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第二节DNA的分子结构目标导航1.结合教材图文和探究活动，概述DNA分子结构的主要特点。2.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的基本组成单位1.基本组成单位是脱氧核糖核苷酸。2.脱氧核苷酸的种类4种，包括：腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。二、DNA双螺旋结构1.DNA分子的结构DNA分子由两条脱氧核苷酸长链按反向平行方式向右盘绕成双螺旋结构。双螺旋结构2.结构特点(1)稳定性：是由右手双螺旋结构来决定。(2)多样性和特异性：DNA分子中的碱基顺序编码、储存着遗传信息，碱基对的排列顺序在理论上几乎是无限的，这体现了DNA分子作为遗传物质的多样性；而碱基对的特定排列顺序，又构成了DNA分子的特异性。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)AT碱基对和GC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AT，GC。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)一、DNA双螺旋结构模型的构建1.DNA分子结构层次2.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。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.据图写出脱氧核苷酸的化学元素组成、结构和种类。答案脱氧核苷酸的基本组成元素是C、H、O、N、P ，每一分子脱氧核苷酸又是由一分子磷酸、一分子含氮碱基和一分子脱氧核糖构成的，由于碱基的不同，脱氧核苷酸有4种。2. DNA分子模型构建过程中有哪些科学成果为沃森和克里克提供了支持？答案(1)DNA衍射图谱表明DNA分子呈螺旋结构。(2)DNA分子中四种碱基的数量关系表明，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；胞嘧啶(C)的量总是等于鸟嘌呤(G)的量。1.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问题导析(1)A、G都为嘌呤，C、T都为嘧啶。(2)根据碱基互补配对原则，一条链中嘌呤只能和另一条链中的嘧啶互补配对，由于用一种长度的塑料片代表 C与T，搭建成的DNA模型粗细一定要相同，故A正确。答案A一题多变在制作DNA双螺旋结构模型时，如图为两个脱氧核苷酸的模型，其中圆圈代表磷酸，下列说法正确的是()A.方形可能代表A、T、C、U四种含氮碱基B.两个圆圈可用曲别针(代表化学键)连接，以形成DNA的单链C.曲别针(代表化学键)应该连接在一个核苷酸的五边形和另一个核苷酸的圆圈上D.如果两个脱氧核苷酸分别位于链的两侧，两个模型方向相同答案C二、DNA双螺旋结构1.DNA分子的空间结构分析分类主链内侧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(AT，GC)配对动态变化相对稳定碱基比率和碱基序列可变模型图解2.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。 3.DNA分子结构中的碱基计算(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。(3)相关计算腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即AT，GC。因此，嘌呤总数与嘧啶总数相等，即AGTC。一条链中的A和另一条链中的T相等，可记为A1T2，同样：T1A2，G1C2，C1G2。设在双链DNA分子中的一条链上A1T1n%，因为A1T2，A2T1，则：A1T1T2A2n%。整个DNA分子中：ATn%。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。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。DNA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.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111。一个DNA分子中只含有2个游离磷酸基团。3.在双链DNA分子中，若某一条链中(AT)/(GC)m，则在另一条链中(AT)/(GC)的比值是多少？在整个DNA分子中(AT)/(GC)的比值是多少？答案在另一条链中及整个DNA分子中都是m。4.在双链DNA分子中，若某一条链中(AG)/(TC)n，则在另一条链中(AG)/(TC)的比值是多少？在整个DNA分子中(AG)/(TC)的比值是多少？答案在另一条链中(AG)/(TC)的比值为1/n，在整个DNA分子中(AG)/(TC)1。2.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：该DNA片段中共有腺嘌呤_个，C和G构成的碱基对共_对。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)43(4)4060G与C 1.下列关于DNA结构的描述错误的是()A.每一个DNA分子由一条多核苷酸链盘绕而成螺旋结构B.