知識點一 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
1．構(gòu)建者
美國生物學家eq \(□,\s\up4(01))沃森和英國物理學家eq \(□,\s\up4(02))克里克。
2．構(gòu)建過程
3．意義：是劃時代的偉大發(fā)現(xiàn)，在生物學的發(fā)展中具有里程碑式的意義。
eq \a\vs4\al(問題探究) DNA的結(jié)構(gòu)模型屬于什么模型？
提示：物理模型。
[例] 下列關(guān)于在DNA結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建相關(guān)的說法中，錯誤的是( )
A．威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的電子顯微鏡圖像
B．沃森和克里克提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
C．研究DNA結(jié)構(gòu)常用的方法是X射線晶體衍射法
D．查哥夫發(fā)現(xiàn)堿基A的量等于T的量、C的量等于G的量
解題分析 在DNA結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面，威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的衍射圖譜，A錯誤。
答案 A
知識點二 DNA的結(jié)構(gòu)
1．組成元素：eq \(□,\s\up4(01))C、H、O、N、P。
2．基本單位：eq \(□,\s\up4(02))脫氧核苷酸(4種)。
(1)組成：每個脫氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脫氧核糖、一分子eq \(□,\s\up4(03))含氮堿基構(gòu)成，共有四種堿基，分別為Aeq \(□,\s\up4(04))腺嘌呤、Teq \(□,\s\up4(05))胸腺嘧啶、Geq \(□,\s\up4(06))鳥嘌呤、Ceq \(□,\s\up4(07))胞嘧啶。
(2)結(jié)構(gòu)簡式
脫氧核糖上與堿基相連的碳叫作eq \(□,\s\up4(08))1′－C，與磷酸基團相連的碳叫作eq \(□,\s\up4(09))5′－C。
3．DNA結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)。
(1)DNA結(jié)構(gòu)圖
DNA的一條單鏈具有eq \(□,\s\up4(10))兩個末端，一端有一個游離的eq \(□,\s\up4(11))磷酸基團，這一端稱作5′－端，另一端有一個羥基(—OH)，稱作3′－端。DNA的兩條單鏈走向eq \(□,\s\up4(12))相反，從雙鏈的一端起始，一條單鏈是從eq \(□,\s\up4(13))5′－端到3′－端的，另一條單鏈則是從eq \(□,\s\up4(14))3′－端到5′－端的。
(2)結(jié)構(gòu)特點
①DNA是由eq \(□,\s\up4(15))兩條鏈組成的，這兩條鏈按eq \(□,\s\up4(16))反向平行方式盤旋成eq \(□,\s\up4(17))雙螺旋結(jié)構(gòu)。
②DNA中的eq \(□,\s\up4(18))磷酸和eq \(□,\s\up4(19))脫氧核糖交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成eq \(□,\s\up4(20))基本骨架，eq \(□,\s\up4(21))堿基排列在內(nèi)側(cè)。
③兩條鏈上的堿基通過eq \(□,\s\up4(22))氫鍵連接成堿基對。堿基配對的規(guī)律是：eq \(□,\s\up4(23))A與T配對，eq \(□,\s\up4(24))G與C配對。堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系，叫作eq \(□,\s\up4(25))堿基互補配對原則。
eq \a\vs4\al(問題探究) 在雙鏈DNA中，一個磷酸與幾個脫氧核糖相連？一個脫氧核糖與幾個磷酸相連？
提示：一個或兩個；一個或兩個。
eq \a\vs4\al(問題探究) 一條脫氧核苷酸鏈上相鄰的兩個堿基通過什么相連？
提示：脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖。
eq \a\vs4\al(問題探究) 兩條鏈的堿基通過什么相連？該片段中有幾個游離的磷酸基團？
提示：氫鍵；2個。
eq \a\vs4\al(問題探究) 一條DNA單鏈的序列是5′－CAGTAC－3′，那么它的互補鏈的序列是什么？
提示：5′－GTACTG－3′。
eq \a\vs4\al(知識拓展) 涉及到的基本骨架或基本支架有
(1)有機大分子：碳鏈。
(2)細胞骨架：蛋白質(zhì)纖維。
(3)細胞膜基本支架：磷脂雙分子層。
(4)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)基本骨架：脫氧核糖和磷酸交替連接。
