补配对的反向平行长链形成双 螺旋结构
问题一：DNA双螺旋结构是如何被发现的
1.构建者：美国生物学家沃森 和英国物理学家克里克。
2.构建过程： 威尔金斯和富兰克林 单
提供的 图 谱 四种碱基
沃森和克里克推算出DNA分子呈 结构
有
种
含
4
别
：
分
位
酸，
构
苷
结
核
的
氧
A
脱
DN
重新构建模型：让_ 配对， 配对
形成DNA双螺旋结构模型
查哥夫提出DNA分子中碱基数 量
在外， 且相同碱基进行配对
双螺旋\特 三螺旋点
位于螺旋的外部
尝试建立模型
在内，
失败
问题二：DNA结构特点是什么
1.下列有关DNA成分的说法正确的有：①②。
①元素组成是C、H、0、N、P
②基本组成单位是脱氧核苷酸
③含有A、G、C、U 4种碱基
④里面含有的五碳糖是核糖
⑤彻底水解产物是4种脱氧核苷酸
2.DNA双螺旋结构的主要特点：
(1)整体结构：由两条脱氧核苷酸链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。
(2)基本骨架：DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨
架。
(3)双链连接：两条链上的碱基通过氢键 连接成碱基对，碱基之间遵循碱基互补
配对原则。
(4)碱基互补配对原则是：A 与T通过两个氢键相连，G 与C通过三个氢键相连。
探究点一 DNA的结构特点
1.DNA双螺旋结构模型的构建(科学探究):
【图表情境】已知下面图形，圆形代表磷酸，五边形代表脱氧核糖，矩形代表碱
基。
若碱基是T,则上述结构的名称为：胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
(1)尝试构建一个脱氧核苷酸。
(2)尝试构建一条由3个脱氧核苷酸构成的单链片段。
(3)DNA双链(平面结构)。
5'
G
A
A
T
T
C
3'
a
3'
5
①DNA分子两条链中，互补碱基通过a氢 键 相连。
②图中b是鸟嘌呤(G) 。
(4)DNA的空间结构及特点。
①两条链：反向平行盘旋成双螺旋结构。
②基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧；碱基排列在内侧。
③ 一条链上相邻两个碱基通过一脱氧核糖 - 磷酸 - 脱氧核糖 -相连；两条链上的碱
基通过氢键连接成碱基对，并且遵循减基互补配对原则。
2.DNA的结构特性(科学思维):
【数学情境】 如果1个DNA片段含有1个碱基对，那么有4种这样的片段；如果有2
个碱基对，那么就会有16种这样的片段。
(1)如果DNA片段含有n 个碱基对，会有4”种这样的片段，这体现了DNA分子具有
多样性。
(2)每个DNA分子都有特定的碱基对排列顺序，体现了DNA分子结构具有特异性。
(3)磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等，体现了DNA分
子结构具有稳定性。
每个DNA分子片段中，游离的磷酸基团有2个 A 与T间有两个氢键，G 与C间有三个氢键
脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数
单链中相邻碱基：通过“—脱氧核糖—
磷酸—脱氧核糖—”连接
—互补链中互补碱基：通过氢键相连
【探究总结】
1.DNA结构的三个常考点：
氢键：连接互补链中互补碱基的化学键
-磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧
核苷酸的化学键
(3)
化学键
(1)
(2)
位置
关 系
数量 关系
2.DNA结构的两点提醒：
(1)DNA中的“反向”是指一条链一端是磷酸，另一端是脱氧核糖，但另一条链的
磷酸和脱氧核糖位置正好相反。
(2)DNA加热至90 ℃左右会解开双螺旋，当温度降低时，DNA又恢复为双螺旋结构。
格里菲思所做的肺炎链球菌转化实验中，加热致死的S型细菌内的DNA仍然保持活
性，将R型细菌转化为S型细菌。
3.DNA的水解产物：
(1)DNA分子初步水解产物是4种脱氧核苷酸。
(2)DNA分子彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种碱基。
【定向训练】
1.1953年，沃森和克里克建立了DNA的结构模型，两位科学家于1962年获得诺贝尔
生理学或医学奖。关于DNA双螺旋结构的特点，下列叙述错误的是( )
A.DNA由两条反向平行的链组成
