（新课改地区）2018-2019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2

第2节DNA分子的结构学习目标导引核心素养对接关键术语1.概述DNA分子的双螺旋结构。2.活动要求：（1）搜集DNA分子结构模型建立过程的资料，并进行讨论和交流；（2）制作DNA分子双螺旋结构模型。1.生命观念认同DNA分子的结构与功能观；2.科学思维通过模型构建，理解DNA分子的化学组成、平面结构以及立体结构； 3.科学探究领悟模型构建在科学研究中的应用。DNA双螺旋结构碱基互补配对原则|预知概念|一、DNA双螺旋结构模型的构建1.构建者沃森和克里克。2.构建过程二、DNA分子的结构1.DNA分子的结构写出下图中各部分的名称：胸腺嘧啶（T）；脱氧核糖；磷酸；碱基对；腺嘌呤（A）；鸟嘌呤（G）；胞嘧啶（C）。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。|过程评价|1.沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的主要依据是DNA的X射线衍射图谱（）2.双链DNA中嘌呤和嘧啶的含量相等（）3.DNA分子的基本骨架是磷酸和核糖交替排列而成，且分布于外侧（）4.AT和GC间的氢键数量相等（）5.DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行方式盘旋成双螺旋结构（）6.嘌呤只能和嘧啶发生碱基互补配对（）答案1.2.3.4.5.6.|联想质疑|DNA的结构模型GC碱基对的比例越高，DNA分子的稳定性越强（1）每个DNA片段中，游离的磷酸基团数是多少？磷酸数脱氧核糖数含氮碱基数是多少？提示：2个；111。（2）关于DNA分子中碱基的配对问题，化学家查哥夫提出了DNA中嘧啶和嘌呤数目相等，这对DNA模型的构建有何提示？提示：嘌呤总是和嘧啶配对，而不是嘌呤和嘌呤配对，或嘧啶和嘧啶配对。（3）你认为在DNA的结构中，千变万化的是其空间结构还是碱基对的排列顺序？提示：碱基对的排列顺序。科学探究1DNA的分子结构及其特点如图是DNA片段的结构图，请据图思考下列问题：（1）DNA的基本单位是什么？四种基本单位的主要区别是什么？提示：脱氧核苷酸；碱基种类。（2）写出图中数字的名称。提示：1：碱基对；2：脱氧核苷酸链；3：脱氧核糖；4：磷酸基团；5：腺嘌呤脱氧核苷酸；6：腺嘌呤；7：氢键。（3）为什么“GC”含量越多的DNA越耐高温？提示：GC之间的氢键数量是3个，而AT之间的氢键数量是2个，所以含“GC”越多则结构越稳定，越不容易被高温破坏。（4）乙比甲结构更稳定，为什么？提示：甲所示的是平面结构，乙是双螺旋结构，螺旋化使DNA分子的结构更稳定。（5）不同的DNA分子哪些方面会有所不同？（供选：脱氧核苷酸的数量、碱基种类、基本骨架、碱基对的排列顺序）提示：脱氧核苷酸的数量和碱基对的排列顺序。【探究应用】下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是（）A.DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的单链结构B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连解析DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的双链结构，A错误；DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B错误；DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连，D错误。答案C【一题多变】（1）DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗？提示：DNA分子中，每个脱氧核糖均连一个碱基；而除3端的脱氧核糖只连一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连两个磷酸。（2）DNA分子中，互补链之间相邻两个脱氧核苷酸靠什么连接？提示：互补链配对的两脱氧核苷酸之间靠氢键相连。利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构科学探究2DNA分子中的碱基数量计算结合DNA分子双螺旋结构模型的特点思考下列问题：1.为什么DNA分子中嘌呤和嘧啶数量相等？提示：碱基互补配对原则中，A总是和T配对，G总是和C配对，所以AT，GC，AGCT。2.为什么“AT”或“GC”在整个双链上所占的比例与在每一条单链上所占的比例相等？提示：设在双链DNA分子中的一条链上A1T1n%，因为A1T2，T1A2，所以另一条链上：T2A2n%，整个DNA分子中：ATn%。3.如果一条链上m，则其互补链上比值是多少？提示：双链DNA分子的一条链上：m，因为m，所以互补链上。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，则该DNA分子可能有多少种排列方式？提示：4n。【探究应用】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（）解析DNA分子中（AC）/（TG）应始终等于1；一条单链中（AC）/（TG）与其互补链中（AC）/（TG）互为倒数，一条单链中（AC）/（TG）0.5时，互补链中（AC）/（TG）2；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。答案C【一题多变】 （1）DNA的两条链之间，哪些比例是相等的？提示：能配对的两个碱基之和所占的比例，即（AT）或（GC）在每条链上占的比例。（2）DNA的两条链之间，哪些比例互为倒数？提示：或在互补链上的比值互为倒数。三步解决DNA分子中有关碱基比例计算第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。【运用概念】1.在制作DNA双螺旋结构模型时，各“部件”之间需要连接。