第2節(jié)　DNA的結(jié)構(gòu)課程要求核心素養(yǎng)知識導(dǎo)圖概述DNA是由四種脫氧核苷酸構(gòu)成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)1．分析和研討科學(xué)家探索基因的本質(zhì)的過程和方法，領(lǐng)悟模型方法在這些研究中的應(yīng)用。(生命觀念)2．根據(jù)材料分析，概述DNA結(jié)構(gòu)的主要特點。(科學(xué)思維)3．動手制作模型，培養(yǎng)觀察能力、空間想象能力、分析和理解能力。(科學(xué)思維) 基礎(chǔ)知識·雙基夯實 一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1．構(gòu)建者：美國生物學(xué)家__沃森__和英國物理學(xué)家__克里克__。2．構(gòu)建過程：二、DNA的結(jié)構(gòu)1．DNA的結(jié)構(gòu)層次：(1)基本組成元素：__C、H、O、N、P__。(2)組成物質(zhì)：①__磷酸基團__，②__脫氧核糖__，③__含氮堿基__。(3)基本組成單位：④__脫氧核糖核苷酸__，共__4__種。(4)整體結(jié)構(gòu)：由__2__條長鏈反向平行按__雙螺旋__方式盤旋而成。2．DNA的結(jié)構(gòu)特點：(1)基本骨架：由__脫氧核糖__和__磷酸__交替連接組成。(2)內(nèi)側(cè)：堿基之間通過__氫鍵__連接，且遵循__堿基互補配對__原則。根據(jù)此原則寫出各序號代表的堿基種類。⑤：__A__　⑥：__G__　⑦：__C__　⑧：__T__〔活學(xué)巧練〕判斷下列敘述的正誤(1)DNA的兩條核糖核苷酸長鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(　×　)(2)A＋T/G＋C的比值在不同DNA分子中是不同的。(　√　)(3)DNA分子初步水解的產(chǎn)物有4種，徹底水解的產(chǎn)物有5種。(　×　)(4)根據(jù)DNA分子中堿基互補配對原則可知：A＝U，G＝C。(　×　)(5)DNA分子中G—C堿基對含量越高，DNA分子越穩(wěn)定。(　√　)(6)雙鏈DNA分子中一條鏈上的磷酸和核糖是通過氫鍵連接的。(　×　)〔思考〕1．每個DNA片段中，游離的磷酸基團數(shù)是多少？磷酸數(shù)︰脫氧核糖數(shù)︰含氮堿基數(shù)是多少？提示：2個；1︰1︰1。2．為什么DNA分子中G與C堿基所占的比例越高，DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越強？提示：G與C之間有三個氫鍵，而A與T之間只有兩個氫鍵。因此G與C所占比例越大，氫鍵數(shù)目越多，DNA分子的穩(wěn)定性越強。〔學(xué)霸記憶〕1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點：①兩條脫氧核苷酸鏈反向平行；②脫氧核糖和磷酸交替連接，排列于外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；③堿基通過氫鍵連接成堿基對，排列在內(nèi)側(cè)。2．雙鏈DNA分子中，嘌呤堿基數(shù)＝嘧啶堿基數(shù)，即A＋G＝T＋C。3．互補堿基之和的比例在DNA的任何一條鏈及整個DNA分子中都相等。課內(nèi)探究·名師點睛 知識點　DNA的結(jié)構(gòu)及特點 要點歸納　 1．DNA的結(jié)構(gòu)層次[巧學(xué)助記]　DNA結(jié)構(gòu)的“五、四、三、二、一”2．DNA的結(jié)構(gòu)及特點(1)由圖1得到以下信息：①數(shù)量關(guān)系②位置關(guān)系③化學(xué)鍵④DNA初步水解的產(chǎn)物是脫氧核苷酸，徹底水解的產(chǎn)物是磷酸、脫氧核糖和含氮堿基。(2)圖2是圖1的簡化形式，其中①是磷酸二酯鍵，③是氫鍵。 典例剖析　 典例1　(2020·蘇州期中)DNA分子具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，下列有關(guān)敘述錯誤的是(　D　)A．雙螺旋結(jié)構(gòu)由科學(xué)家沃森和克里克提出B．兩條鏈反向平行C．脫氧核糖和磷酸交替排列構(gòu)成基本骨架D．堿基間通過肽鍵構(gòu)成堿基對[解析]　DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)由科學(xué)家沃森和克里克提出，A正確；DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的，B正確；DNA分子中，脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架，排列在外側(cè)，堿基在內(nèi)側(cè)，C正確；堿基間通過氫鍵構(gòu)成堿基對，D錯誤。┃┃變式訓(xùn)練1__■下列關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述，正確的是(　D　)A．