外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成的骨架，内部是碱基C.DNA两条链上的碱基间以氢键相连，且A与T配对、G与C配对D.DNA的两条链等长，但是反向平行答案A解析DNA双螺旋结构具有如下特点：一个DNA分子是由两条多核苷酸链构成的双螺旋结构，两条链等长且是反向平行的。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；碱基排列在内侧。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。2.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。3.DNA分子具有多样性的主要原因是()A.磷酸和脱氧核糖的排列顺序千变万化B.空间结构千变万化C.碱基种类多D.碱基对的排列顺序千变万化答案D解析DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接方式是固定不变的，组成DNA分子的碱基有4种。通过氢键形成碱基对，碱基对的排列顺序千变万化体现了生物DNA分子的多样性。4.在一个双链DNA分子中，G占碱基总数为18%。其中一条链中G占20%，那么，此链中C应为()A.8% B.16% C.18% D.无法确定答案B解析已知G占碱基总量的18%，则CG218%36%，这个比例在任何一条链中都相等，已知其中一条链中G占20%，则这条链中的C36%20%16%。5.已知双链DNA分子中的一条单链中m，求：(1)在另一互补链中上述比例为_，据此可得推论：_。(2)在整个DNA分子中上述比例为_，据此可得推论：_。若在一单链中，n，求：(3)在另一互补链中上述比例为_。(4)在整个DNA分子中上述比例为_。据以上结果可得推论：_。答案(1)在两条互补链中这种碱基比例互为倒数关系(2)1在整个DNA分子中，嘌呤碱基之和等于嘧啶碱基之和(3)n(4)n在整个DNA分子中，与分子内任一条链上的该比例相同解析(1)设DNA双链分别为链和链，其中链为已知链，则链为互补链。根据碱基互补配对原则，在双链DNA分子中有如下关系：AT，AT，GC，GC；所以m，其互补链中，即两条互补链中这种碱基的比例互为倒数。(2)在双链DNA分子中，由于AT，GC，所以1，即整个双链DNA分子中的嘌呤碱基之和等于嘧啶碱基之和。(3)根据以上分析可知，整个DNA分子中ATTA，GCCG，所以有n。(4)整个DNA分子中AT，AT，GC，GC，所以有n。根据(3)和(4)知，整个DNA分子中，与分子内任一链上的该比例相同。基础巩固1.下面关于DNA分子结构的叙述正确的是()A.DNA分子的任一条链中AT，GCB.每个碱基分子上均连接着一个磷酸和一个脱氧核糖C.每个磷酸分子都直接和两个脱氧核糖相连D.DNA分子两条链上的A与T通过氢键连接答案D解析DNA是规则的双螺旋结构；在DNA分子外侧，磷酸和脱氧核糖交替连接；在DNA分子内侧，碱基A与T、G与C通过氢键相连，构成碱基对。据以上特点，可知D项正确。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.二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胞嘧啶C.二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶D.二个磷酸、二个脱氧核糖和一个尿嘧啶答案C解析因为一个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基组成。所以由一对氢键连接的脱氧核苷酸的组成应为：两分子磷酸、两分子脱氧核糖、两分子含氮碱基。已知一碱基为腺嘌呤，另一碱基应是胸腺嘧啶。3.下列选项中，决定DNA遗传特异性的是()A.脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列顺序B.嘌呤总数与嘧啶总数的比值C.碱基互补配对原则D.碱基对特定的排列顺序答案D解析由DNA的双螺旋结构模型知道，组成DNA的碱基虽然只有四种，但构成DNA的碱基数量很多，碱基对的排列顺序千变万化，DNA中的碱基对的排列顺序就代表遗传信息。碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性，而碱基对的特定的排列顺序又决定了每一个DNA分子的特异性。4.下图是四位同学制作的DNA分子结构模型，其中正确的是()答案B解析构成DNA分子的基本结构单位是脱氧核苷酸，每分子的脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子的脱氧核糖和一分子的含氮碱基组成，磷酸是连接在脱氧核糖的第五位碳原子上，碱基是连接在第一位碳原子上。脱氧核苷酸之间是通过磷酸二酯键相联系的，一个脱氧核苷酸分子的磷酸基与另一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖(第三个碳原子上基团)形成磷酸二酯键。5.某同学制作DNA双螺旋模型中含腺嘌呤5个，腺嘌呤与鸟嘌呤之比为13，则该DNA片段模型中含有脱氧核糖的数目为()A.10 B.20 C.30 D.40答案D解析碱基总数与脱氧核糖数目相等，计算碱基总数要利用碱基互补配对原则，即AT，GC。因A5，AG13，所以G15。AT，GC，所以ATGC40(个)。6.