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第1课时DNA分子的结构学习导航1.阅读教材P67，了解DNA双螺旋结构模型的构建过程。2.结合教材P6869，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，理解DNA分子的结构特点及相关计算。重难点击1.DNA分子的双螺旋结构模型的特点。2.DNA分子结构的有关计算规律。通过前面的学习，我们知道生物的遗传物质主要是DNA，细胞生物和部分病毒的遗传物质都是DNA。那么DNA究竟具有怎样的结构呢？如图是坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕像和雅典奥运会中关于人类发现DNA的过程，这就是科学家模拟的DNA模型，下面就让我们重温科学家构建DNA模型的研究历程，分析DNA的结构特点。一、DNA分子结构的认识过程及结构特点1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分子是不对称的1951年查哥夫(奥地利)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1952年富兰克琳(英)确认DNA为螺旋结构，而不是由一条链构成1953年沃森(美)和克里克(英)提出DNA分子的双螺旋结构模型2.DNA分子的结构(1)写出图中各部分的名称胸腺嘧啶(T)；脱氧核糖；磷酸；胸腺嘧啶脱氧核苷酸；碱基对；腺嘌呤(A)；鸟嘌呤(G)；胞嘧啶(C)。(2)从图中可以看出，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AT之间是2个氢键，GC之间是3个氢键。(3)双螺旋结构特点DNA分子是由两条链构成的，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。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。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关系，叫做碱基互补配对原则。如图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题：1图中的1、2、5、7的名称分别是什么？答案1为碱基对、2为一条脱氧核苷酸单链片段、5为腺嘌呤脱氧核苷酸、7为氢键。2两条链之间的碱基是怎样结合的？配对有什么规律？答案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。3结构2中的相邻碱基C和A是如何连接的？答案连接方式为：C脱氧核糖磷酸基脱氧核糖A。4该片段中，游离的磷酸基有几个？答案2个。5现有M、N两个均含有200个碱基的双链DNA分子，其中M分子中共有260个氢键，N分子中含有20个腺嘌呤，那么M分子中有CG碱基对多少个？这两个DNA分子哪个结构更稳定？分析假设M分子只有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GC碱基对共60个。N分子中AT对有20个，则GC对有80个，氢键共有202803280个，氢键越多的DNA分子越稳定。答案M分子中有CG碱基对共60个；N分子更稳定。知识整合DNA中两条链反向平行，每条链有一个游离的磷酸基；一条链内的相邻碱基由脱氧核糖磷酸基脱氧核糖连接；两条链之间的碱基由氢键连接形成碱基对，AT之间有2条氢键，GC之间有3条氢键；相同长度的DNA分子，GC碱基对越多，氢键越多，DNA分子越稳定。1下面对DNA结构的叙述中，错误的一项是()ADNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧BDNA分子中的两条链反向平行CDNA分子中氢键数目和碱基数目一定相等DDNA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答案C解析在DNA分子中，AT、GC，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分子两条链反向平行；AT间是2个氢键，GC间是3个氢键，氢键数目和碱基数目不相等。2如图是一个DNA分子的片段，从图中不能得到的信息是()ADNA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。知识拓展(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种。(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。二、制作DNA双螺旋结构模型及有关计算规律1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。2DNA分子双螺旋结构模型的计算规律(1)在双链DNA片段中，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。(2)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)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为111。(4)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种组合方式。结合DNA分子双螺旋结构模型的特点，分析：1设在双链DNA分子中的1号链上A1T1n%，则2号链上A2T2的比例为多少？整个DNA分子中AT的比例又是多少？据此，你有什么结论？分析因为A1T2，A2T1，则：A1T1T2A2n%。整个DNA分子中：ATn%。即在双链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。答案T2A2n%；整个DNA分子中：ATn%；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。2若1号链上：m，则2号链上的比例为多少？整个DNA分子中，该比值又是多少？据此，你有什么结论？分析m，所以互补链上。即在双链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，整个DNA分子中，该比值是1。答案；在双链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，整个DNA分子中，该比值是1。知识整合双链DNA分子中配对碱基之和的比值在两条单链和整个DNA分子中都相等；不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数，整个DNA分子中该比值为1。