学年高中生物 第3章 基因的本质 第2节 DNA分子的结构学案 新人教版必修2Word文档格式.docx

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（3）种类：

腺嘌呤脱氧核苷酸，鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。

2．双螺旋结构特点

（1）DNA分子是由两条链组成的，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。

归纳提升

　DNA分子的结构分析

DNA分子结构可简记为“5、4、3、2、1”，即5种元素、4种碱基（脱氧核苷酸）、3种小分子、2条长链、1个双螺旋。

（1）两条链之间的碱基对：

A与T配对，形成2个氢键；

G与C配对，形成3个氢键。

氢键越多，结构越稳定，即含G—C碱基对（3个氢键）的比例越大，结构越稳定。

（2）氢键数目计算：

若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。

（3）两条链反向平行：

盘旋成双螺旋结构。

（4）每个DNA片段中有2个游离的磷酸基团，分别在两条链的其中一端。

（5）DNA双链分子中磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量比为1∶1∶1。

例3

　如图是一个DNA分子的片段，从图中不能得到的信息是（　　）

A．DNA是双螺旋结构

B．碱基严格互补配对

C．嘌呤数等于嘧啶数

D．两条脱氧核苷酸链反向平行

答案　D

解析　由图示可以看出，DNA是双螺旋结构，且两条链之间的碱基严格互补配对，即嘌呤数等于嘧啶数；

从题中不能看出两条链的方向。

例4

　下列对DNA结构的叙述中，错误的是（　　）

A．DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧

B．DNA分子中的两条链反向平行

C．DNA分子中氢键数目和碱基数目一定相等

D．DNA分子中碱基之间一一对应配对的关系是碱基互补配对原则

解析　在DNA分子中，脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在DNA外侧，共同构成DNA分子的基本骨架；

DNA分子中的两条链反向平行；

A－T间是2个氢键，G－C间是3个氢键，故氢键数目和碱基数目不相等。

三、制作DNA双螺旋结构模型

1．组装“脱氧核苷酸模型”：

利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。

2．制作“多核苷酸长链模型”：

将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。

注意两条长链的单核苷酸数目必须相同，碱基之间能够互补配对。

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，注意两条链的方向相反。

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。

例5

　在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基（A有6个）的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为（　　）

A．58B．78C．82D．88

解析　构成一个脱氧核苷酸需要2个订书钉，20个脱氧核苷酸总共需要40个；

一条DNA单链需要9个订书钉连接，两条链共需要18个；

双链间的氢键数共有24个，总共需要订书钉24个。

所以共需订书钉82个。

例6

　如图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是（　　）

A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或b

B．图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个

C．相邻脱氧核苷酸之间通过化学键②连接起来

D．从碱基上看，缺少的碱基是T

答案　A

解析　图中所示只有a表示的是一个完整的脱氧核苷酸；

图中与五碳糖直接相连的碱基只有1个；

②表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸通过此键相连接；

脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T。

方法技巧

　“三看法”判断DNA分子结构的正误

一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基与相邻核苷酸的3号碳原子之间；

二看外侧链是否反向平行；

三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。

1．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）DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成（　　）

（3）沃森和克里克构建的DNA分子双螺旋结构中，磷酸—脱氧核糖骨架排列在螺旋外部，碱基排列在螺旋内部（　　）

（4）DNA分子中的碱基一定存在如下数量关系：

C＝T，A＝G（　　）

（5）DNA单链中的A与T的数量一定相等（　　）

答案　

（1）×

（2）×

　（3）√　（4）×

　（5）×

2．有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成应是（　　）

A．三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶

B．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶

C．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶

D．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶

解析　根据碱基互补配对原则可知，另一个碱基为胸腺嘧啶，两个脱氧核苷酸含有两个磷酸和两个脱氧核糖。

3．下列是脱氧核苷酸的结构图，正确的是（　　）

解析　组成脱氧核苷酸的各组分子间正确的连接方式是：

磷酸—脱氧核糖—含氮碱基，并且含氮碱基应连接在脱氧核糖的1号碳原子上，磷酸连接在脱氧核糖的5号碳原子上。

4．在DNA分子的1条单链中，相邻的碱基A和T的连接是通过（　　）

A．氢键

B．—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—

C．肽键

D．—磷酸—脱氧核糖—磷酸

答案　B

解析　氢键是连接DNA两条链碱基对的化学键，A错误；

1条单链中相邻的碱基A与T不直接相连，而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，B正确，D错误；

