2018-2019年高中生物 第三章 遗传的分子基础 第二节 DNA的分子结构和特点教学案 浙科版必修2.doc

第二节DNA的分子结构和特点 1.DNA是由四种不同的(A、G、C、T)脱氧核苷酸聚合而成的高分子化合物。2DNA分子的双螺旋结构：脱氧核糖与磷酸相间排列在外侧，形成两条脱氧核苷酸链(反向平行)，构成DNA的基本骨架；两条脱氧核苷酸链之间是碱基对，排列在内侧。3DNA分子中碱基之间一一对应，A一定与T配对，A和T的分子数相等；G一定与C配对，G和C的分子数相等；但AT的量不一定等于GC的量。依据卡伽夫法则可以确定是双链DNA还是单链DNA。4不同生物的DNA碱基对的数目可能相同，但碱基对的排列顺序肯定不同。5基因是有遗传效应的核酸片段，基因中核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。考试内容必考加试DNA的分子结构和特点(1)核酸分子的组成(2)DNA分子的结构和特点(3)活动：制作DNA双螺旋结构模型abbabbDNA分子的结构和特点1DNA分子的化学组成(1)基本组成元素：C、H、O、N、P。(2)基本单位：2DNA分子的结构(1)主要特点：两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。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，例如：遵循碱基互补配对原则(2)空间结构：规则的双螺旋结构。3DNA分子的特性特性内容相对稳定性(1)DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；(2)两条链间碱基互补配对的方式不变多样性(1)不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样；(2)若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种特异性每种DNA分子都有特定的碱基排列顺序，代表特定的遗传信息巧学妙记DNA结构的“五、四、三、二、一”1DNA分子主要存在于细胞的什么部位？提示：DNA分子主要存在于细胞核中的染色体上，在线粒体和叶绿体中有少量分布。2两个长度相同的双链DNA分子，其结构差异主要体现在哪里？提示：主要体现在碱基对的排列顺序不同。1DNA分子的结构(1)基本单位脱氧核苷酸，如图1所示：其中，表示磷酸基团； 表示脱氧核糖，数字表示碳原子编号；表示含氮碱基，构成DNA分子的含氮碱基共有4种，即A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。(2)一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图2所示：一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖上的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连接。(3)两条单链之间形成的碱基对表示如下：(4)DNA分子形成规则的双螺旋结构：特别提醒(1)在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中脱氧核糖的1号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分子相连。(2)DNA分子的每条脱氧核苷酸长链中，两个脱氧核苷酸分子间的连接是：一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖上3号碳原子上的羟基与另一个脱氧核苷酸的磷酸通过形成磷酸二酯键相连接。(3)一个DNA分子中，只有一个脱氧核糖只连接着一个磷酸，其他的脱氧核糖都连接着两个磷酸；只有一个磷酸只连接着一个脱氧核糖，其他的磷酸都连接着两个脱氧核糖。2DNA分子的特性(1)稳定性：DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定，排列在外侧，构成基本骨架。DNA分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对，且每个特定的DNA分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不变。(2)多样性：DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样。设某DNA分子有n个碱基对，DNA分子上的一个碱基对可能是AT或TA或GC或CG，即每一个碱基对有4种类型的可能性，故n个碱基对的排列顺序种类数为4n，这样便构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。 (3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA分子的特定的碱基排列顺序。DNA分子的多样性与特异性，从分子水平上说明了生物界的多样性和生物个体之间存在差异的原因。3卡伽夫法则及其应用(1)卡伽夫法则：在DNA分子中，A和T的分子数相等，G和C的分子数相等，但AT的量不一定等于GC的量。(2)碱基计算的一般规律：规律一：一个双链DNA分子中，AT、CG、AGTC、ACGT，即a嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的50%；b不互补配对的两种碱基之和占全部碱基数的50%；c双链中，不配对的两种碱基之和的比值为1。