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高中生物学必修2 · 遗传与进化

搭建生命阶梯

3.2 DNA的结构

授课教师：汕头市第一中学 陈煜晖

点击卡片进入对应学习任务

课前准备

温故而知新

回顾核酸的基础知识，为学习DNA结构做好铺垫

1 思考问题

❓ 为什么DNA适合作为遗传物质？它应具备哪些特点？

❓ DNA的基本组成单位是什么？它由哪几部分组成？

❓ 组成DNA的含氮碱基有哪几种？它们的英文缩写分别是什么？

2 概念回顾

核酸的分类

  • • DNA：脱氧核糖核酸
  • • RNA：核糖核酸

基本组成单位

核酸的基本组成单位是核苷酸，分为两类：

1. 脱氧核苷酸（DNA的基本单位）：

  • • 一分子磷酸
  • • 一分子脱氧核糖
  • • 一分子含氮碱基（A、T、G、C）

2. 核糖核苷酸（RNA的基本单位）：

  • • 一分子磷酸
  • • 一分子核糖
  • • 一分子含氮碱基（A、U、G、C）

核苷酸的结构简式

核苷酸结构

• 磷酸连接脱氧核糖的5'碳原子

• 碱基连接脱氧核糖的1'碳原子

• 3'碳原子保留羟基(—OH)

相邻核苷酸的连接方式

磷酸二酯键

• 上一个核苷酸3'-OH

与

• 下一个核苷酸5'-磷酸

形成磷酸二酯键，方向：5' → 3'

3 学习目标

🎯

生命观念

认识DNA结构的物质性、统一性，建立结构与功能相适应的观念

🧠

科学思维

分析科学史上的实验证据，建立模型构建的科学思维方法

🔬

科学探究

通过虚拟实验体验DNA结构发现过程，学会合作与交流

🌍

社会责任

认识科学技术对社会发展的推动作用，关注生命科学进展与应用

任务一

DNA结构的科学史证据

重温DNA双螺旋结构发现的精彩历程，感悟科学精神与方法

📸

X射线衍射照片51号

通过X射线晶体衍射技术，获得了清晰的DNA衍射照片，为揭示DNA结构提供了关键证据。

🔬 证据解读：将相应结论选填到对应的证据后面

X形衍射图谱 →
?
相邻碱基距离 →
?
螺距 →
?
扭转角度 →
?
第四层线缺失 →
?
图谱中心对称 →
?
34Å
双螺旋或三螺旋
螺旋状分子
36°
DNA分子中心对称
3.4Å
🧬

碱基组成规律

发现不同物种的DNA碱基组成具有特定规律。

🧪 动手填一填：根据碱基组成规律完成下列等式

?
=
?
?
=
?
A
T
C
G
任务二

DNA双螺旋结构的主要特点

构建DNA结构模型，归纳总结双螺旋结构的三大特点

📏

特点一：基本骨架

磷酸-脱氧核糖交替连接，排列在外侧

🔗

特点二：碱基配对

A=T，C≡G，遵循碱基互补配对原则

🎯

特点三：反向平行

两条链反向平行

🧬 DNA分子结构构建平台

碱基位置：
⬅️ 左骨架：
P S P S P S P S

3' → 5'

四对碱基

➡️ 右骨架：
P S P S P S P S

3' → 5'

🧰 组件库（共8个碱基，碱基在内侧时含4个氢键）：

A

A

A

A

T

T

T

T

G

G

G

G

C

C

C

C

双氢键

双氢键

三氢键

三氢键

🔗

拓展：认识氢键

氢键是一种特殊的分子间作用力，它比化学键弱，但在维持生物大分子的空间结构中发挥着至关重要的作用。

A=T

A与T之间形成
2个氢键

C≡G

G与C之间形成
3个氢键

🔬 氢键在生命科学中的重要意义

  • • 氢键的数量越多，DNA分子越稳定
  • • 加热可破坏氢键，使DNA双链解开
  • • DNA复制、转录都需要氢键的断裂与重建
巩固练习

学以致用 · 检测提升

完成以下练习，检验你的学习效果

1

下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是（ ）

A 沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型
B 磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架
C 碱基A与T之间通过3个氢键连接
D 碱基排列在内侧，遵循A-T、G-C的配对原则
2

在沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型时，借鉴了多人的实验证据。下列对应关系正确的是（ ）

A 查哥夫数据——证明DNA是双螺旋结构
B Photo51衍射图片——得到A=T、G=C
C 脱氧核糖疏水，磷酸亲水——碱基应当排列在内侧
D 碱基的不同连接方式——正确的DNA为三链结构
3

对于DNA双螺旋结构模型的相关叙述，错误的是（ ）

A 氢键和碱基堆积力共同维持DNA结构的稳定性
B 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性
C 反向平行的双螺旋结构为DNA的复制提供了精确模板
D 碱基种类的多种多样，构成DNA分子的信息储存能力

✨ 学习小结

通过本节课的学习，我们沿着科学家的足迹，重温了DNA双螺旋结构的发现历程，认识了DNA精妙的双螺旋结构。
生命的密码就在这A-T、G-C的排列中，这就是大自然最伟大的杰作！