高中生物 第四章 第二节 DNA分子的结构第1课时课时作业 苏教版必修2.docx

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高中生物第四章第二节DNA分子的结构第1课时课时作业苏教版必修2

第二节DNA分子的结构和复制

第一课时　DNA分子的结构

【目标导航】　1.阅读教材图文，了解DNA双螺旋结构模型的构建过程。

2.结合教材图4－8和相关模型，概述DNA分子的双螺旋结构模型的特点。

3.通过制作DNA双螺旋结构模型，进一步理解其结构特点并掌握有关的计算规律。

一、DNA分子的结构

（一）对DNA分子结构的认识过程

时期

科学家

成果

20世纪30年代后期

瑞典科学家

证明DNA是不对称的

续表

1951年

查戈夫（美）

定量分析DNA分子的碱基组成发现腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量

续表

1952年

富兰克

琳（英）

确认DNA为螺旋结构，并且是由不止一条链所构成

1953年

沃森（美）和

克里克（英）

提出DNA分子的双螺旋结构模型

（二）基本组成单位

（1）DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，如下图所示：

（2）碱基：

A.腺嘌呤；G：

鸟嘌呤；C：

胞嘧啶；T：

胸腺嘧啶。

（三）DNA的双螺旋结构

1．填图

右图为DNA分子的双螺旋结构模型图，试着完成相关内容。

（1）写出图中各部分的名称：

①胸腺嘧啶（T）；②脱氧核糖；③磷酸；④胸腺嘧啶脱氧核苷酸；⑤碱基对；⑥腺嘌呤（A）；⑦鸟嘌呤（G）；⑧胞嘧啶（C）。

（2）图中可以看出，和A配对的一定是T，和G配对的一定是C，碱基对之间靠氢键连接。

其中A－T之间是2个氢键，G－C之间是3个氢键。

2．双螺旋结构特点

（1）DNA分子是由两条链构成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧。

（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。

碱基配对的规律是：

A与T配对，G与C配对。

碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。

3．DNA分子的特性

（1）稳定性：

空间结构相对稳定。

①位于外侧的基本骨架一定是由磷酸和脱氧核糖交替连接形成的，不会改变。

②两条链间的碱基互补配对方式稳定不变，总是A与T、G与C配对。

碱基对及其侧链基团对维持DNA分子的

空间结构的稳定有着重要的作用。

（2）多样性：

不同的DNA分子中脱氧核苷酸的数目有差异，排列顺序多种多样。

n对脱氧核苷酸可构成4n种排列次序（n为脱氧核苷酸“对”数）。

（3）特异性：

每一种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序。

二、设计和制作DNA分子双螺旋结构模型

1．材料用具

硬塑方框2个（长约10cm），细铁丝2根（长约0.5m），球形塑料片（代表磷酸）若干，双层五边形塑料片（代表脱氧核糖）若干，4种不同颜色的长方形塑料片（代表4种不同碱基）若干，粗铁丝2根（长约10cm），订书钉。

2．方法步骤

（1）制作脱氧核苷酸模型：

按照每个脱氧苷核酸的结构组成，挑选模型零件，组装成若干个脱氧核苷酸。

（2）制作多核苷酸长链模型：

按照一定的碱基排列顺序，将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成一条多核苷酸长链。

在组装另一条多核苷酸长链时，方法相同，但要注意两点：

一是两条长链的单核苷酸数目必须相同；二是两条长链并排时，必须保证碱基之间能够相互配对，不能随意组装。

这是实验成败的关键所在。

（3）制作DNA分子平面结构模型：

按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来。

（4）制作DNA分子的立体结构（双螺旋结构）模型：

把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。

判断正误

（1）DNA分子由四种脱氧核苷酸组成，这四种脱氧核苷酸含有的碱基是A、U、C、G。

（　　）

（2）A—T碱基对和G—C碱基对具有相同的形状和直径，使DNA分子具有稳定的直径。

（　　）

（3）DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。

（　　）

（4）DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。

（　　）

（5）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。

（　　）

（6）DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即A＝T，G＝C。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）√　（6）√