下图中连接错误的是（）解析同一条脱氧核苷酸链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接是通过脱氧核糖上的3号碳原子上的羟基与另一个脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基团之间脱水聚合连接而成的。答案B2.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（）A.35% B.29% C.28% D.21%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a链上的C占该链碱基总数的（56%21%）35%，又因a链C与b链G互补，推得G占该链碱基总数的35%。答案A3.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。答案C【科学思维】4.地球上的生物多种多样，不同生物的DNA不同，每一种生物的DNA又具有特异性。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特点B.嘌呤总数与嘧啶总数的比值C.碱基互补配对的原则D.碱基排列顺序解析生物的遗传信息储存在DNA的碱基排列顺序中，所以说DNA的遗传特异性取决于它的碱基排列顺序。答案D5.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。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。答案（1）5（2）CCAGTGCGCC（3）1嘌呤数等于嘧啶数11/4课时提升训练（时间：30分钟满分：50分）【运用概念】1.下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是（）A.每个DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸B.每个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的C.DNA分子中每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基D.某双链DNA分子片段中如果有40个腺嘌呤，就一定同时含有40个胸腺嘧啶解析只有位于3端的脱氧核糖才连接着一个磷酸和一个碱基，其他部位的脱氧核糖总是连接着两个磷酸。答案C2.下列关于威尔金斯、富兰克林、沃森和克里克、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.沃森和克里克构建了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A的量等于T的量、C的量等于G的量解析 威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱；查哥夫发现腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量；沃森和克里克构建了DNA的双螺旋结构模型。答案B3.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D.DNA分子中依次代表A、G、C、T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。答案D4.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。答案A5.下列关于双链DNA分子的叙述，错误的是（）A.若一条链中的A和T的数目相等，则另一条链中的A和T数目也相等B.若一条链中的G的数目为C的2倍，则另一条链中的G的数目为C的0.5倍C.若一条链中ATGC1234，则另一条链相应碱基比为2143D.若一条链中GT12，则另一条链中CA21解析双链DNA分子中AT，若一条链中AT，则另一条链中也是AT，A正确；双链DNA分子中GC，一条链G/C2，则另一条互补链G/C0.5，B正确；若一条链中ATGC1234，则另一条链相应碱基比为2143，C正确；若一条链中GT12，则另一条链中CA12，D错误。答案D6.DNA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（）A.0.4、0.6 B.2.5、1.0C.0.4、0.4 D.0.6、1.0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）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）相等为0.4，因而互补链中（AG）/（TC）2.5。答案B7.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。与鸟嘌呤互补的碱基比例是y；该DNA分子的嘌呤和嘧啶的比例是1；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；A、T与鸟嘌呤不互补，其数目为x（12y）/y。答案D8.在搭建DNA分子模型的实验中，若有4种碱基塑料片共20个，其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，脱氧核糖塑料片40个，磷酸塑料片100个，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干，则（）A.能搭建出20个脱氧核苷酸B.所搭建的DNA分子片段最长为7碱基对C.能搭建出410种不同的DNA分子模型D.能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段解析每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖数磷酸数碱基数，因脱氧核糖和磷酸之间连接物是14个，故最多只能搭建出14个脱氧核苷酸。DNA分子的碱基中AT、CG，故提供的4种碱基最多只能构成4个CG对和3个AT对，但由于脱氧核苷酸之间结合形成磷酸二酯键时还需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物，故7碱基对需要的脱氧核糖和磷酸之间的连接物是141226（个）。