肽键是连接氨基酸的化学键，C错误。

5．分析以下材料，回答相关问题：

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；

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R.E.Franklin等人对DNA晶体的X射线衍射分析表明DNA分子由许多“亚单位”组成，且每一层的间距为3.4埃，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沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型奠定了基础。

请分析回答下列问题：

（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）R.E.Franklin等人提出的DNA分子中的亚单位事实上是________；

亚单位的间距是3.4埃，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的碱基之间的关系是____________________，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

[对点训练]

题组一　DNA双螺旋结构模型的构建

1．下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA分子结构构建方面的突出贡献的说法中，正确的是（　　）

A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像

B．沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型

C．查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系

D．富兰克林和查哥夫发现碱基A的量等于T的量、C的量等于G的量

解析　在DNA分子结构构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱；

查哥夫发现了碱基A量总是等于T的量、C的量总是等于G的量；

沃森和克里克在以上基础上提出了DNA分子的双螺旋结构模型。

题组二　DNA分子的结构

2．（2018·

滨州高一检测）下面关于DNA分子结构的叙述中，不正确的是（　　）

A．每个DNA分子中通常都含有四种脱氧核苷酸

B．DNA分子的两条链反向平行

C．DNA两条链上的碱基以氢键相连，且A与T配对，G与C配对

D．每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基

解析　DNA分子长链结束部位的脱氧核糖上连接着一个磷酸和一个碱基，其他脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基。

3．如图为DNA分子结构示意图，对该图的叙述正确的是（　　）

a．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架

b．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸

c．⑨是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则

d．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息

A．b、c、dB．c、d

C．a、b、cD．b、c

解析　DNA分子是双螺旋结构，①磷酸和②脱氧核糖交替连接排列在外侧，构成了DNA分子的基本骨架，a错误；

④中的③、②与②下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸，b错误；

配对碱基之间通过氢键相连并遵循碱基互补配对原则，c正确；

DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息，d正确。

4．关于下图DNA分子片段的说法，不正确的是（　　）

A．①所指的碱基代表鸟嘌呤

B．②所指的碱基是DNA分子中特有的

C．③代表碱基互补配对形成的氢键

D．DNA分子片段中A—T碱基对含量越高，DNA分子结构越稳定

解析　图中①所指的碱基为鸟嘌呤（G），②所指的碱基为胸腺嘧啶（T），T是DNA分子中特有的，A、B正确；

③代表氢键，C正确；

DNA分子中A—T碱基对有2个氢键，G—C碱基对有3个氢键，则G—C碱基对含量越高，DNA分子结构越稳定，D错误。

5．下列关于双链DNA的叙述，不正确的是（　　）

A．若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上的A和T数目也相等

B．若一条链上A的数目大于T，则另一条链上A的数目小于T

C．若一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4

D．若一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3

解析　根据DNA双螺旋结构中的碱基互补配对原则可知，两条链上互补碱基的数量关系是A＝T，G＝C。

若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上的A和T数目也相等，A项正确；

若一条链上A的数目大于T，则另一条链上A的数目小于T，B项正确；

若一条链A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，对应另一条链T∶A∶C∶G＝1∶2∶3∶4，调整为A∶T∶G∶C的顺序，应等于2∶1∶4∶3，C项错误，D项正确。

6．在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n。

在碱基A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键。

则下列叙述正确的是（　　）

①脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m

②碱基之间的氢键数为

－n

③两条链中A＋T的数量为2n

④G的数量为（m－n）

A．①②③④B．②③④

C．③④D．①②③

解析　每个脱氧核苷酸均由一个磷酸、一个碱基和一个脱氧核糖组成，因此，脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m；