[例1] 如圖是4位同學拼制的DNA部分平面結(jié)構(gòu)模型，正確的是( )
解題分析 一個脫氧核苷酸的磷酸基團與堿基分別連在脫氧核糖的5′－C和7′－C上。脫氧核苷酸之間的連接方式是一個脫氧核苷酸的磷酸和另一個脫氧核苷酸的脫氧核糖的3′－C連接。
答案 C
[例2] 下面對DNA結(jié)構(gòu)的敘述中，錯誤的一項是( )
A．DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)
B．DNA中的兩條鏈反向平行
C．DNA中氫鍵數(shù)目和堿基數(shù)目一定相等
D．DNA中在兩條鏈的5′－端具有2個游離的磷酸基團
解題分析 在DNA中，脫氧核糖與磷酸交替連接，排列在DNA外側(cè)，共同構(gòu)成DNA的基本骨架，A正確；DNA兩條鏈反向平行，B正確；A—T間是2個氫鍵，G—C間是3個氫鍵，氫鍵數(shù)目和堿基數(shù)目不相等，C錯誤；DNA一條鏈的5′－端具有游離的磷酸基團，DNA由兩條反向平行的鏈構(gòu)成，因此具有兩個游離的磷酸基團，D正確。
答案 C
技法提升
“三看法”判斷DNA結(jié)構(gòu)的正誤
一看基本骨架的成鍵位置是否正確，正確的成鍵位置在一分子脫氧核苷酸的5號碳原子上的磷酸基團與相鄰核苷酸的脫氧核糖的3號碳原子之間；
二看兩條鏈是否反向平行；
三看內(nèi)側(cè)堿基之間配對是否遵循堿基互補配對原則。
知識點三 制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型及DNA相關(guān)計算
1．制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
(1)組裝“脫氧核苷酸模型”：利用材料制作若干個eq \(□,\s\up4(01))脫氧核糖、磷酸和堿基，組裝成若干個脫氧核苷酸。
(2)制作“多核苷酸長鏈模型”：將若干個脫氧核苷酸依次穿起來，組成兩條多核苷酸長鏈。注意兩條長鏈的單核苷酸數(shù)目必須eq \(□,\s\up4(02))相等，堿基之間能夠eq \(□,\s\up4(03))互補配對。
(3)制作DNA平面結(jié)構(gòu)模型：按照eq \(□,\s\up4(04))堿基互補配對的原則，將兩條多核苷酸長鏈互相連接起來，注意兩條鏈的方向eq \(□,\s\up4(05))相反。
(4)制作DNA的立體結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu))模型：把DNA平面結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，即可得到一個DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
2．DNA相關(guān)計算
分析上圖可得出以下規(guī)律
(1)DNA雙鏈中互補的兩個堿基數(shù)量eq \(□,\s\up4(06))相等，即A＝T，C＝eq \(□,\s\up4(07))G。
(2)DNA雙鏈中，兩個不互補的堿基之和比值eq \(□,\s\up4(08))相等，并為堿基總數(shù)的eq \(□,\s\up4(09))eq \f(1,2)，即(A＋G)/(A＋G＋T＋C)＝(T＋C)/(A＋G＋T＋C)＝(A＋C)/(A＋G＋T＋C)＝(T＋G)/(A＋G＋T＋C)＝eq \(□,\s\up4(10))eq \f(1,2)。
(3)一條鏈中互補的兩堿基的和占該單鏈的比eq \(□,\s\up4(11))等于其互補鏈中這兩堿基占互補鏈的比，eq \(□,\s\up4(12))等于DNA雙鏈中這兩種堿基的和占堿基總數(shù)的比例，即eq \f(A1＋T1,A1＋T1＋C1＋G1)＝eq \f(A2＋T2,A2＋T2＋C2＋G2)＝eq \f(A＋T,A＋T＋C＋G)，
eq \f(C1＋G1,A1＋T1＋C1＋G1)＝eq \f(C2＋G2,A2＋T2＋C2＋G2)＝eq \f(C＋G,A＋T＋C＋G)。
(4)若一條鏈中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝K，則另一條鏈中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝eq \(□,\s\up4(13))eq \f(1,K)。
(5)不同DNA，eq \f(A＋T,G＋C)值不同。
eq \a\vs4\al(問題探究) DNA中，以下堿基關(guān)系哪些是一定成立的？
①A1＝T1、A2＝T2、C1＝G1、C2＝G2
②A1＝T2、A2＝T1、C1＝G2、C2＝G1
③A＝T、C＝G ④eq \f(A1＋T1,C1＋G1)＝eq \f(A2＋T2,C2＋G2)＝eq \f(A＋T,C＋G) ⑤A＋T＝C＋G ⑥eq \f(A1＋G1,T1＋C1)＝eq \f(T2＋C2,A2＋G2)＝eq \f(A＋G,T＋C) ⑦A＋G＝T＋C
提示：②③④⑦。
[例1] 某基因含有腺嘌呤的分子數(shù)為15%，含胞嘧啶的分子數(shù)為( )
