2017-2018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1.DNA分子的双螺旋结构：两条链反向平行；脱氧核糖和磷酸交替连接，排列于外侧，构成基本骨架；碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。2双链DNA分子中，嘌呤碱基数嘧啶碱基数，即AGTC。3互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA分子中都相等。4在DNA分子中，含GC碱基对越多的DNA分子相对越稳定。5非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，而在整个DNA分子中比值为1。DNA双螺旋结构模型的构建自读教材夯基础1构建者美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。2模型构建历程1写出脱氧核苷酸的化学元素组成、结构和种类。提示：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根据沃森和克里克的模型，你认为DNA分子的空间结构是怎样的？提示：两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。跟随名师解疑难1DNA的基本组成单位(1)每个脱氧核苷酸的构成：(2)脱氧核苷酸的种类：2DNA的平面结构(1)一条脱氧核苷酸链：由一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖上3号碳原子上的羟基与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成化学键(3，5 磷酸二酯键)相连接，如下图所示。(2)两链之间的碱基对：A一定与T配对，两碱基之间形成两个氢键；G一定与C配对，两碱基之间形成三个氢键，如下图所示。3DNA的立体结构规则的双螺旋结构(1)两条链反向平行；(2)脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在外侧；(3)碱基排列在内侧，且遵循碱基互补配对原则。如下图：特别提醒(1)在A与T之间有两个氢键相连，在G与C之间有三个氢键相连，因此热稳定性高的DNA分子中含G与C碱基对较多。(2)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。DNA分子的结构特点自读教材夯基础1整体：由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋而成。3.1双链DNA分子中，嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系？提示：嘌呤碱基数嘧啶碱基数。2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？提示：在另一条链中及整个DNA分子中都是m。3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？提示：在另一条链中(AG)/(TC)的比值为1/n，在整个DNA分子中(AG)/(TC)1。跟随名师解疑难1碱基互补配对原则图示2碱基间的数量关系项目双链DNA1链2链规律A、T、G、C关系ATGCA1T2G1C2T1A2C1G2双链DNA中，A总等于T，G总等于C，且1链上的A等于2链上的T,1链上的G等于2链上的C非互补碱基和之比，即(AG)/(TC)或(GT)/(AC)1m1/mDNA双链中非互补碱基之和总相等，两链间非互补碱基和之比互为倒数互补碱基和之比，即(AT)/(GC)或(GC)/(AT)nnn在同一DNA中，双链和单链中互补碱基和之比相等某种碱基的比例(x为A、T、G、C中某种碱基的百分含量)x1x2某碱基占双链DNA碱基总数的百分数等于相应碱基占相应单链的比值的和的一半3.碱基比例与DNA分子的共性和特异性(1)共性：A/TT/A1；G/CC/G1；(AC)/(TG)(AG)/(TC)1。(2)特异性：(AT)/(GC)的比值是多样的，是DNA分子多样性和特异性的主要表现。DNA分子的结构例1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思路点拨 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，选项A错误；胞嘧啶脱氧核苷酸由组成，B项错误；是A与T之间的氢键，G、C对含量越多，DNA分子越稳定，选项C错误；根据碱基互补配对原则，依次代表A、G、C、T，D项正确。答案D规律方法 判断核酸种类的方法 (1)DNA和RNA的判断：含有碱基T或脱氧核糖DNA；含有碱基U或核糖RNA。(2)单链DNA和双链DNA的判断；双链DNA；若：嘌呤嘧啶单链DNA。(3)DNA和RNA合成的判断：用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正进行RNA合成。检测某生物样品中碱基比例，其嘌呤含量不等于嘧啶含量，则该生物样品不可能是()A大肠杆菌B流感病毒C噬菌体 D人体细胞解析：选C在双链DNA中嘌呤(AG)嘧啶(CT)，单链RNA中嘌呤(AG)不一定等于嘧啶(CU)。对于大肠杆菌和人体细胞来说，体内有DNA和RNA，总嘌呤(AG)不一定等于总嘧啶(CUT)，流感病毒体内只有RNA，单链中嘌呤(AG)不一定等于嘧啶(CU)。噬菌体只有DNA，嘌呤(AG)一定等于嘧啶(CT)。DNA分子中碱基计算规律例2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%思路点拨解析整个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%，又因整个DNA分子中(GC)所占比例与每一条链上(GC)所占该链碱基总数的比例相等，可知b链上(GC)56%，其中G(a链)21%，则C(b链)21%，推出G(b链)35%。