B.脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧
C.碱基对构成DNA的基本骨架
D.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对
【解析】选C。DNA分子是由两条链组成的，这两条链是反向平行的，A正确；DNA中
的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，B正确、C 错误；两条链 上的碱基通过氢键连接形成碱基对，D正确。
2.(2020·浙江7月选考)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是( )
A.①表示胞嘧啶
B.②表示腺嘌呤
C.③表示葡萄糖
D.④表示氢键
【解析】选D。本题主要考查DNA分子的结构。根据图示分析，①表示T(胸腺嘧
啶),②表示C(胞嘧啶),③表示脱氧核糖，④表示氢键。
【补偿训练】
在DNA分子的双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟
嘌呤之间有3个氢键。现有4种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可 能来自嗜热菌(生活在高温环境中)的是( )
A.含胸腺嘧啶32%的样品 B.含腺嘌呤17%的样品
C.含腺嘌呤30%的样品 D.含胞嘧啶15%的样品
【解析】选 B。生活在高温环境中的嗜热菌，其DNA分子的稳定性高，两条脱氧核
苷酸链之间的氢键多。由于腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶和鸟嘌呤 之间有3个氢键，因此胞嘧啶和鸟嘌呤比例高的DNA分子稳定性高。A 选项样品中G
和C共占36%,B选项样品中G和c 共占66%,C选项样品中G和C共占40%,D选项样品中G
和c 共占30%,故选B项。
探究点二 DNA中碱基的相关计算
【图表情境】
已知DNA由两条链构成，并且两条链之间的碱基遵循碱基互补配对原则，如果将两
条链分别命名为H 、H ,则存在下列数量关系：A =T ,T =A ,C =G ,G =C ,如图所示：
1.在双链DNA中，A与T,G与C之间具有怎样的数量关系 不配对的两个碱基之和(如
A+G)在整个DNA中所占比例为多少
提示：在双链DNA中，碱基数量A 总等于T,G总等于C。在整个DNA中，由于A=T、G=C,
所以A+G的比例为
2.如果知道一条链 那么互补链H 中的比例为1/m。 因 为
一条链中的A等于其互补链中的T,C等于其互补链中的G,所以比例互为倒数。
3.如果DNA一条链中的(A +T )/(G +C )=a,那么另一条链中的(A +T )/(G +C )是 多少 该DNA分子中(A+T)/(G+C)是多少 请阐明原因。
提示：①(A +T )/(G +C )=a。根据碱基互补配对原则，A =T 、T =A 、G =C 、
C =G ,所以由(A +T )/(G +C )=a,可知(A +T )/(G +C )=a。
②(A+T)/(G+C)=a。因为(A+T)/(G+C)=(A +A +T +T )/(G +G +C +
C )=2(A +T )/2(G +C )=a。
【探究总结】
DNA中有关碱基计算的三个规律
(1)DNA双链中两条互补链的碱基数相等，任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱
基总数的50%,即A+G=T+C=A+C=T+G=50%;
(2)在DNA双链中， 一条单链的的值与另一条互补链的的值互为倒数关系。
(3)DNA双链中， 一条单链的的值与另一条互补链的的值相等，也与整个DNA分子中
的的值相等。
嘌呤碱基数与嘧啶碱基数之比为( )
A.5:4 B.4:3 C.3:2 D.3:4
【解析】选B。一条链的碱基数之比为A:C:G:T=1:1.5:2:2.5, 在这条链中
嘌呤碱基数与嘧啶碱基数之比即(A+G):(T+C) 为3:4,则其互补链中比值为其倒 数，即4:3。
【定向训练】
1.DNA分子中一条链的碱基数之比为A:C:G:T=1:1.5:2:2.5,
则其互补链中
2.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35%和18%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的
( )