一、DNA分子的结构及特点

1．DNA的分子组成

2．DNA的结构

分类

主链

侧链

构成方式

磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则地盘旋成双螺旋

主链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补（A—T，G—C）配对，碱基平面之间平行

续表

排列位置

双螺旋结构外侧

双螺旋结构内侧

动态变化

相对稳定

碱基比率和碱基序列可变

模型图解

3．巧记DNA分子的组成及结构

五种元素：

C、H、O、N、P；

四种碱基：

A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸；

三种物质：

磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；

两条长链：

两条反向平行的脱氧核苷酸链；

一种螺旋：

规则的双螺旋结构。

4．制作DNA双螺旋结构模型

（1）制作原理

DNA的脱氧核苷酸双链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧。

碱基排列在内侧，碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。

（2）制作程序

①使用各种材料分别“制作”若干个磷酸、脱氧核糖、碱基；将各种配件整合在一起，并连接成脱氧核苷酸链；连接两条脱氧核苷酸链，拼成DNA分子平面结构图；再“旋转”成双螺旋结构。

②根据设计计划，对制作的DNA分子双螺旋结构模型进行检查，对模型的不足加以修正。

1．DNA分子中的碱基是如何连接的？

答案　DNA单链中相邻的碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，而在双链中碱基通过氢键连接。

2．在一个双链DNA分子中，脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的数量比例关系如何？

一个DNA分子中含有多少个游离磷酸基团？

答案　脱氧核糖∶磷酸∶碱基＝1∶1∶1。

一个DNA分子中只含有2个游离磷酸基团。

3．双链DNA分子中，嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系？

答案　嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数。

1．如图是DNA分子的部分平面结构示意图，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．图中4的全称是腺嘌呤脱氧核苷酸

B．构成DNA的核苷酸种类的不同与2有关

C．N元素存在于图中的含氮碱基中

D．从主链上看，两条脱氧核苷酸链反向平行

【问题导析】

（1）构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸；

（2）脱氧核苷酸种类的不同与含氮碱基有关，与脱氧核糖和磷酸无关，图中2为脱氧核糖，3为含氮碱基。

答案　B

【一题多变】

（1）从主链上看，两条单链________平行；从碱基关系看，两条单链________。

（2）________和________相间排列，构成了DNA分子的基本骨架。

（3）图中有________种碱基，________种碱基对。

（4）含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。

请回答：

①该DNA片段中共有腺嘌呤________个，C和G构成的碱基对共________对。

②在DNA分子稳定性的比较中，________碱基对的比例越高，DNA分子稳定性越高。

答案　

（1）反向　碱基互补配对　

（2）脱氧核糖　磷酸　（3）4　3　（4）①40　60　②G与C

解析　

（1）从主链上看，两条单链是反向平行的；从碱基关系看，两条单链遵循碱基互补配对原则。

（2）脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架。

（3）图中涉及到4种碱基，4种碱基之间的配对方式有两种，但碱基对的种类有4种，即A—T、T—A、G—C、C—G，但图中只有3种。

（4）假设该DNA片段只有A、T两种碱基，则200个碱基，100个碱基对，含有200个氢键，而实际上有260个氢键，即G—C或C—G碱基对共60个，所以该DNA中腺嘌呤数为：