规律二：一个双链DNA分子中，一条链中的两个不互补配对碱基之和的比值是另一条互补链中这一比值的倒数。设双链DNA分子一条链上m，因为m，所以互补链上。规律三：一个双链DNA分子中，互补配对的碱基之和在两条单链中所占比例等于在整个DNA分子中所占比例。设双链DNA分子中的一条链上总碱基数为100个，A1T1n%，因为A1T2、A2T1，则：A1T1A2T2n%。所以ATA1A2T1T2n%。规律四：一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于两条链中的该碱基所占百分数的平均值。设双链DNA分子中含有碱基总数为200个，其中一条链上的腺嘌呤A所占的百分数为A1%，另一条链上的腺嘌呤A所占的百分数为A2%，则在整个DNA分子中腺嘌呤A所占的比例为。特别提醒(1)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应注意题中所给的和所求的碱基比例是占DNA分子的比例还是占其中一条链的比例。(2)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应熟练掌握：在双链DNA分子中，不配对的两种碱基之和占总数的一半。以图示为载体，考查DNA分子的结构和特点例1下面为DNA分子结构示意图，对该图的叙述正确的是()a和相间排列，构成了DNA分子的基本骨架b的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸c是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则dDNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息e占的比例越大，DNA分子越不稳定f依次代表A、G、C、TAbcdf Bcdf Cabcf Dbce思路点拨精讲精析DNA分子是反向平行的双螺旋结构，磷酸与脱氧核糖交替排列在外侧，构成了DNA的基本骨架；中的及下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸，磷酸属于上一胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，不属于；内部两条脱氧核苷酸链间碱基互补配对，配对碱基之间通过氢键相连； DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息。G与C之间形成3条氢键，G与C含量越多，DNA分子越稳定；根据碱基互补配对原则，依次代表A、G、C、T。答案BDNA分子是由反向平行的脱氧核苷酸链组成，每条链中磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架，脱氧核糖的1号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分子相连。1“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。2解读DNA分子结构模式图信息(1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。(2)、 、之间的数量关系是111。和之间的化学键为磷酸二酯键。(3)碱基对之间的化学键为氢键，AT对之间形成2个氢键，GC对之间形成3个氢键。氢键可用解旋酶断裂，也可加热断裂。若碱基对为n，则氢键数为2n3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3nm。(4)每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖中1号碳与碱基相连接，5号碳与磷酸相连接，3号碳与下一个脱氧核苷酸的磷酸相连接，如右图。3区分核酸种类的方法(1)若含U，则该核酸一定为RNA。因为只有RNA分子含有尿嘧啶。(2)若含T，AT或嘌呤嘧啶，则一般为单链DNA。因为双链DNA分子中AT，GC，嘌呤(AG)嘧啶(TC)。(3)若嘌呤嘧啶，肯定不是双链DNA(可能为单链DNA，也可能为RNA)。但若是细胞中所有的核酸的嘌呤数嘧啶数，则可能既有双链DNA又有RNA。1(2015浙江10月学考)如图表示某同学制作的DNA双螺旋结构模型的一个片段。其中存在的错误有()A3处 B5处C7处 D8处解析：选C该DNA双螺旋结构模型中存在7处错误：4个核糖应改为4个脱氧核糖(4处错误)；不存在尿嘧啶；腺嘌呤和胸腺嘧啶间有2个氢键；胞嘧啶和鸟嘌呤之间有3个氢键。DNA分子结构中相关碱基数量计算例2在一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子上碱基总数的24%，则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链上碱基数目的()A44% B24%C14% D28%思路点拨精讲精析画出DNA分子简图(如右图所示)。依题意，列出等量关系：(A1G1)/G1100%40%A11.4G1，而在整个DNA分子中：(A1G1)/200100%24%A1G148，联系得：A128。整个DNA分子中A1T2，则T228。答案D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：直观地画一个DNA分子简图，绘出两条链及碱基符号，并注明含量，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进行解答。