苏教版生物必修2 第4章 第2节 第1课时 DNA分子的结构.docx

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苏教版生物必修2第4章第2节第1课时DNA分子的结构

第二节　DNA分子的结构和复制

第1课时　DNA分子的结构

1．概述DNA分子结构的主要特点。

（重点）

2．设计并制作DNA分子双螺旋结构模型。

3．DNA分子中碱基的计算。

（难点）

DNA的认识过程及DNA分子的结构

1．对DNA结构的认识过程

（1）20世纪30年代后期，瑞典科学家们证明了DNA是不对称的。

（2）1951年奥地利生物化学家查哥夫在定量分析DNA分子的碱基组成后，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。

（3）1952年英国化学家富兰克琳采用X射线衍射技术拍摄到DNA分子结构的照片，确认DNA分子为螺旋结构，而不是由一条链构成。

（4）1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型。

2．DNA分子的结构

（1）DNA的结构层次

①基本组成元素：

C、H、O、N、P

②基本组成化合物：

磷酸、脱氧核糖、含氮碱基

③基本组成单位：

脱氧核苷酸（4种），如图

（2）DNA的结构及特点

Ⅰ.结构

Ⅱ.特点

通过图示可以观察DNA分子的结构特点：

a．立体结构：

DNA分子是指①和②（填序号）组成的，它们按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。

b．内部结构：

DNA分子中的⑤脱氧核糖和④磷酸交替连接，排列在双螺旋的外侧，构成基本骨架；⑦和⑧碱基排列在内侧。

c．碱基配对：

两条链上的碱基通过③和⑥氢键连接成碱基对，并且遵循A—T、G—C配对，称为碱基互补配对原则。

Ⅲ.特性

a．多样性：

碱基对的排列顺序的千变万化。

b．特异性：

是由DNA分子中特定的碱基排列顺序决定的。

坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往的行人，很少有人注意到它的旋转是顺时针方向还是逆时针方向。

探讨

：

DNA分子是怎样构成的？

【提示】　DNA分子是由脱氧核苷酸连接成单链，单链之间通过氢键连接起来，形成双螺旋的空间结构。

探讨

：

DNA分子的基本单位是什么？

【提示】　脱氧核苷酸。

探讨

：

DNA是怎样携带遗传信息的？

【提示】　通过碱基对的排列顺序携带遗传信息。

探讨

：

近年来，许多人尝试着用DNA作防伪标记，其原理是什么？

【提示】　DNA分子具有特异性。

1．DNA分子的结构

（1）平面结构。

①由多个脱氧核苷酸分子聚合形成脱氧核苷酸长链。

②配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键，C—G碱基对在DNA中所占的比例越大，DNA分子结构越稳定。

③在同一条脱氧核苷酸链中，相邻2个碱基之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖间接相连。

（2）DNA分子的空间结构。

①DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链，按反向平行（指一条链的起点为磷酸，另一条链的起点为脱氧核糖）方式盘绕成双螺旋结构。

②基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成。

③中间的碱基严格按碱基互补配对原则（A与T配对，G与C配对）形成碱基对。

④DNA分子中，脱氧核苷酸数∶脱氧核糖数∶磷酸数∶含氮碱基数＝1∶1∶1∶1。

2．DNA分子的结构特性

（1）稳定性：

脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序稳定不变，两条链间碱基互补配对的方式不变。

（2）多样性：

碱基对的排列顺序多种多样。

（3）特异性：

每个DNA都有特定的碱基对排列顺序。

1．下面关于DNA分子结构的叙述中，错误的是（　　）

【导学号：

21920037】

A．每个双链DNA分子中嘌呤数＝嘧啶数

B．每个碱基分子上均直接连接着一个磷酸和一个脱氧核糖

C．每个DNA分子中碱基数＝磷酸数＝脱氧核糖数

D．双链DNA分子中的一段含有40个胞嘧啶，就一定会同时含有40个鸟嘌呤

【解析】　DNA分子是双螺旋结构，碱基间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、G＝C，所以A＋G＝T＋C，即嘌呤数＝嘧啶数。

DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子碱基组成。

脱氧核苷酸分子的连接方式为

，碱基是通过五碳糖与磷酸相连的。

【答案】　B

2．根据DNA分子结构模式图回答下列问题。

（1）写出①～⑥的名称：

①________；②________；③________；④________；

⑤________；⑥________。

（2）分析这种结构的主要特点：

Ⅰ.构成DNA分子的两条链按______________________________________

方式盘旋成双螺旋结构。

Ⅱ.DNA分子的基本骨架由________而成。

Ⅲ.DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对，并且遵循________原则。

【解析】　本题主要考查DNA分子的化学组成及其结构特点。

（1）根据脱氧核苷酸的结构及碱基互补配对原则，可依次推断出①～⑥的名称。

（2）根据DNA的立体结构可知，DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，其外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接形成的基本骨架；内侧是通过氢键连接而成的碱基对，碱基对的形成严格遵循碱基互补配对原则。

【答案】　

（1）①胸腺嘧啶（T）　②胞嘧啶（C）

③腺嘌呤（A）　④鸟嘌呤（G）　⑤脱氧核糖

⑥磷酸

（2）Ⅰ.反向平行

Ⅱ.脱氧核糖与磷酸交替连接

Ⅲ.氢键　碱基互补配对

设计和制作DNA分子双螺旋结构模型及DNA

分子的相关计算

1．制作原理：

DNA分子双螺旋结构的主要特点。

2．实验目的：

通过制作DNA分子双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解和认识。

3．材料用具：

曲别针、泡沫塑料、纸板、牙签、橡皮泥等。

4．设计模型：

绘出DNA模型的设计图；确定制作的DNA分子双螺旋结构模型的大小（如高度与直径的比例）、维系立体构型的方式；代表磷酸、脱氧核糖、碱基的材料等。

5．制作模型

选材：

选择能代表磷酸、4种碱基和脱氧核糖的材料等

　↓

制作：

若干个磷酸、脱氧核糖、碱基

　↓

整合：

若干个脱氧核苷酸

　↓

连接：

形成脱氧核苷酸链

　↓

构成平面：

两条反向平行的单链

　↓

旋转：

DNA分子双螺旋结构

根据下图DNA分子的平面结构，完成下列探究题目。

探讨

：

DNA分子中，磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量关系如何？

【提示】　磷酸数＝脱氧核糖数＝碱基数。

探讨

：

四种碱基（A、T、C、G）之间有何关系？

【提示】　A＝T，G＝C。

探讨

：

某DNA分子中A有n个，C有m个，该DNA分子两单链之间共有多少个氢键？

【提示】　2n＋3m。

探讨

：

不同的DNA分子中

或

的值有什么规律？

【提示】　等于1，因为DNA分子中A与T相等，G与C相等。

DNA分子结构如图，碱基互补配对原则：

A配T，G配C。

1．以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系

（1）A、T、G、C的关系：

A＝T，G＝C。

（2）非互补碱基和之比：

（A＋G）/（T＋C）＝（A＋C）/（T＋G）＝1。

结论：

DNA中非互补碱基之和总相等。

（3）互补碱基和之比：

（A＋T）/（G＋C）不是定值。

2．以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系（如上图）

（1）A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。

（2）若1链中（A1＋G1）/（T1＋C1）＝m，则2链中（A2＋G2）/（T2＋C2）＝1/m。

结论：

两链间非互补碱基和之比互为倒数。

3．DNA双链和单链中碱基数量的联系（如上图）

（1）若在双链中（A＋T）/（G＋C）＝n，则在1链中（A1＋T1）/（G1＋C1）＝n，2链中（A2＋T2）/（G2＋C2）＝n。

结论：

在同一DNA分子中，双链和单链中互补碱基和之比相等。

（2）若1链中A1占的比例为X1，2链中A2占的比例为X2，则整个DNA分子中A占的比例为（X1＋X2）/2。

结论：

某碱基占双链DNA分子碱基总数的百分比等于相应碱基占相应单链比值和的一半。

碱基配对原则应用注意问题

（1）大部分DNA是双链，但也有DNA是单链的，单链DNA中不存在A＝T，C＝G的关系。

（2）DNA中碱基配对只能是A和T、C和G之间。

（3）计算碱基含量时，应注意题干中提供的是碱基对还是碱基数目，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。