腺嘌呤碱基数为n，则T也为n个，说明有n个A—T碱基对，含有2n个氢键，G—C碱基对之间含有的氢键总数为

，因此，该DNA含有的氢键总数为

＋2n＝

－n；

两条链中A＋T的数量为2n；

G的数量为

＝

－n。

7．对大肠杆菌DNA分子图示的分析正确的是（　　）

A．图中2是核糖，属于五碳糖

B．图中的碱基对3和4可能是G—C，也可能是A—T

C．磷酸、五碳糖交替连接构成基本骨架

D．1、2、3构成了一个完整的核糖核苷酸分子

解析　DNA分子中含有的五碳糖是脱氧核糖；

碱基对G—C之间有三个氢键，A—T之间有两个氢键，故3和4只能是G—C；

磷酸、脱氧核糖交替连接构成DNA的基本骨架；

1、2、3构成的是一个完整的脱氧核苷酸分子。

8．如果某DNA分子的一条链上的某段碱基排列顺序是……A—G—A—T—C—G—A—T……，则另一条链上对应的碱基排列顺序是（　　）

A．……A—G—A—T—C—G—A—T……

B．……G—A—G—T—C—G—T—A……

C．……T—C—T—A—G—C—T—A……

D．……C—T—C—G—C—T—A—T……

解析　根据碱基互补配对原则，可对应写出另一条链的碱基排列顺序应该为……T—C—T—A—G—C—T—A……。

题组三　制作DNA双螺旋结构模型

9．某同学在构建DNA分子模型时，用不同的几何图形代表核苷酸的三个不同组成部分。

该同学组建的DNA分子模型中共有多少种不同的几何图形（　　）

A．5种B．6种

C．7种D．8种

解析　DNA的单体为脱氧核苷酸，1分子脱氧核苷酸包括1个含氮碱基（4种）、1个磷酸分子和1个脱氧核糖，共有6种小分子，B正确。

10．在制作DNA双螺旋结构模型时，各“部件”之间需要连接起来。

下列连接中错误的是（　　）

11．在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型（　　）

A．粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补

B．粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似

C．粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补

D．粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同

解析　A和G都是嘌呤碱基，C和T都是嘧啶碱基，在DNA分子中，总是A＝T，G＝C，依题意，用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，则DNA的粗细相同。

12．下图为某同学在学习DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段（其中〇代表磷酸），下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是（　　）

A．甲说：

该图没有物质和结构上的错误

B．乙说：

该图有一处错误，就是U应改为T

C．丙说：

该图有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖

D．丁说：

如果说他画的是RNA双链则该图就是正确的

解析　题图中有三处错误，错误一：

组成DNA分子的五碳糖应该是脱氧核糖，所以图中的核糖应改为脱氧核糖；

错误二：

碱基应为A、T、G、C四种，图中的U应改为T；

错误三：

单链中的脱氧核糖和磷酸应交替连接。

[综合强化]

13．（2018·

岳阳高一检测）下图为大肠杆菌DNA分子结构图示（片段）。

请根据图示分析并回答下列问题：

（1）图中1表示______________，2表示______________，1、2、3结合在一起的结构叫做____________________。

（2）3有__________种，中文名称分别是____________。

（3）DNA分子中3和4是通过________连接起来的。

（4）DNA被彻底氧化分解后，能产生含氮废物的是________与________（用序号表示）。

（5）图中DNA分子片段中，游离的磷酸有________个。

若大肠杆菌DNA分子的碱基G有x个，占其碱基总量的比例是y，则该DNA分子的碱基之间的氢键数目是____________________。

答案　

（1）磷酸　脱氧核糖　脱氧核苷酸　

（2）2　鸟嘌呤、胞嘧啶　（3）氢键　（4）3　4　（5）2　x（1＋

）或写成x＋

解析　

（1）据图分析可知，图中1表示磷酸，2表示脱氧核糖，3表示含氮碱基，1、2、3结合在一起形成脱氧核苷酸。

（2）3表示含氮碱基，由于3与4之间的氢键是3个，因此3、4是C、G碱基对，3可能是鸟嘌呤G或胞嘧啶C。

（3）DNA分子中3和4通过氢键连接形成碱基对。

（4）DNA分子的组成成分是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，其中只有含氮碱基内含有氮元素，因此DNA被彻底氧化分解后，能产生含氮废物的是图中的3和4。

（5）图中DNA分子片段中，游离的磷酸有2个；

该DNA分子中鸟嘌呤数目为x，因此G、C碱基对为x，腺嘌呤＝胸腺嘧啶＝

×

－x，由于G、C碱基对之间的氢键是3个，A、T碱基对之间的氢键是2个，因此DNA分子的碱基之间的氢键数是3x＋2×

（

－x）＝x＋

。

14．下图是DNA片段的结构图，请据图回答问题：

（1）图甲表示DNA片段的________结构，图乙表示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分子的两条链是由________和________交替连接形成的。

（4）连接碱基对的化学键是________，碱基配对的方式如下：

________与________配对；

________与______配对。

（5）从图甲中可以看出组成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规则的________结构。

（6）含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。

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

答案　

（1）平面　立体（或空间）　

（2）一条脱氧核苷酸单链片段　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）相反　双螺旋　（6）40　60

解析　设该DNA片段中有腺嘌呤x个，有鸟嘌呤y个，则有2x＋2y＝200，由该DNA片段中含有260个氢键可得出，2x＋3y＝260，因此可计算出该DNA片段中有腺嘌呤40个，C和G构成的碱基对共60对。

15．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）（双）螺旋　交替连接的脱氧核糖和磷酸