2某双链DNA分子含有200个碱基对，其中一条链上ATGC1234。下列关于该DNA分子的叙述，正确的是()A含有4个游离的磷酸基团B含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个C4种含氮碱基ATGC3377D碱基排列方式共有4100种解析：选C每条单链各有1个游离的磷酸基团，所以DNA分子有2个游离的磷酸基团；该DNA分子含有200个碱基对，一条链上ATGC1234，根据双链中AT所占比例单链中AT所占比例，则双链中AT占3/10，根据AT，推知A和T各占3/20，故腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为2002(3/20)60(个)；双链中A和T分别占3/20，则C和G分别占7/20，故双链DNA中ATGC3377；碱基排列方式共有4n种，n为碱基对数，即共有4200种。课堂回扣练习(1下列关于DNA结构的叙述中，错误的是()A大多数DNA分子由两条核糖核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构B外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基CDNA两条链上的碱基间以氢键相连，且A与T配对，C与G配对DDNA的两条链反向平行解析：选A绝大多数DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋而成为双螺旋结构，而不是由核糖核苷酸长链盘旋而成，核糖核苷酸是RNA的基本组成单位。2(2014浙江6月学考)根据碱基互补配对原则，以下碱基配对正确的是()AG与TBA与ACU与T DG与C解析：选D碱基互补配对原则：A与T配对，C与G配对。3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。4某双链DNA分子共有1 000个碱基，若碱基A的数量为200个，则该DNA分子中G的个数为()A100 B200C300 D400解析：选C双链DNA分子中，AG占总数的一半，本题中G1 0002200300(个)。5某化验员检测一待测核酸样品后发现，对其碱基个数统计和计算得到下列结果：(AT)/(GC)1，(AG)/(TC)1，根据此结果，该样品()A无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸B可被确定为双链DNAC无法被确定是单链DNA还是双链DNAD可被确定为单链DNA解析：选C在双链DNA中，碱基比例的含量符合碱基互补配对原则，单链DNA中不符合该原则。双链DNA分子中，AT，GC，所以(AG)/(TC)(AC)/(TG)1。(AT)/(GC)的碱基比率在特殊情况下等于1，在绝大多数情况下不等于1；在单链DNA分子中，A和T，G和C之间无对应关系，其(AG)/(TC)的比例在绝大多数情况下不等于1，特殊情况下等于1，所以题干给出的情况无法判断该核酸是单链DNA还是双链DNA。课时跟踪检测一、选择题1(2016浙江4月选考)下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型(表示脱氧核糖、表示碱基、表示磷酸基团)，其中正确的是()解析：选D脱氧核苷酸是由1个脱氧核糖、1个磷酸基团和1个碱基构成的，碱基可能是A、C、G、T，不可能是U，A错误；脱氧核糖是五碳糖，其中1号碳上连着碱基，5号碳上连着磷酸基团，B、C错误，D正确。2基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则与小鼠DNA碱基序列相同的比例是()A20%B80% C100% D无法确定解析：选D对于细胞生物，基因是有遗传效应的DNA分子片段，人与小鼠的基因虽然约80%相同，但不同生物的DNA分子具有特异性，即碱基对排列顺序不同，故无法确定。3某同学在实验室尝试搭建DNA分子模型，他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双螺旋的整条模型将是()A粗细相同，因为嘌呤碱基必定与嘧啶碱基互补B粗细相同，因为嘌呤碱基与嘧啶碱基的空间尺寸相似C粗细不同，因为嘌呤碱基不一定与嘧啶碱基互补D粗细不同，因为嘌呤碱基与嘧啶碱基的空间尺寸不同解析：选AA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。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的互补配对是严格的，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下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是()ADNA单链上相邻碱基以氢键连接BDNA分子由4种脱氧核苷酸组成CDNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息D磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA的基本骨架解析：选ADNA单链上相邻碱基以“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连，A错误；DNA分子由4种脱氧核苷酸组成，B正确；遗传信息是由DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列决定的，C正确；DNA分子的基本骨架由磷酸与脱氧核糖的交替连接构成，D正确。