（200－2×60）/2＝40个，C和G共60对。

由于G与C之间有三个氢键，A与T之间有两个氢键，因此，G与C构成的碱基对的比例越高，DNA分子稳定性越高。

二、有关DNA分子结构的计算

1．DNA分子的共性和特异性

（1）共性：

不因生物种类的不同而不同。

＝

＝1；

＝

＝1；

＝

＝1。

（2）特异性：

的值在不同DNA分子中是不同的，是DNA分子多样性和特异性的表现。

2．相关计算

如图是DNA分子中碱基配对的情况示意图，与碱基互补配对原则有关的规律：

①腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即A＝T，G＝C。

因此，嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A＋G＝T＋C。

一条链中的A和另一条链中的T相等，可记为A1＝T2，同样：

T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2。

②设在双链DNA分子中的一条链上A1＋T1＝n%，因为A1＝T2，A2＝T1，则：

A1＋T1＝T2＋A2＝n%。

整个DNA分子中：

A＋T＝n%。

在双链DNA分子中，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。

③设双链DNA分子中，一条链上：

＝m，则：

＝

＝m，所以互补链上

＝

。

双链DNA分子中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。

④DNA分子中共有4种类型的碱基对，若某个DNA分子具有n个碱基对，则DNA分子可有4n种碱基对排列方式。

1．在双链DNA分子中，若某一条链中

＝m，则在另一条链中

的比值是多少？

在整个DNA分子中

的比值是多少？

答案　在另一条链中及整个DNA分子中都是m。

2．在双链DNA分子中，若某一条链中

＝n，则在另一条链中

的比值是多少？

在整个DNA分子中

的比值是多少？

答案　在另一条链中

的比值为1/n，在整个DNA分子中

＝1。

2．某DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链（a）上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链（b）上的G占该链碱基总数的比例是（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．35%B．29%C．28%D．21%

【问题导析】

（1）整个DNA中的A＋T占整个DNA碱基总数的44%，则G＋C占整个DNA碱基总数的56%；

（2）因为其中一条链（a）上的G占该链碱基总数的21%，所以与G对应的互补链（b）上的C占b链碱基总数的21%，则G（a链上）＋C（b链上）占DNA分子碱基总数的21%。

（3）因为总的G＋C占整个DNA分子碱基总数的56%，所以G（b链上）＋C（a链上）占整个DNA分子碱基总数的35%，推得G占b链碱基总数的35%。

答案　A

【一题多变】

已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的（　　）

A．34%和16%B．34%和18%

C．16%和34%D．32%和18%

答案　A

解析　根据双链DNA分子的特点，双链中，G＝C＝17%，A＝T＝33%，因其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T＝66%－32%＝34%，C＝34%－18%＝16%。

1．下列能正确表示DNA片段的示意图的是（　　）

答案　D

2．由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基的排列顺序不同，决定了DNA的种类及特性分别是（　　）

①504种　②450种　③425种　④遗传性　⑤多样性

⑥特异性

A．①④B．②⑤C．②⑥D．③⑤

答案　D

解析　50个脱氧核苷酸共构成了25个碱基对，共有排列顺序425种，由此说明由于碱基对（或脱氧核苷酸对）的排列顺序的多样性，决定了DNA分子的多样性。

3．假设一个DNA分子片段中，碱基T共312个，占全部碱基的26%，则此DNA片段中碱基G所占百分比和数目分别是（　　）

A．26%,312个B．24%,288个

C．24%,298个D．12%,144个

答案　B

解析　DNA分子的碱基数目和比例严格遵循碱基互补配对原则，即DNA分子中有一个A，必定有一个和其互补的T；有一个C，必有一个G。

根据这个原理可知G＝

＝24%；又知T共312个，占26%，则可知该DNA分子片段中共有碱基312÷26%＝1200个；前面已计算出G占24%，则G的数目是1200×24%＝288个。

4．分析以下材料，回答有关问题。

材料一　在沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型之前，人们已经证实了DNA分子是由许多脱氧核苷酸构成的长链，自然界中的DNA并不以单链形式存在，而是由两条链结合形成的。

材料二　在1949年到1951年期间，科学家查戈夫（E.Chargaff）研究不同生物的DNA时发现，DNA分子中的嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，即A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，但（A＋T）与（G＋C）的比值是不固定的。

材料三　根据富兰克琳（R.E.Franklin）等人对DNA的X射线衍射分析表明，DNA分子由许多“亚单位”组成，每一层的间距为0.34nm，而且整个DNA分子长链的直径是恒定的。

以上科学研究成果为1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型奠定了基础。

请分析回答：

（1）材料一表明DNA分子是由两条________组成的，其基本单位是__________________________________。

（2）嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，说明

___________________________________。

（3）A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，说明_______________。

（4）A与T的总数和G与C的总数的比值不固定，说明

________________________。

（5）富兰克琳等人提出的DNA分子中的亚单位事实上是

____________________；

亚单位的间距都为0.34nm，而且DNA分子的直径是恒定的，这些特征表明__________________。

（6）基于以上分析，沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是_______________，