每個DNA分子都是以四種脫氧核苷酸為基本單位連接而成的單鏈結(jié)構(gòu)B．DNA分子中的每個磷酸均連接著兩個脫氧核糖和一個堿基C．DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過“—磷酸—脫氧核糖—磷酸—”相連D．雙鏈DNA分子的兩條鏈之間總是嘌呤和嘧啶形成堿基對[解析]　每個DNA分子都是以四種脫氧核苷酸為基本單位連接而成的，一般為雙鏈結(jié)構(gòu)，A錯誤；DNA分子中的大多數(shù)磷酸基團連接著兩個脫氧核糖，只有每條鏈有一個末端的磷酸基團只連接一個脫氧核糖，B錯誤；DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連接，C錯誤；雙鏈DNA分子的兩條鏈之間總是嘌呤和嘧啶形成堿基對，D正確。知識點　制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 要點歸納　 1．制作原理DNA分子由兩條脫氧核苷酸鏈組成，這兩條鏈按照反向平行的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；DNA分子中的磷酸與脫氧核糖交替連接，排列在外側(cè)；兩條鏈的堿基之間依據(jù)堿基互補配對原則通過氫鍵連接成堿基對，排列在內(nèi)側(cè)。2．材料用具曲別針、泡沫塑料、紙片、牙簽、橡皮泥等常用物品都可用做模型制作的材料。3．模型設(shè)計制作過程4．注意事項(1)制作模型時應(yīng)按結(jié)構(gòu)層次從小到大、從簡單到復(fù)雜的順序依次完成。在選擇、修剪各部件時，應(yīng)注意各部件的大小比例。(2)制作含氮堿基時應(yīng)保證腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的接口吻合，鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的接口吻合，且四種堿基的形狀應(yīng)具有差異性，同時兩種配對模型的長度應(yīng)相等，以保證DNA兩條平行鏈之間各處的距離都相等。(3)兩條互補鏈所包含的脫氧核苷酸個數(shù)應(yīng)相等且互相對應(yīng)，整體上兩條鏈的走向應(yīng)保證相反。 典例剖析　 典例2　(2020·江西師大附中考試)用卡片構(gòu)建DNA平面結(jié)構(gòu)模型，所提供的卡片類型和數(shù)量如下表所示，以下說法正確的是(　B　)卡片類型脫氧核糖磷酸堿基ATGC卡片數(shù)量10102332A．最多可構(gòu)建4種脫氧核苷酸，5個堿基對B．構(gòu)成的雙鏈DNA片段最多有10個氫鍵C．DNA中每個脫氧核糖均與1分子磷酸相連D．一條鏈上相鄰的堿基通過氫鍵相連[解析]　根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，代表脫氧核糖、磷酸和含氮堿基的卡片數(shù)分別都是10，所以最多可構(gòu)建10個脫氧核苷酸，根據(jù)堿基種類可推知最多構(gòu)建4種脫氧核苷酸，4個堿基對；構(gòu)成的雙鏈DNA片段中可含2個A—T堿基對和2個G—C堿基對，故最多可含有氫鍵數(shù)＝2×2＋2×3＝10(個)；DNA分子結(jié)構(gòu)中，與脫氧核糖直接連接的一般是2個磷酸，但最末端的脫氧核糖只連接1個磷酸；一條鏈上相鄰的堿基不通過氫鍵相連。┃┃變式訓(xùn)練2__■(2020·河南鄭州模擬)某研究小組用如圖所示的6種卡片、脫氧核糖和磷酸之間的連接物、脫氧核糖和堿基之間的連接物、堿基對之間(代表氫鍵)的連接物若干，成功搭建了一個完整的DNA模型，模型中有4個T和6個G。下列有關(guān)說法正確的是(　C　) A．堿基對之間(代表氫鍵)的連接物有24個B．代表胞嘧啶的卡片有4個C．脫氧核糖和磷酸之間的連接物有38個D．理論上能搭建出410種不同的DNA模型[解析]　DNA中A與T配對，它們之間有2個氫鍵；G與C配對，它們之間有3個氫鍵，則堿基對之間(代表氫鍵)的連接物有4×2＋6×3＝26個，A錯誤。由于DNA中G＝C，模型中有6個G，因此代表胞嘧啶(C)的卡片有6個，B錯誤。該DNA片段中，脫氧核苷酸數(shù)＝脫氧核糖數(shù)＝磷酸數(shù)＝堿基數(shù)＝20，除每條鏈3′端的脫氧核糖需要1個該連接物外，其他的脫氧核糖需要2個該連接物，故該DNA片段需要的脫氧核糖和磷酸之間的連接物有20×2－2＝38個，C正確。該DNA片段在各種堿基比例不確定的情況下，堿基排列方式共有4n＝410種(n為堿基對數(shù))，而該DNA堿基比例已確定，因此理論上能搭建出的DNA模型種類數(shù)少于410種，D錯誤。指點迷津·撥云見日 雙鏈DNA分子中堿基互補配對的相關(guān)計算1．雙鏈DNA分子中，互補堿基兩兩相等，即A＝T、C＝G，且嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。2．雙鏈DNA分子中，任意兩個不互補的堿基之和恒等，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G；并且任意兩個不互補的堿基之和占堿基總量的50%，即(A＋C)%＝(T＋G)%＝50%(A＋T＋C＋G)。