设可搭建的DNA片段有n碱基对，按提供的脱氧核糖和磷酸之间连接物是14个计算，则有14n2（n1）2，得n4，故能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段。答案D9.下图中4种化合物的化学组成中，与圆圈中“A”所对应的名称相符合的是（）表示腺苷表示腺嘌呤核糖核苷酸表示腺嘌呤脱氧核苷酸表示腺嘌呤A. B.C. D.解析ATP中的A代表核糖和腺嘌呤即腺苷；是DNA上一个基本单位：腺嘌呤脱氧核糖核苷酸；是RNA上一个基本单位：腺嘌呤核糖核苷酸；是核糖核苷酸的组成成分腺嘌呤。答案C【科学思维】10.下列关于DNA分子模型构建的叙述中，错误的是（）A.富兰克林的DNA衍射图谱为模型的构建提供了重要依据B.根据DNA衍射图谱，沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构C.沃森和克里克最初构建的双螺旋结构中，认为磷酸和脱氧核糖排列在外部，碱基安排在内部，且A与T配对，G与C配对D.DNA分子是以四种脱氧核苷酸为单位形成的解析对于DNA结构认识经过的历程是：基本单位是四种脱氧核苷酸构成脱氧核苷酸链两条脱氧核苷酸链螺旋成DNA。在这个认识过程中，起初并不知道A一定与T配对，G一定与C配对。答案C11.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AT，GC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。答案B12.20世纪90年代，Cuenoud等发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNAE47，它可以催化两个底物DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是（）A.在DNAE47分子中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数B.在DNAE47分子中，碱基数脱氧核苷酸数脱氧核糖数C.在DNAE47分子中，含有碱基UD.在DNAE47分子中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含N的碱基解析由于DNAE47分子是单链DNA，嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数，A错误；无论是单链还是双链DNA分子，其基本单位都是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸分子由一个碱基、一个脱氧核糖和一分子磷酸组成，B正确；DNAE47为单链DNA分子，不含碱基U，C错误；在单链DNA分子中，除其中3端外，每个脱氧核糖上均连有两个磷酸和一个含N的碱基，D错误。答案B13.如图为不同生物或生物不同器官（细胞）的DNA分子中（AT）/（GC）的比值情况，据图回答问题：（1）猪的不同组织细胞的DNA分子碱基比例大致相同，原因是_。（2）上述三种生物中的DNA分子，热稳定性最强的是。（3）假设小麦DNA分子中（AT）/（GC）1.2，那么（AG）/（TC）。（4）假如猪的某一DNA分子中有腺嘌呤30%，则该分子一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的。（5）小麦的DNA分子中，（GC）之和占全部碱基的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则它的互补链中，T和C分别占碱基总数的。解析（1）猪的不同组织细胞中DNA分子碱基比例大致相同，是因为它们由同一个受精卵经有丝分裂而来。（2）根据图中数值可判断小麦中GC所占比例最大，而在A与T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键，所以小麦DNA的热稳定性最高。（3）只要是双链DNA分子，（AG）/（TC）的值均为1。（4）据AGTC50%，则鸟嘌呤占20%。若所有鸟嘌呤分布在一条链上，则分母缩小一半，一条链上的鸟嘌呤含量最大值可占此链碱基总数的40%。（5）DNA分子中（GC）占全部碱基的比例与在单链DNA中该比例均相等。已知一条链中GC35.8%，因T与C分别占32.9%与17.1%，则可推知该链中的A为1（GCT）1（35.8%32.9%）31.3%，G35.8%17.1%18.7%。答案（1）不同的组织细胞来源于同一个受精卵的有丝分裂（2）小麦（3）1（4）40%（5）31.3%、18.7%14.如图是DNA片段的结构图，请据图完成问题：（1）图甲是DNA片段的结构，图乙是DNA片段的结构。（2）从图中可以看出DNA分子中的两条长链是由和交替连接的；排列在内侧的是，DNA中的这种结构决定了DNA分子结构的性。（3）连接碱基对的化学键是 键，碱基配对的方式是严格的，即 、 配对，且DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化，决定了DNA分子结构的性。（4）就某一确定的DNA分子而言，其碱基的排列顺序一般与其他的DNA分子有很大不同，这体现了DNA分子结构的性。（5）从图甲可以看出组成DNA分子的两条链的方向是的，从图乙中可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成规则的 。解析DNA由两条链螺旋而成，两条链反向平行，磷酸和脱氧核糖排列在链的外侧，形成基本骨架，含氮碱基通过碱基互补配对原则以氢键相连。由于组成DNA的脱氧核苷酸的数目、排列顺序不同，故DNA具有多样性，又因组成每种生物的DNA中的碱基排列顺序具有稳定的和独特的结构，所以DNA又具有特异性。答案（1）平面 立体（2）脱氧核糖 磷酸 碱基对稳定（3）氢A与TG与C多样（4）特异（5）反向平行双螺旋结构15.（科学探究）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AT，GC，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。答案（1）甲单（2）乙AT、GC（3）B16