1．某同学制作一DNA片段模型，现准备了10个碱基T塑料片，8个碱基A塑料片，30组脱氧核糖和磷酸的塑料片，那么还需准备碱基C塑料片数目是（　　）

A．14　　　　　　　　　B．8

C．7D．16

【解析】　因为30组脱氧核糖和磷酸塑料片可制成含15个碱基对的DNA分子模型，而该同学已准备了10个碱基T塑料片，8个碱基A塑料片，这样仅能构成8个A＝T碱基对，剩下的7个碱基对若全为G≡C碱基对，则还需要准备G、C碱基塑料片各7片。

【答案】　C

2．分析某生物的双链DNA，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，其中一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则另一条链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是（　　）

【导学号：

21920038】

A．17%　　　B．32%　　　C．34%　　　D．50%

【解析】　假设DNA中共有2N个碱基，根据题干可知：

（A＋T）%＝64%，即（A＋T）/2N＝0.64.则（A1＋A2＋T1＋T2）/2N＝0.64，可推出（A1＋T1）/N＝0.64，题干还告诉我们：

A1/N＝0.30，则可知T1/N＝0.34，而T1＝A2，所以A2/N＝0.34（即另一条链中的A占该条链碱基总数的34%），则A2/2N＝0.17，即另一条链中的A占整个DNA分子碱基总数的17%。

【答案】　A

3．某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，下列表述错误的是（　　）

A．该DNA分子的另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3

B．该DNA分子共有腺嘌呤60个

C．该DNA分子共有鸟嘌呤140个

D．其中一条链中（A＋T）/（G＋C）＝3/7，另一条链中（A＋T）/（G＋C）＝7/3

【解析】　根据碱基互补配对原则，A＝T＝60，G＝C＝

＝140；DNA分子的两条单链中（A＋T）/（G＋C）都等于

。

【答案】　D

1．下列关于DNA分子结构的叙述正确的是（　　）

【导学号：

21920039】

A．DNA分子中每个磷酸都与两个脱氧核糖相连

B．DNA分子中每个脱氧核糖都与两个磷酸相连

C．DNA分子中A一定等于T，G一定等于C

D．在双链DNA分子中，嘌呤数等于嘧啶数

【解析】　由DNA分子的平面结构图可知，每条链两端的磷酸（或脱氧核糖）只与一个脱氧核糖（或磷酸）相连接。

DNA分子包括单链和双链，其中双链DNA分子中，A＝T，G＝C。

【答案】　D

2．下列制作的DNA双螺旋结构模型图中，连接正确的是（　　）

【解析】　DNA双螺旋结构的外侧是由脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替连接而成的长链，构成DNA分子的基本骨架；碱基对位于双螺旋结构内侧，通过氢键相连。

【答案】　B

3．在含有4种碱基的DNA片段中，有腺嘌呤a个，占该片段全部碱基的比例为b，则（　　）

A．b≤0.5

B．b≥0.5

C．胞嘧啶为a（

－1）个

D．胞嘧啶为b（

－1）个

【解析】　由题意可知，该DNA分子含有4种碱基，腺嘌呤为a个，且占该片段全部碱基的比例为b。

设胞嘧啶为x个，鸟嘌呤也为x个，则b＝

，b＜0.5，但b≠0.5，故A、B两项错误；根据上述关系式，可知胞嘧啶的数量：

x＝a（

－1）个，故C项正确、D项错误。

【答案】　C

4．双链DNA的一条链中，（A＋G）/（T＋C）＝0.4，则该比值在整个DNA及其互补链中分别是（　　）

【导学号：

21920040】

A．1和0.4　　　　　　B．1和0.6

C．1和2.5D．0.4和0.4

【解析】　整个DNA分子中A＋G＝T＋C。

双链DNA的一条链中的A与互补链中的T相等，一条链中的G与互补链中的C相等。

【答案】　C

5．在DNA分子的一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基A与T之间的连接结构是（　　）

A．氢键

B．磷酸－脱氧核糖－磷酸

C．肽键

D．脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖

【解析】　审题时应扣住“一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基A与T之间的连接结构”，相邻的脱氧核苷酸相连接，依靠磷酸、脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，因此两个碱基之间的连接结构是脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖。

【答案】　D

课堂小结：

网络构建

核心回扣

1.DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，DNA双链是反向平行的关系。

2．DNA分子外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，内侧是由氢键相连的碱基对组成。

3．双链DNA分子中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，即A＋G＝T＋C。

4．DNA具有多样性和特异性，DNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息。