6(2017福州一模)如图所示为双链DNA分子的平面结构模式图。下列叙述正确的是()A图示DNA片段中有15个氢键B沃森和克里克利用构建数学模型的方法，提出DNA的双螺旋结构C只有在解旋酶的作用下图示双链才能解开D在双链DNA分子中，每个磷酸基团连接1个脱氧核糖解析：选A图示的DNA片段共6个碱基对，AT有3对、GC有3对；因AT之间有2个氢键，GC之间有3个氢键，共15个氢键；沃森和克里克构建的是物理模型；要使DNA双链解开，不仅可以用DNA解旋酶，还可以用高温加热解旋；在双链DNA分子中，每条链中间的每个磷酸基团都分别连接2个脱氧核糖，每条链两端的磷酸基团只连接1个脱氧核糖。7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分子中含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个碱基对，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1个氢键，因此有CG 200个。8从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的()A26% B24%C14% D11%解析：选A明确DNA的两条链所含碱基数目相同，且AT，GC，一条链中的A、T、G、C数目等于另一条链中的T、A、C、G数目，由此可列出方程组来解题：假定每条链中有100个碱基，则双链DNA中(GC)100246%92(个)，所以AT20092108(个)。因为A对TH(AT)(AHT对)，AHT对28(个)，所以A对TH1/2(AT)(AHT对)1/2108(2828)26(个)。即A对占该链全部碱基数的26%。9若一个DNA分子中有200个碱基对，其中腺嘌呤有90个，则该DNA分子中含有游离磷酸基团的数目和氢键的数目依次为()A200个和400个 B400个和510个C2个和510个 D2个和400个解析：选C任何双链DNA分子中，均含有2个游离的磷酸基团。由题意知：该DNA分子中有AT碱基对90个，氢键数为902180(个)；GC碱基对有20090110(个)，氢键数目为1103330(个)，所以该DNA分子中的氢键数目为180330510(个)。10下列关于碱基互补配对的相关叙述不正确的是()ADNA分子中有一个嘌呤就会有一个与之相配对的嘧啶BDNA分子中一条链的嘌呤数或嘧啶数一定等于另一条链的嘌呤数或嘧啶数CDNA分子中嘌呤总数一定等于嘧啶总数且各占50%DDNA分子中任何一种碱基所占的比例是两条单链上该碱基所占比例的平均数解析：选B在DNA分子的双链中，嘌呤和嘧啶互补配对，DNA分子中一条链的嘌呤数或嘧啶数一定等于另一条链的嘧啶数或嘌呤数。11分析一个DNA分子时，发现30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该DNA分子的一条链上鸟嘌呤所占比例的最大值为()A20% B30% C40% D70%解析：选C根据碱基互补配对原则，可知该DNA分子中鸟嘌呤占碱基总数的(130%2)220%，故双链中GC40%，推知单链中GC40%。一般情况下，DNA双链上都应有G分布，所以G40%，但也有一种极端情况是G集中分布在一条链上(无C)，而另一条链上没有G(只有C)，所以该DNA分子一条链上鸟嘌呤所占比例的最大值为40%。二、非选择题12下面是DNA分子结构模式图，请看图填空：(1)填写名称：_，_，_，_，_，_，_，_，_。(2)从图来看，DNA分子平面模式图就如同一架“梯子”，在外侧的“扶手”是由_和_交替连接而成的，内侧的横档是由_通过_相连组成的_，因此在结构上具有一定的稳定性。从图中还能看出：一个双链DNA分子的两条长链是_向平行的，其中一个脱氧核苷酸是由_、_、_三部分连接而成的。解析：DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链构成的，组成DNA的单位是脱氧核苷酸，每一个脱氧核苷酸由1个磷酸基团、1个脱氧核糖和一个碱基所构成。根据碱基互补配对原则，图中的依次为胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和胸腺嘧啶。答案：(1)磷酸基团脱氧核糖胞嘧啶鸟嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶脱氧核苷酸碱基对氢键(2)脱氧核糖磷酸基团碱基氢键碱基对反1分子磷酸1分子脱氧核糖1分子碱基13根据下图，回答相关问题。(1)若图中A为糖类，则A是_，C是_，G是_。(2)F的基本组成单位是图中的_。(3)F和H的关系是_。(4)在细胞核中，H与F在数量上有两种比例关系：_和_。(5)在D构成的长链中，与1分子A相连接的有_分子的B和_分子的C。(6)生物的性状遗传主要通过H上的_(填图中字母，下同)传递给后代，实际上是通过_的排列顺序来传递遗传信息。解析：基因是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段，其基本组成单位是脱氧核苷酸。一个基因中含有许多个脱氧核苷酸，一个DNA分子上含有多个基因，基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，根据DNA的分子结构可知一分子脱氧核糖与1分子碱基和1分子或2分子磷酸连接。答案：(1)脱氧核糖磷酸蛋白质(2)D (3)H(染色体)是F(DNA)的主要载体 (4)11 12(5)11或2(6)FD