并成功地构建了DNA分子的双螺旋结构模型。

答案　

（1）脱氧核苷酸长链　脱氧核苷酸　

（2）DNA分子中嘌呤与嘧啶之间一一对应　（3）A与T一一对应，C与G一一对应　（4）A与T之间的对应和C与G之间的对应互不影响　（5）碱基对　DNA分子的空间结构非常规则　（6）A与T配对，C与G配对

解析　材料一表明了当时科学界对DNA的认识是：

DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构。

嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，即A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，说明二者可能是一种对应关系，而A与T的总数和G与C的总数的比值不固定则说明A与T之间的对应和C与G之间的对应是互不影响的，所以沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是A与T配对，C与G配对，结果发现与各种事实相符，从而获得了成功。

【基础巩固】

1．下列各项中，能正确表示DNA分子中脱氧核苷酸对的是（　　）

答案　A

解析　DNA分子中的碱基互补配对原则为A与T配对，G与C配对，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，两条链反向平行，所以A项正确；B、D两项配对方式不对，C项两条链方向不对。

2．DNA的一条单链中

＝0.4。

上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为（　　）

A．0.4、0.6B．2.5、1.0

C．0.4、0.4D．0.6、1.0

答案　B

解析　根据碱基互补配对原则，在整个DNA分子中，因为A＝T，G＝C，所以

比值为1.0。

在双链DNA分子中，一条链上的

与互补链上

相等为0.4，因而互补链中

＝2.5，互为倒数。

3．在DNA分子双螺旋结构中，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。

现有四种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

答案　B

解析　DNA分子双螺旋结构中，A与T之间可以形成2个氢键，而G与C之间可以形成3个氢键，3个氢键稳定性强，因此G与C含量多的DNA分子的稳定性大于G与C含量少的DNA分子的稳定性。

4．下面为DNA分子的结构示意图，对该图的正确描述是（　　）

A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架

B．①②③构成胞嘧啶脱氧核苷酸

C．④占的比例越大，DNA分子越稳定

D．DNA分子中⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T

答案　D

解析　DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成，选项A错误；胞嘧啶脱氧核苷酸由②③⑨组成，B项错误；④表示A－T碱基对，G、C对含量越多，DNA分子越稳定，选项C错误；根据碱基互补配对原则，⑤、⑥、⑦、⑧依次代表A、G、C、T，D项正确。

5．下表为生物学家在分析大麦、果蝇、猪、牛和人等生物DNA碱基比率时得到的结果：

生物的种类

大麦

果蝇

猪

牛

人

1.21

1.37

1.43

1.31

1.52

根据上表，可获得的最恰当的结论是（　　）

A．DNA分子具有特异性

B．DNA分子具有多样性

C．DNA分子具有遗传性

D．DNA分子具有特异性和多样性

答案　D

解析　在双链DNA分子中，A＝T，G＝C，但

的比值因生物种类不同而不同，每一种生物都有其特定的比值，这就构成了DNA分子的特异性；不同生物，其比值又不同，这就构成了DNA分子的多样性。

6．下图是制作DNA双螺旋结构模型的过程图，请回答下面的问题。

（1）在制作模型前进行的设计中，甲处应考虑具备________种材料，它们分别是________；其中五边形材料表示________。

（2）乙表示的物质是________，a位置的元素是________。

制作一个乙用到了________种材料。

（3）由乙连接成丙的过程，需考虑的主要有：

两条链中五边形材料的顶角应呈________（填“同向”或“反向”）关系；若一条链的下端是磷酸，则另一条链的上端应该是________，这样制作的目的是体现DNA双链________的特点。

（4）随机将班里某两位同学制作的单链连接成双链，不合理的地方最可能是________。

（5）丙到丁过程体现了DNA分子________的特点，丁中排在外侧的物质是________。

答案　

（1）6　磷酸、脱氧核糖、四种碱基　脱氧核糖　

（2）脱氧核苷酸　氧　3　（3）反向　磷酸　反向平行　（4）双链间的碱基配对不遵循碱基互补原则　（5）螺旋　　交替连接的脱氧核糖和磷酸

【巩固提升】

7．某生物核酸的碱基组成是嘌呤碱基占58%，嘧啶碱基占42%，此生物不可能是（　　）

A．噬菌体B．大肠杆菌

C．人或酵母菌D．烟草

答案　A

解析　噬菌体由DNA和蛋白质构成，DNA为双链，嘌呤数与嘧啶数应相等，在人、酵母菌、大肠杆菌、烟草中既有DNA，也有RNA，且RNA为单链，因此嘌呤数与嘧啶数可能不相等。