在刑侦领域DNA分子能像指纹一样用来鉴定个人身份，是因为()碱基互补配对方式具有多样性脱氧核苷酸序列具有多样性脱氧核苷酸序列具有特异性脱氧核苷酸种类具有多样性A. B. C. D.答案B解析碱基的种类和碱基对的种类不具有多样性。7.下列有关DNA的叙述中，正确的是()在人体的白细胞中，DNA上含有人的全部遗传信息同种个体之间的DNA是完全相同的DNA是一切生物的遗传物质DNA的一个分子可以控制许多性状DNA的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接构成A. B.C. D.答案D解析人体的每一个细胞都是由一个受精卵经过分裂、分化而来的，其每一个细胞都包含有该物种所特有的全部遗传物质；同一种生物的不同个体的DNA是有差异的，其差异的根本原因是DNA中的碱基排列顺序的不同；有些生物的遗传物质是RNA，如烟草花叶病毒。巩固提升 8.在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则下列有关叙述正确的是()脱氧核苷酸数磷酸数碱基总数m碱基之间的氢键数为一条链中(AT)的数量为nG的数量为(mn)A. B. C. D.答案D解析的等量关系容易判断；对于，需知G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键，故氢键数为：2n3；因AT的总量为2n，故一条链中的AT的数量应为n；中计算G的数量有误，应为n。9.假设一个双链DNA分子片段中，含碱基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的碱基数目和比例严格遵循碱基互补配对原则，即DNA中有一个A，必须有一个和其互补的T；有一个C，必有一个G。根据这个原理可知G24%；又知T共312个，占26%，则可知该DNA中共有碱基31226%1 200；前面已计算出G占24%，则G的数目是1 20024%288个。10.下列对双链DNA分子的叙述，哪项是不正确的 ()A.若一条链G的数目为C的2倍，则另一条链G的数目为C的0.5倍B.若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等C.若一条链的ATGC1234，则另一条链相应碱基比例为2143D.若一条链的GT12，则另一条链的CA21答案D解析根据碱基互补配对原则，在DNA双链分子中，A1T2，T1A2，G1C2，C1G2。所以，A、B、C项都是正确的。而D项中，若一条链的GT12，则另一条链的CA的比例也应该为12。11.下图为DNA分子结构模式图，请据图回答下列问题。(1)组成DNA的基本单位是_。(2)若3为胞嘧啶，则4应是_。两者之间通过_键相连。(3)图中8示意的是一条_的片段。与另一条片段的位置关系是_。(4)构成DNA分子的碱基有_种，但由于_的排列顺序千变万化，因此构成了DNA分子的多样性。答案(1)5脱氧核苷酸(2)鸟嘌呤氢(3)脱氧核苷酸链反向平行(4)4碱基对解析图中是磷酸，是脱氧核糖，是含氮碱基，是脱氧核苷酸，是碱基对，是氢键，是脱氧核苷酸链。DNA的基本组成单位是4种脱氧核苷酸，据碱基互补配对原则可知，胞嘧啶C与鸟嘌呤G通过氢键配对。图是一条脱氧核苷酸链片段，DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行。12.已知多数生物的DNA是双链的，但也有个别生物的DNA是单链的。有人从两种生物中提取出DNA，分析它们的碱基比例如下，请据表分析下列问题：生物ATCG甲25331921乙31311919(1)从生物_的碱基比例来看，它的DNA分子的结构应为_链，是极少数病毒具有的。(2)从生物_的碱基比例来看，它代表着大多数生物种类DNA分子的结构，其碱基构成特点为_。(3)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(1)甲单(2)乙AT、GC(3)B解析双链DNA分子的两条链之间由氢键相连，碱基之间的连接遵循碱基互补配对原则，即A等于T，G等于C，若AT、GC，则说明该DNA分子不是双链，而是单链。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和C含量多的生物，稳定性大于G与C含量少的生物。走进高考13.(2014上海卷，15)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答案A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AT，GC。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。14.(2014山东卷，5)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()答案C解析设该单链中四种碱基含量分别为A1、T1、G1、C1，其互补链中四种碱基含量为A2、T2、C2、G2，DNA分子中四种碱基含量为A、T、G、C。由碱基互补配对原则可知：双链中(AC)/(TG)1，故A曲线应为水平；由于(A2C2)/(T2G2)(T1G1)/(A1C1)，即一条单链与其互补链的该比值互为倒数关系，故B曲线应为双曲线的一支；由于(AT)/(GC)(A1A2T1T2)/(G1G2C1C2)(A1T1)/(G1C1)(T2A2)/(C2G2)，即一条单链与其互补链、DNA双链的该比值相等，故C曲线正确，D曲线错误。12
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