3．雙鏈DNA分子中，任意兩個不互補堿基之和的比值：一條鏈與互補鏈互為倒數(shù)，雙鏈中為1。即：4．雙鏈DNA分子中，任意兩個互補堿基之和的比值：一條鏈與互補鏈以及雙鏈中皆相等。即5．某種堿基在雙鏈中所占的比例等于其在每一條鏈中所占比例的平均值。6．不同生物的DNA分子中，互補配對的堿基之和的比值不同，即(A＋T)/(C＋G)的值不同。 知識貼士區(qū)分核酸種類的方法(1)若含T，A≠T或嘌呤≠嘧啶，則為單鏈DNA。因為雙鏈DNA分子中A＝T、G＝C，嘌呤(A＋G)＝嘧啶(T＋C)。(2)若嘌呤≠嘧啶，肯定不是雙鏈DNA(可能為單鏈DNA，也可能為RNA)。但若是細胞中所有核酸的嘌呤≠嘧啶，則可能既有雙鏈DNA又有RNA。典例3　某DNA分子中，胞嘧啶與鳥嘌呤共占堿基總量的46%，其中一條鏈上腺嘌呤占此鏈堿基總數(shù)的28%，則另一條鏈上腺嘌呤占此鏈堿基總數(shù)的比例為(　B　)A．46%　　 B．26%　　C．54%　　 D．24%[解析]　根據(jù)題意畫圖，如圖所示：解題思路一：根據(jù)堿基互補配對原則，列出：(GH＋CH)%＝(GL＋CL)%＝總(G＋C)%，故GL＋CL＝46%。同理，(AH＋TH)%＝(AL＋TL)%＝總(A＋T)%，AL＋TL＝54%，AH＝TL＝28%，故AL＝54%－28%＝26%。解題思路二：假設(shè)這段DNA共包含100對堿基，則H鏈和L鏈各有100個堿基，根據(jù)題意：G＋C＝46%，即G＋C＝200×46%＝92個。則A＋T＝108個，A＝T＝54個。又已知：AH＝28%，即AH＝28個，則AL＝A－AH＝26個，所以AL＝26/100×100%＝26%。知識貼士DNA分子中有關(guān)堿基比例計算的解題步驟解答DNA分子中有關(guān)堿基比例計算的試題時要分三步進行：(1)弄清楚題中已知的和所求的堿基比例是占整個DNA分子堿基的比例，還是占DNA分子一條鏈上堿基的比例。(2)畫一個DNA分子模式圖，并在圖中標出已知和所求的堿基。(3)根據(jù)堿基互補配對原則及其規(guī)律進行計算。教材問題·解疑答惑 問題探討?P48提示：本節(jié)的問題探討主要是培養(yǎng)學(xué)生收集資料、討論交流的能力。思考·討論?P481．(1)提示：兩條鏈，按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)提示：DNA的基本骨架是脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成的，位于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)。(3)提示：腺嘌呤(A)一定與胸腺嘧啶(T)配對，鳥嘌呤(G)一定與胞嘧啶(C)配對。堿基對排列在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。2．提示：要善于利用他人的研究成果和經(jīng)驗；要善于與他人交流和溝通，閃光的思想是在交流與撞擊中獲得的；研究小組成員在知識背景上最好是互補的，對所從事的研究要有興趣和激情等。探究·實踐?P511．提示：DNA雖然只含有4種脫氧核苷酸，但是堿基對的排列順序卻是千變?nèi)f化的。堿基對千變?nèi)f化的排列順序使DNA儲存了大量的遺傳信息。2．提示：(1)靠DNA分子堿基對之間的氫鍵將兩條鏈連在一起；(2)在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，由于堿基對平面之間相互靠近，形成了與堿基對平面垂直方向的相互作用力。3．提示：DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制。練習(xí)與應(yīng)用?P52一、概念檢測1．(1)×　DNA由于堿基互補配對，兩條單鏈堿基數(shù)量相等。但不一定每條單鏈都有A、T、C、G四種堿基。(2)√　DNA由于堿基互補配對，在DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中(A＋G)/(T＋C)＝1。2．胞嘧啶　腺嘌呤　鳥嘌呤　胸腺嘧啶　脫氧核糖　磷酸　(胸腺嘧啶)脫氧核苷酸　堿基對　氫鍵　一條脫氧核苷酸鏈的片段3．C　由DNA的結(jié)構(gòu)特點可知，在雙鏈DNA分子中A＝T，G＝C。由題意可知，該DNA分子含有4種堿基，腺嘌呤的比例是b，因此胸腺嘧啶的比例也是b，b<0.5，A、B錯誤；由題意可知，腺嘌呤a個，占該區(qū)段全部堿基的比例為b，所以該DNA分子的堿基總數(shù)是a/b，因此胞嘧啶C＝(a/b－2a)×1/2＝a(1/2b－1)個，C正確。4．C　按照堿基互補配對原則，A與T，C與G配對，及DNA雙鏈反向平行，即可得出互補鏈的方向與序列。二、拓展應(yīng)用提示：堿基互補配對保證了遺傳信息的傳遞能夠準確進行。 

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第2節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進化》

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