8．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双螺旋结构模型是建立在DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链基础上的

B．查戈夫和富兰克琳通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈双螺旋结构

C．沃森和克里克曾尝试构建了多种模型

D．沃森和克里克最后受腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量的启发，构建出科学的模型

答案　B

9．下图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段（“○”代表磷酸基团），下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是（　　）

A．甲说：

“物质组成和结构上没有错误”

B．乙说：

“只有一处错误，就是U应改为T”

C．丙说：

“至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖”

D．丁说：

“如果说他画的是RNA双链则该图应是正确的”

答案　C

解析　图中有三处错误：

①核糖应改为脱氧核糖，②“U”改为“T”，③3,5－磷酸二酯键应建立于磷酸和脱氧核糖的3号碳位间。

10．某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的54%。

其中α链上的碱基中，22%是腺嘌呤，28%是胞嘧啶，则β链中腺嘌呤占该链上所有碱基的比例和β链中的胞嘧啶占整个DNA分子中所有碱基的比例分别为（　　）

A．24%、13%B．23%、27%

C．48%、26%D．22%、28%

答案　A

解析　假设该DNA分子中碱基总数为200个，则G＋C＝108（个），又因G＝C，所以G＝C＝54（个）；已知Aα＝100×22%＝22（个），Cα＝28个，又因Cα＋Cβ＝C，所以Cβ＝54－28＝26（个），则β链中C占整个DNA分子中所有碱基的比例为26÷200＝13%。

关于腺嘌呤的计算，因为T＝A＝

＝46（个），Aβ＝46－22＝24（个），则在β链中腺嘌呤占该链上所有碱基的比例为24%。

11．如图是DNA片段的结构图，请据图回答：

（1）图甲是DNA片段的________结构，图乙是DNA片段的________结构。

（2）填出图中部分结构的名称：

[2]________、[5]________。

（3）从图中可以看出：

DNA分子的基本骨架是由________和________交替连接而成的。

（4）碱基对之间通过________连接，碱基配对的方式为：

________与________配对；________与________配对。

（5）从图甲可以看出：

组成DNA分子的两条链的方向是________的；从图乙可以看出：

组成DNA分子的两条链相互缠绕成________的________结构。

答案　

（1）平面　立体（或空间）　

（2）一条脱氧核苷酸长链的片段　腺嘌呤脱氧核苷酸　（3）脱氧核糖　磷酸

（4）氢键　A（腺嘌呤）　T（胸腺嘧啶）　G（鸟嘌呤）　C（胞嘧啶）　（5）反向　规则　双螺旋

解析　

（1）从图中可以看出：

甲表示的是DNA分子的平面结构，而乙表示的是DNA分子的立体（空间）结构。

（2）图中2表示的是一条脱氧核苷酸长链的片段，而5表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。

（3）从甲图的平面结构可以看出：

DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成了基本骨架。

（4）DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且有一定规律：

A与T配对，G与C配对。

（5）根据图甲可以判断：

组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的；从图乙可以看出组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。

12．根据相关知识回答下列问题。

（1）已知在DNA分子的一条单链中

＝m，则另一条互补链中这种比例是________，这个比例关系在整个DNA分子中这种比例是________。

（2）如果在DNA分子的一条单链中

＝n，则另一条互补链中这种比例是________。

（3）若DNA分子的一条单链中

＝k，则另一条互补链中这种比例是________，而在整个DNA分子中这种比例是________。

（4）如果DNA分子的一条链中的A占15%，互补链中的A占25%，则整个DNA分子中A占________________。

答案　

（1）

　1　

（2）n　（3）k　k　（4）20%

【走进高考】

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