答案A规律方法 解答此类问题分三步 第一步：弄清题干所给的碱基比例是占整个DNA分子的比例，还是占一条链的碱基比例。第二步：画一个DNA分子简图，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。第三步：根据碱基互补配对原则及其推论解答即可。1制作DNA双螺旋结构模型。2探究DNA分子的多样性和特异性。典例剖析现有用硬纸片制作的4种脱氧核苷酸模型，样式如右图所示，请你运用所学的关于DNA结构的知识，排列出一个平面DNA片段图。(1)DNA片段由几条链构成？如何连接？(2)试写出一个具体的DNA片段图。(3)理论上分析(2)，一共能排出多少种片段图？(4)从(2)(3)中可得出什么结论？解析DNA是双螺旋结构，所以有两条链，并且两条链之间是反向平行的。它们之间遵循碱基互补配对原则并通过氢键连接，每一个碱基位置对应4种碱基，同时由于碱基排列顺序的不同，导致DNA分子结构具有多样性和特异性。答案(1)两条链。两条链的单体间通过磷酸二酯键连接，链与链之间通过碱基间的氢键连接。(2)如图所示：(3)44种。(4)DNA分子结构具有多样性和特异性。归纳拓展制作DNA双螺旋结构模型的注意事项(1)严格按照实验操作程序，按结构层次从小到大，从简单到复杂依次完成。(2)制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时，注意各分子的大小比例。(3)制作含氮碱基模型时，腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的一端应剪成相互吻合的形状；同理，鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的一端也剪成另一种吻合的形状。这两种碱基对模型的长度应相等，以保证DNA分子中两条链之间的距离相等。(4)旋转平面结构模型构成立体结构时，如发现某结构部件有扭曲现象，应予以矫正。(5)整个制作过程中，各零件之间的连接应保持足够的牢固性，以免旋转时零件脱落。随堂基础巩固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()证明DNA是主要的遗传物质确定DNA是染色体的组成成分发现DNA如何储存遗传信息为DNA复制机制的阐明奠定基础A BC D解析：选DDNA分子双螺旋结构模型中，碱基排列在内侧，碱基对的排列顺序代表遗传信息，正确；DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制，DNA分子双螺旋结构模型为DNA复制机制的阐明奠定了基础，正确。2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：选ADNA分子是规则的双螺旋结构，双螺旋模型粗细相同，且由嘌呤环和嘧啶环构成的碱基对的空间尺寸相似。3某学生制作的以下碱基对模型中，正确的是()解析：选A在DNA分子中，A、T碱基对间有2个氢键，G、C碱基对间有3个氢键。DNA的两条链是反向平行的。4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：选D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，依靠磷酸基团和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。5用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是()卡片类型脱氧核糖磷酸碱基ATGC卡片数量10102332A最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对B构成的双链DNA片段最多有10个氢键CDNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D最多可构建44种不同碱基序列的DNA解析：选B根据表格数据可知，代表脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的卡片数分别都是10，所以最多可构建10个脱氧核苷酸，根据碱基种类可推知最多构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对；构成的双链DNA片段中可含2个AT碱基对和2个GC碱基对，故最多可含有氢键数222310(个)；DNA分子结构中，与脱氧核糖直接连接的一般是2个磷酸，但最末端的脱氧核糖只连接1个磷酸；碱基序列要达到44种，每种碱基对的数量至少要有4个。6下面是DNA分子结构模式图。请据图回答下列问题：(1)_是组成DNA的基本单位。请写出其内三部分结构4、5、6所代表的物质的名称：_、_、_。(2)DNA分子两条链上的碱基通过_连接而成对存在，根据碱基互补配对原则可知1为_，2为_。(3)DNA在细胞内的空间构型为_，它最初是由_和_两位科学家提出的。解析：(1)组成DNA的基本单位是4种碱基(A、T、C、G)对应的4种脱氧核苷酸；图中4代表胸腺嘧啶，5代表脱氧核糖，6代表磷酸。(2)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对原则，其中A与T配对，C与G配对，所以1为C(胞嘧啶)，2为A(腺嘌呤)。(3)沃森和克里克发现DNA在细胞内呈规则的双螺旋结构。答案：(1)7脱氧(核糖)核苷酸胸腺嘧啶脱氧核糖磷酸(2)9氢键C(或胞嘧啶)A(或腺嘌呤)(3)双螺旋结构沃森克里克课时跟踪检测(满分50分时间25分钟)一、选择题(每小题3分，共24分)1下列关于核酸的叙述中，正确的是()ADNA和RNA中的五碳糖相同B组成DNA与ATP的元素种类不同CT2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中D双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数解析：选DDNA含的五碳糖是脱氧核糖，RNA含的五碳糖是核糖；组成DNA和ATP的元素种类都是C、H、O、N、P；T2噬菌体的遗传信息贮存在DNA中；DNA中A与T配对、G与C配对，故双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数。