2019高中生物 第三章 遗传的分子基础 第二节 DNA的分子结构和特点学案 浙科版必修2.doc
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1、1第二节第二节 DNADNA 的分子结构和特点的分子结构和特点学习目标 1.概述 DNA 分子的双螺旋结构及特点。2.学会“制作 DNA 双螺旋结构模型”的构建过程。3.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 分子的结构1.核苷酸是核苷和磷酸连接起来的结构单元,其中的核苷又是含氮碱基与脱氧核糖结合形成的单位。2.DNA 分子的基本单位是脱氧核苷酸,DNA 分子是脱氧核苷酸的多聚体。由于组成脱氧核苷酸的碱基只有 4 种,分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T),因此,脱氧核苷酸也有 4 种,分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核
2、苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。归纳总结 DNA 的分子组成例 1 (2018绍兴测试)如图表示的是 DNA 和 RNA 组成的结构示意图,下列有关说法中正确的是( )A.人体细胞中都有 5 种碱基和 8 种核苷酸B.硝化细菌的遗传物质由 5 种碱基构成C.蓝细菌的线粒体中也有上述两种核酸D.DNA 彻底水解后得到的产物中有脱氧核糖而没有核糖2答案 D解析 在人体成熟红细胞中不含 DNA、RNA,因而红细胞内也不含碱基和核苷酸;硝化细菌的遗传物质是 DNA,只由 4 种碱基构成;蓝细菌属于原核生物,无线粒体。例 2 (2018金华测试)下列图中所示的核苷酸中,在 DNA 结构中不可
3、能具有的是( )答案 B解析 DNA 的基本组成单位脱氧核苷酸是由脱氧核糖、磷酸、含氮碱基结合而成的,其含氮碱基中不含尿嘧啶(U)。二、DNA 分子的结构特点1.沃森和克里克认为:DNA 分子的立体结构是规则的双螺旋结构。2.DNA 分子结构的主要特点(1)DNA 分子是由两条长链组成的,并按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。其中每条链上的一个核苷酸以脱氧核糖与另一个核苷酸上的磷酸基团结合,形成主链的基本骨架,并排列在主链的外侧,碱基位于主链的内侧。(2)DNA 分子一条链上的核苷酸碱基总是跟另一条链上的核苷酸碱基互补配对,两条链上的核苷酸碱基由氢键连接。碱基互补配对原则是:腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶
4、(T)通过两个氢键相连,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)通过三个氢键相连。(3)双链 DNA 分子中碱基 AT,GC,但是 AT 的量不一定等于 GC 的量,这就是 DNA 中碱基含量的卡伽夫法则。归纳总结 1.DNA 结构的“五、四、三、二、一”记忆五种元素:C、H、O、N、P;四种碱基:A、G、C、T,相应地有四种脱氧核苷酸;三种物质:磷酸、脱氧核糖、含氮碱基;二条长链: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。2.DNA 中两条链反向平行,每条链有一个游离的磷酸基团;一条链内的相邻碱基由脱氧核糖磷酸基团脱氧核糖连接;两条链之间的碱基由氢键连接形成碱基对,AT 之间有 2 个氢键,
5、GC 之间有 3 个氢键;相同长度的 DNA 分子,GC 碱基对越多,氢键越多,DNA 分子越稳定。3例 3 如图表示 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 分子中的两条链的基本骨架是由_和_交替连接构成的。(4)连接碱基对的 4 是_,碱基配对的方式如下:即_与_配对;_与_配对。(5)图甲中表示了_种_个脱氧核苷酸。(6)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。答案 (1)平面 立体(或
6、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)4 8 (6)反向平行 规则的双螺旋例 4 下面对 DNA 结构的叙述中,错误的一项是( )A.DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧B.DNA 分子中的两条链反向平行C.DNA 分子中氢键数目和碱基数目一定相等D.DNA 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
7、;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。三、制作 DNA 双螺旋结构模型1.实验原理(1)DNA 分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。 (2)DNA 分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架。(3)DNA 分子两条链上的碱基按照碱基互补配对原则两两配对,并且以氢键连接。42.实验步骤(1)用不同颜色的卡纸剪成长方形碱基,用其他颜色的卡纸剪成圆形代表磷酸,另一种颜色的卡纸剪成五边形,代表脱氧核糖。 (2)使用订书机将磷酸、脱氧核糖、碱基连接,制作成一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。(3)用订书机把一个个脱氧核苷酸模型连接起来,形成一条多