A．15% B．35% C．70% D．85%
解題分析 DNA中，任意兩個不互補的堿基之和占堿基總數(shù)的50%，即A＋C＝50%，A＝15%，所以C＝35%。
答案 B
[例2] 一條雙鏈DNA，G和C占全部堿基的44%，其中一條鏈的堿基中，26%是A,20%是C，那么其互補鏈中的A和C分別占該鏈全部堿基的百分比是( )
A．28%和22% B．30%和24%
C．26%和20% D．24%和30%
解題分析 由eq \f(G＋C,A＋T＋C＋G)＝44%推出eq \f(G1＋C1,A1＋T1＋C1＋G1)＝44%，又因為A1＝26%，C1＝20%，推出G1＝44%－20%＝24%，T1＝1－44%－26%＝30%，則A2＝T1＝30%，C2＝G1＝24%。
答案 B
[例3] DNA的一條單鏈中(A＋G)/(T＋C)＝0.4。上述比例在其互補單鏈和整個DNA中分別為( )
A．0.4、0.6 B．2.5、1.0 C．0.4、0.4 D．0.6、1.0
解題分析 根據(jù)堿基互補配對原則，在整個DNA中，因為A＝T、G＝C，所以(A＋G)/(T＋C)比值為1.0。在雙鏈DNA中，一條鏈上的(A＋G)/(T＋C)與另一條鏈上(A＋G)/(T＋C)互為倒數(shù)，因而互補鏈中(A＋G)/(T＋C)＝2.5。
答案 B
技法提升
解答堿基計算題目的三個步驟
第一步：搞清題中所給出的堿基數(shù)或堿基數(shù)的和是占單鏈的比例還是雙鏈的比例，所求的是占整個DNA的比例還是占其中一條鏈的比例。
第二步：畫出一個DNA模式圖，并在圖中標出已知和所求的堿基。
第三步：根據(jù)堿基互補配對原則及有關(guān)規(guī)律進行計算。
1．有一對氫鍵連接的脫氧核苷酸，已知它的結(jié)構(gòu)中有一個腺嘌呤，則它的其他組成應(yīng)是( )
A．三個磷酸、三個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶
B．兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個胞嘧啶
C．兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶
D．兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個尿嘧啶
答案 C
解析 據(jù)堿基互補配對原則可知，另一個堿基為T，兩個脫氧核苷酸含有兩個磷酸和兩個脫氧核糖。
2．已知1個DNA中有4000個堿基對，其中胞嘧啶有2200個，這個DNA中應(yīng)含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是( )
A．4000個和900個 B．4000個和1800個
C．8000個和1800個 D．8000個和3600個
答案 C
解析 每個脫氧核苷酸含有一個堿基，有4000個堿基對，所以含有8000個脫氧核苷酸。雙鏈DNA中，不互補的兩種堿基之和占全部堿基總數(shù)的50%，即A＋C＝4000，故A＝1800。
3．如圖所示為DNA的某一片段，下列相關(guān)敘述正確的是( )
A．構(gòu)成DNA的基本單位是⑦
B．DNA中⑤相對含量越多越穩(wěn)定
C．圖中④的種類由③決定，共有5種
D．⑥構(gòu)成DNA的基本骨架
答案 B
解析 圖中⑦是脫氧核苷酸鏈，構(gòu)成DNA的基本單位是脫氧核苷酸，應(yīng)是④，A錯誤；⑤表示堿基之間的氫鍵，DNA中其相對含量越多越穩(wěn)定，B正確；圖中④是脫氧核苷酸，其種類由③堿基決定，共有A、G、C、T四種，C錯誤；⑥是堿基對，脫氧核糖②和磷酸①交替連接構(gòu)成DNA的基本骨架，D錯誤。
4．如圖表示某大腸桿菌DNA結(jié)構(gòu)的片段，請據(jù)圖回答：
(1)圖中1表示________，2表示________。1、2、3結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)叫__________________。
(2)3有________種，中文名稱分別是______________。
(3)DNA中3與4是通過________連接起來的。
(4)DNA被徹底氧化分解后，能產(chǎn)生含N廢物的是________。
(5)脫氧核苷酸中，磷酸基團和堿基分別連在脫氧核糖的________和__________________上。
答案 (1)磷酸 脫氧核糖 脫氧核糖核苷酸
(2)兩 鳥嘌呤、胞嘧啶
(3)氫鍵 (4)含氮堿基
(5)5′－C 1′－C
解析 圖示為DNA片段，1代表磷酸基團，2是脫氧核糖，3、4代表含氮堿基。兩條鏈之間通過堿基對間的氫鍵相連。

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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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