A.25% 22% B.30% 20%
C.50%44% D.35%18%
【解析】选 A。若 G+C占全部碱基的40%,则A+T占全部碱基的60%。两条互补链的
碱基总数相同，且A和T的总数相同，因此每条链中的A和T总数都占该链的60%,同
理G和C 总数占每条链的40%。 一条链中T与c 分别占该链碱基总数的35%和18%,即A
与G分别占25%和22%,因为A与T配对，G与C配对，所以此链中A与G的含量，就是另一 条链中T与C的含量，所以A 项正确。
【规律方法】
DNA中有关碱基计算的“三步”
第一步：分清题中所给的和所求的碱基比例是占整个DNA分子的比例还是占其中
一条链的比例。
第二步：画出一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
第三步：根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。
【补偿训练】
某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了
DNA分子的一条单链与其互补链、 一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的
关系图，下列正确的是( )
【解析】选C。本题主要考查对DNA分子碱基互补配对原则的理解。双链DNA分子
中 ，(A+C)/(T+G)一定等于1,故A项错误；当一条链中存在(A +C )/(T +G )=1时，其
互补链中存在( A +C )/(T +G )=(T +G )/(A +C )=1,B 项错误；在DNA分子中，存在 (A +T )/(G +C )=(A +T )/(G +C )=(A+T)/(G+C) ,故C项正确、D项错误。
1.【科技情境】DNA分子杂交技术在社会生活中已经得到广泛应用。如用在刑侦
领域，可从犯罪嫌疑人和现场遗留物中分别提取DNA,在一个温度下水浴加热，使
氢键断裂，双链打开。若两份样本来自同一个体，在温度降低时，两份样本中的
DNA单链会通过氢键连接在一起；若不是来自同一个体，则两份样本中的DNA单链
在一定程度上不能互补，这样可以鉴别犯罪嫌疑人。
探究：
(1)对比鉴别犯罪嫌疑人的理论基础是什么
提示：由于每个人的DNA分子不同，利用了DNA分子的特异性。
(2)DNA分子中碱基互补配对原则对遗传信息的传递有什么意义
提示：能保证遗传信息在传递过程中的准确性。
2. 【史料情境】DNA作为遗传物质，应该有什么样的结构才能担当遗传的重任 当
时有三个实验室都在研究DNA分子的结构。
第一个实验是伦敦国王学院的威尔金斯、富兰克林实验。他们用X射线衍射法研
究DNA的晶体结构，根据得到的衍射图像，可以推测分子大致的结构和形状。
第二个实验是加州理工学院的大化学家莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)实验。但
他错误地认为DNA分子是由三股螺旋组成的，这使他“误入歧途”。因为没有注
意到4个碱基两两对应的关系，所以也失败了。
第三个实验则是沃森和克里克实验， 一开始拼凑模型，几经尝试，终于在1953年3
月获得了正确的模型。
探究：
(1)沃森和克里克拼凑的正确模型是什么 其有什么样的特点
提示：双螺旋结构。特点：两条链反向平行；磷酸和脱氧核糖构成其基本骨架，碱
基排列在内侧；碱基之间遵循碱基互补配对原则。
(2)鲍林认为DNA分子是由三股螺旋组成的，这使他“误入歧途”,沃森和克里克
否定三股螺旋的依据是什么
提示：沃森和克里克从生物化学家查哥夫那里得知在DNA中，腺嘌呤的量总是等于
胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量，推测DNA由两条链构成。
1.沃森和克里克已经揭示了DNA的双螺旋结构。下列关于DNA结构的叙述正确的
是 _ 。(填序号)
① 每个DNA分子中一般都含有四种脱氧核苷酸
② 每个DNA分子中，都是碱基数=磷酸数=脱氧核糖数
③DNA两条链上的碱基以氢键相连，且A与T配对，G与C配对
④每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基
⑤DNA的基本骨架由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基交替连接构成
⑥DNA一条单链上相邻的碱基之间以氢键相连
⑦若某DNA片段中有a个碱基对，胞嘧啶有b 个，则该D NA片段中的氢键数为2a+b 个