220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E47分子中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数B在E47分子中，碱基数脱氧核苷酸数脱氧核糖数C在E47分子中，含有碱基UD在E47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：选B单链DNA分子中，嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数。DNA分子中不含有尿嘧啶。在DNA分子单链中，除一端的一个脱氧核糖外，其余的每个脱氧核糖上都连着两个磷酸基。3在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有4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：选BDNA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与C含量多的生物，它的稳定性大于G与C含量少的生物。A项中GC18%，B项中GC33%，C项中GC20%，D项中GC15%，故选B。4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：选C一个脱氧核苷酸分子由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成。由于组成脱氧核苷酸的含氮碱基只有A、G、C、T四种，所以构成DNA分子的脱氧核苷酸也只有四种，而且碱基互补配对是严格的，只能是A与T配对，G与C配对，碱基之间通过氢键连接，形成碱基对。根据题中“有一对氢键连接的脱氧核苷酸”可知，一定形成碱基对AT。5从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是()A碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性B碱基对特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性C一个含2 000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41 000种D人体内控制珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种解析：选D珠蛋白基因碱基对的排列顺序是其特有的。6在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤数为n，则下列有关结构数目正确的是()脱氧核苷酸数磷酸数碱基总数m碱基之间的氢键数为(3m2n)/2一条链中AT的数量为nG的数量为mnA BC D解析：选D在双链DNA分子中，ATn，则GC(m2n)/2。7某种单链DNA生物，当它感染宿主细胞时，首先形成复制型(RF)的双链DNA分子。如果该生物DNA的碱基构成是：27%A、31%G、22%T和20%C。那么，RF中的碱基构成情况是()A27%A、31%G、22%T和20%CB24.5%A、25.5%G、24.5%T和25.5%CC22%A、20%G、27%T和31%CD25.5%A、24.5%G、25.5%T和24.5%C解析：选B双链DNA中A与T配对，可算出AT(27%22%)1/224.5%，那么GC50%24.5%25.5%。8在DNA分子中，碱基A和T通过两个氢键形成碱基对，碱基G和C通过三个氢键形成碱基对。有一个DNA分子含1 000个脱氧核苷酸，共有1 200个氢键，则该DNA分子中含有胞嘧啶脱氧核苷酸()A150个 B200个C300个 D无法确定解析：选B1 000个脱氧核苷酸可组成500对，假如均为AT，则有1 000个氢键，现有1 200个氢键，多余的部分为200个，每一个CG比AT多一个氢键，因此有CG 200个。二、非选择题(共26分)9(14分)如图是DNA片段的结构图，请据图回答：(1)图甲是DNA片段的_结构，图乙是DNA片段的_结构。(2)填出图中部分结构的名称：_、_、_。(3)从图中可以看出，DNA分子中的两条链是由_和_交替连接构成的。(4)连接碱基对的是_，碱基配对的方式如下：即_与_配对，_与_配对。(5)从图甲可以看出，组成DNA分子的两条链的方向是_的；从图乙可以看出，组成DNA分子的两条链相互缠绕成_结构。解析：(1)从图中可以看出：甲表示的是DNA分子的平面结构，而乙表示的是DNA分子的立体(空间)结构。(2)图中表示的是一条脱氧核苷酸单链片段，表示脱氧核糖，而表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲的平面结构可以看出：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。(4)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。(5)根据图甲可以判断：组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的。从图乙可以看出：组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。答案：(1)平面立体(或空间)(2)一条脱氧核苷酸单链片段脱氧核糖腺嘌呤脱氧核苷酸(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)反向平行规则的双螺旋10(12分)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图乙中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1/11/4- 13 -