3已知1个DNA分子中有4 000个碱基对，其中胞嘧啶有2 200个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是()A4 000个和900个B4 000个和1 800个C8 000个和1 800个D8 000个和3 600个答案C解析每个脱氧核苷酸含有一个碱基，因为含有4 000个碱基对，所以含有8 000个脱氧核苷酸。因为胞嘧啶和鸟嘌呤的数目是2 200对，所以腺嘌呤和胸腺嘧啶的数目是1 800对，又因腺嘌呤和胸腺嘧啶数目相等，所以腺嘌呤的数目是1 800个。4某DNA分子中AT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()A35% B29%C28% D21%答案A解析整个DNA中的AT占整个DNA碱基总数的44%，则GC占整个DNA碱基总数的56%，又因为其中一条链(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%。因为总的GC占整个DNA分子碱基总数的56%，所以G(b链上)C(a链上)占DNA整个分子碱基总数的35%，推得G占b链碱基总数的35%，所以答案选A。易错提醒进行碱基计算时要注意以下几点(1)单位是“对”还是“个”，这方面往往带来数据成倍的错误。(2)注意提供的数据是DNA双链还是DNA的一条单链。(3)解题时最好画一下简图，比较直观，减少因为思路不清晰引起的错误。11953年沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于()发现DNA如何存储遗传信息确定DNA是主要的遗传物质发现DNA分子中碱基含量的规律性 为DNA复制机制的阐明奠定基础A BC D答案 C解析双螺旋结构模型的确定解释了DNA为什么能存储大量遗传信息，为DNA半保留复制奠定了基础，因此正确。2关于DNA分子结构的叙述，正确的是()A组成双链DNA分子的脱氧核苷酸可以只有1种B每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基C双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的D双链DNA分子中，ATGC答案C解析根据碱基互补配对原则，组成双链DNA分子的脱氧核苷酸至少有2种，其中的五碳糖为脱氧核糖；位于DNA分子长链结束部位的每个脱氧核糖上只连着一个磷酸和一个碱基；双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的；双链DNA分子中，根据碱基互补配对原则，有AGTC。3下图为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA分子片段(其中代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是()A甲说：该图没有什么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TC丙说：该图中核糖应改为脱氧核糖D丁说：如果他画的是双链RNA分子，则该图就是正确的答案C解析该同学要画的为DNA分子结构图，图中的错误：五碳糖应为脱氧核糖；碱基不应含尿嘧啶(U)；磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接。4DNA的一条单链中(AG)/(TC)0.4。上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为()A0.4、0.6 B2.5、1.0C0.4、0.4 D0.6、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AT，GC，所以(AG)/(TC)的比值为1.0。在双链DNA分子中，一条链上的(AG)/(TC)与另一条链上(TC)/(AG)的值相等，为0.4，因而互补链中(AG)/(TC)2.5。5下面图甲是用DNA测序仪测出的某DNA片段上一条脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(TGCGTATTGG)，请回答下列问题：(1)据图甲推测，此DNA片段上的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是_个。(2)根据图甲中脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序，推测图乙中显示的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为_(从上往下)。(3)图甲所显示的DNA片段与图乙所显示的DNA片段中的(AG)/(TC)总是为_，由此证明DNA分子中碱基的数量关系是_。图甲中的DNA片段与图乙中的DNA片段中的A/G分别为_、_，由此说明了DNA分子具有特异性。答案 (1)5(2)CCAGTGCGCC(3)1嘌呤数等于嘧啶数11/4解析(1)图甲中显示的一条链上鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是4个，胞嘧啶脱氧核苷酸的数量是1个，根据碱基互补配对原则，其互补链上还有1个鸟嘌呤脱氧核苷酸。(2)看清楚图甲中各列所示的碱基种类是读出脱氧核苷酸链碱基序列的关键。(3)在双链DNA分子中，因为碱基互补配对，所以嘌呤数等于嘧啶数；不同的DNA分子中(AT)/(GC)、A/G、T/C是不同的，体现了DNA分子的特异性。课时作业学考达标1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答案C解析据碱基互补配对原则可知，另一个碱基为T，两个脱氧核苷酸含有两个磷酸和两个脱氧核糖。2下面为DNA分子的结构示意图，对该图的正确描述是()A和相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B构成胞嘧啶脱氧核苷酸C占的比例越大，DNA分子越稳定DDNA分子中依次代表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，A错误；胞嘧啶脱氧核苷酸由组成，B错误；是A与T之间的氢键，G、C含量越多，DNA分子越稳定，C错误；根据碱基互补配对原则，、依次代表A、G、C、T，D正确。3以下四个双链DNA分子中，稳定性最差的是()AA占25% BT占30%CG占25% DC占30%答案B解析DNA分子结构稳定性表现在相对稳定的双螺旋结构；碱基对通过氢键连接，氢键含量越高，稳定性越强。根据碱基互补配对原则可计算，四个双链DNA分子中含GC碱基对最少的稳定性最差。A项中GC50%；B项中GC40%；C项中GC50%；D项中GC60%。