8、核苷酸的长链;根据碱基互补配对原则,制作一条与这条链完全互补的脱氧核苷酸长链。(4)将脱氧核苷酸中的磷酸固定在细铁丝上,然后把两条链平放在桌子上,用订书机把配对的碱基两两连接在一起。(5)将两条链的末端分别与硬纸方块连接在一起,两手分别提起硬纸方块,轻轻旋转,即可得到一个 DNA 分子双螺旋结构模型。注意事项:选材时,用不同形状、不同大小和不同颜色的材料分别代表脱氧核糖、磷酸和不同的碱基。要选用有一定强度和韧性的支架和连接材料。例 5 (2015浙江 10 月选考)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( )A.3 处 B.5 处 C.7 处 D.8 处答案
9、C解析 组成 DNA 的五碳糖为脱氧核糖;构成 DNA 的碱基中不含尿嘧啶;腺嘌呤通过两条氢键与胸腺嘧啶配对,胞嘧啶与鸟嘌呤间形成三条氢键。例 6 (2017台州二模)某同学制作一 DNA 片段模型,现有若干不同类型塑料片,见表。还应准备脱氧核糖的塑料片数目是( )塑料片碱基 G碱基 C碱基 A碱基 T磷酸数量(个)1016161052A.32 B.40C.26 D.52答案 B解析 根据碱基互补配对原则,该 DNA 分子中应该有 10 个 CG 碱基对,10 个 AT 碱基对,5共 20 个碱基对,40 个碱基。由于一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成,因此还应该
10、准备 40 个脱氧核糖。四、DNA 分子中碱基数目的计算1.碱基比例与双链 DNA 分子的共性及特异性(1)共性:不因生物种类的不同而不同 1; 1;1。A TT AG CC GAC TGAG TC(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。AT CG2.DNA 分子中碱基的相关计算(1)基本规则碱基互补配对原则为 A 与 T 配对,G 与 C 配对。总的碱基数量为两条单链的碱基之和。(2)计算规律规律一:DNA 双链中的两条互补链的碱基数相等,任意两个不互补的碱基之和恒等,占碱基总数的 50%,即 AGTCACTG50%。结论:DNA 中非互补碱基
11、之和总相等。规律二:DNA 双链中的一条单链的的值与其互补链的的值互为倒数关系。AG TCAG TC结论:DNA 两条链间非互补碱基和之比互为倒数。规律三:DNA 双链中,一条单链的的值与其互补链的的值是相等的,也与整个 DNAAT GCAT GC分子中的的值相等。AT GC结论:在同一 DNA 中,双链和单链中互补碱基和之比相等。规律四:DNA 一条链中 A 占的比例为 a1,另一条链中 A 占的比例为 a2,则整个 DNA 分子中 A占的比例为。a1a2 2结论:某碱基占双链 DNA 碱基总数的百分比数等于相应碱基占相应单链比值和的一半。例 7 某 DNA 分子中 AT 占整个 DNA 分
12、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%答案 A解析 整个 DNA 分子中的 AT 占整个 DNA 碱基总数的 44%,则 GC 占整个 DNA 碱基总数的656%,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
13、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。例 8 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,由此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
14、条链上的 A 和T 的数目也相等,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;若一条链上 ATGC1234,对应出另一条链上TACG1234,调整为 ATGC 的顺序,应等于 2143,C 项错误,D项正确。方法技巧 解答碱基计算的“三个”步骤第一步:搞清题中所给的和所求的碱基比例是占整个 DNA 分子的比例还是占其中一条链的比例。第二步:画出一个 DNA 分子模式图,并在图中标出已知和所求的碱基。第三步:根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。1.(2018杭州学考)有关 DNA 分子结构的叙述,错误的是( )A.DNA 分子由 4 种脱氧核苷酸组
15、成B.DNA 单链上相邻碱基以氢键连接C.碱基与脱氧核糖相连接D.磷酸与脱氧核糖交替连接构成 DNA 的基本骨架答案 B7解析 DNA 的基本组成单位是脱氧核苷酸,DNA 分子由 4 种脱氧核苷酸组成,A 正确;DNA 单链上相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连接,B 错误;碱基与脱氧核糖相连接,C正确;磷酸与脱氧核糖交替连接形成 DNA 分子链的基本骨架,D 正确。2.(2018温州模拟)如图表示 DNA 分子部分结构的示意图,下列关于图中结构叙述正确的是( ) A.腺嘌呤数目与胸腺嘧啶数目相等B.嘌呤数目与嘧啶数目相等C.核糖数目与磷酸二酯键数目相等D.磷酸基团数目与碱基数目相等答案 D解
16、析 在 DNA 分子单链中,A 和 T 数目不一定相等,嘌呤和嘧啶也不一定相等,核糖数目比磷酸二酯键数目多一个,一个核苷酸中有一个磷酸和一个碱基,D 正确。3.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( )A.26%,312 个 B.24%,288 个C.24%,298 个 D.12%,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%,
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