【解析】选①②③⑦。DNA分子的基本单位是四种脱氧核苷酸，①正确；1分子脱
氧核苷酸由1分子碱基、1分子磷酸、1分子脱氧核糖构成，所以每个DNA分子中，
都是碱基数=磷酸数=脱氧核糖数，②正确；DNA两条链上的碱基以氢键相连，遵循
碱基互补配对原则，即A与T配 对 、G与C配对，③正确；DNA中大部分脱氧核糖连接 两个磷酸和一个碱基，④错误；DNA的基本骨架是脱氧核糖和磷酸交替连接构成
的，⑤错误；DNA一条单链上相邻的碱基之间通过“-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖- ” 相连，⑥错误；DNA片段中有a 个碱基对，胞嘧啶有b个，则A有(a-b) 个，由于A与T之 间通过两个氢键相连，G与c之间通过三个氢键相连，所以该DNA分子中的氢键数
为2(a-b)+3b=2a+b 个，⑦正确。
2. (2019·山东学考)图中圆形、五边形和长方形分别代表磷酸、脱氧核糖和含
氮碱基。下列脱氧核苷酸链的模型构建正确的是( )
【解析】选B。两个脱氧核苷酸是通过磷酸和脱氧核糖的3’碳原子连接的，而且
脱氧核苷酸链是磷酸和脱氧核糖交替连接，只有B选项连接正确。
3.已知1个DNA分子中有4000个碱基对，其中胞嘧啶有2200个，这个DNA分子中应
含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是( )
A.4000 个和900个 B.4000 个和1800个
C.8000 个和1800个 D.8000 个和3600个
【解析】选C。一个脱氧核苷酸含有1个碱基，1个DNA 分子中有4000个碱基对，
则这个DNA 分子含有8000个脱氧核苷酸；双链DNA 分子中，G=C=2200, 碱基 总数是4000×2=8000个，所以A=T=(8000-2200×2)÷2=1800 个。
4.已知病毒的核酸有双链DNA、单 链DNA、双链RNA、单 链RNA四种类型。现发现
一种新病毒，要确定其核酸属于哪一种类型，应该( )
A.分析碱基类型，确定碱基比例
B.分析蛋白质的氨基酸组成，确定五碳糖类型
C.分析碱基类型，确定五碳糖类型
D.分析蛋白质的氨基酸组成，确定碱基类型
【解析】选A。确定核酸属于DNA还是RNA,可以分析核酸的组成，如果核酸中含有
碱基T或脱氧核糖，则是DNA,如果核酸中含有碱基U或者核糖，则是RNA;确定单链 DNA或双链DNA可以通过分析碱基的比例，双链DNA分子中嘌呤总数与嘧啶总数相 等，单链DNA中的嘌呤总数与嘧啶总数不一定相等。
5.同源染色体上的DNA分子之间最可能相同的是( )
A.碱基序列
B.碱基数目
C.(A+T)/(G+C)的值
D.碱基种类
【解析】选D。同源染色体上的DNA分子上的基因可能为等位基因，此时碱基序列
不同，(A+T)/(G+C)也不同，故A项和C项均错误；同源染色体上的DNA分子的碱基数 目可能不同，比如果蝇的性染色体，故B项错误；任何生物DNA分子的碱基种类都是
A 、G 、C 、T,D项正确。
【新高考·新风向】
6.乙型肝炎病毒即乙肝病毒，是一种DNA病毒，目前只对人和猩猩有感染性。其传
播途径主要有血液传播、母婴传播、性传播等。目前为阻断母婴传播， 一般新生 儿分别于出生时、出生后1个月、6个月各注射一次乙肝疫苗，可获得良好的预防
效果。回答下列问题：
(1)根据题干信息，下列关于该病毒的叙述正确的是 ( )
A.该病毒的遗传物质是RNA
B.该病毒没有细胞结构，其生命活动与细胞无关
C.该病毒的遗传物质彻底水解产物有6种
D.该病毒进行繁殖时，其合成原料均来自大肠杆菌
(2)乙肝病毒的生活方式是_ ,宿主细胞是_
(3)如何获得被32P标记的乙肝病毒
【解析】(1)该病毒是DNA病毒，其遗传物质是DNA,A错误；病毒虽然没有细胞结构，
但营寄生生活，其生命活动离不开细胞，B错误；该病毒的遗传物质是DNA,DNA 彻底
水解产物有磷酸、脱氧核糖、4种含氮碱基，共6种，C 正确；由题干可知，该病毒的
宿主是人和猩猩，故繁殖时不会利用大肠杆菌的原料，D 错误。
(2)病毒营寄生生活，乙肝病毒的宿主细胞是肝细胞。
(3)由于病毒营寄生生活，要想获得被标记的病毒，首先用含32P的培养液培养人的
肝细胞， 一段时间后用乙肝病毒侵染被标记的肝细胞，即可获得32P 标记的乙肝病
毒。
答案：(1)C (2)寄 生 肝 细 胞
(3)首先用含32P的培养液培养人的肝细胞， 一段时间后用乙肝病毒去侵染被标记
的肝细胞，即可获得32P标记的乙肝病毒