4由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基对的排列顺序不同，可分为多少种，说明了DNA分子的什么特性()504种450种425种遗传性多样性特异性A BC D答案D解析一个DNA分子中碱基对的排列方式有4n种(其中n为碱基对的数目)，体现了DNA分子的多样性。5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。6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TC若一条链上ATGC1234，则另一条链上ATGC1234D若一条链上ATGC1234，则另一条链上ATGC2143答案C解析根据DNA双螺旋结构中的碱基互补配对原则，即A对T，G对C，推测两条链上互补碱基的数量关系是AT，GC。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ATGC1234，对应另一条链TACG1234，调整为ATGC的顺序，应等于2143，C项错误、D项正确。 高考提能7关于下图DNA分子片段的说法，不正确的是()A所指的碱基代表鸟嘌呤B所指的碱基是DNA分子中特有的C代表碱基互补配对形成的氢键DDNA分子片段中AT碱基对含量越高，DNA分子结构越稳定答案D解析图中所指碱基为鸟嘌呤(G)；所指碱基为胸腺嘧啶(T)，T是DNA特有的，A、B正确；代表氢键，C正确；DNA分子中AT碱基对有2个氢键，GC碱基对有3个氢键，若GC碱基对含量越高，则DNA分子结构越稳定，D错误。8某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上ATGC1234，则该DNA分子()A含有4个游离的磷酸基团B含有腺嘌呤脱氧核苷酸20个C四种含氮碱基ATGC3377D碱基排列方式共有4100种答案C解析一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团，A项错误。由一条链上ATGC1234，计算得一条链上100个碱基中含A、T、G、C依次是10、20、30、40，另一条链上含A、T、G、C则依次是20、10、40、30，故该DNA中含腺嘌呤脱氧核苷酸数为102030个，B项错误。四种含氮碱基的比例是ATGC(1020)(2010)(3040)(4030)3377，C项正确。含200个碱基的DNA不考虑每种碱基比例关系的情况下，可能的碱基排列方式共有4100种。但因碱基数量比例已确定，故碱基排列方式肯定少于4100种，且一个DNA分子只有一种特定的碱基排列顺序，D项错误。9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()A26%,312个 B24%,288个C24%,298个 D12%,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分子片段中共有碱基31226%1 200个；前面已计算出G占24%，则G的数目是1 20024%288个。10经检测得知，一双链DNA分子中鸟嘌呤的数目为x，其占碱基总数量的比例是y，以下推断正确的是()A与鸟嘌呤互补的碱基比例是1yB该DNA分子的嘌呤和嘧啶的比例是x/yC该DNA分子的碱基之间的氢键数是x(12/y)D与鸟嘌呤不互补的碱基数目是x(12y)/y答案D解析由题意可知，G、C所占比例都为y，数量都为x；A、T所占比例都为1/2y，数量都为(x/y2x)/2(x/2y)x。A项，与鸟嘌呤互补的碱基比例是y；B项，该DNA分子的嘌呤和嘧啶的比例是1；C项，G、C之间有三个氢键，A、T之间有两个氢键，该DNA分子的碱基之间的氢键数是3x2(x/2yx)xx/y；D项，A、T与鸟嘌呤不互补，其数目为x(12y)/y。11下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题，请回答：(1)若A占20%，则G占_。(2)若双链DNA中A占20%，且一条链中的A占20%，则此链中C所占比例的最大值是_。(3)一条链中(AC)/(TG)0.4，互补链中的此值是_。(4)一条链中(AT)/(CG)0.4，互补链中的此值是_。(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则该DNA分子中的G有_个。答案(1)30%(2)60%(3)2.5(4)0.4(5)1.5P解析(1)由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：AG50%，因而G占30%。(2)由双链DNA分子A占20%可知：该DNA分子中(AT)占40%，(CG)占60%，对任意一条链而言，某种碱基所占比例的最大值即该对碱基所占的比例，因而，C最多占该链的60%。(3)由双链DNA中，一条链中的(AC)/(TG)与另一条链中的该比值互为倒数可知：其互补链中的(AC)/(TG)1/0.42.5。(4)由于双链DNA及任意一条链中的(AT)/(CG)为一定值，可知其互补链中的(AT)/(CG)0.4。(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则DNA分子的总碱基数为P/20%5P(个)，而由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：G占总碱基数的50%20%30%，则G有5P30%1.5P(个)。12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13已知大多数生物的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。真题体验14(2016上海，28)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()A58 B78C82 D88答案C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，需要订书钉24个，所以共需订书钉82个。15(2014山东，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，下列关系图中正确的是()答案C解析DNA分子中(AC)/(TG)应始终等于1，A项错误；一条单链中(AC)/(TG)与其互补链中(AC)/(TG)互为倒数，当一条单链中(AC)/(TG)0.5时，其互补链中(AC)/(TG)2，B项错误；一条单链中(AT)/(GC)与其互补链中(AT)/(GC)及DNA分子中(AT)/(GC)都相等，C项正确、D项错误。14
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