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__沃森__和英國物理學家__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__
〔學霸記憶〕
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。
〔活學巧練〕
判斷下列敘述的正誤
(1)DNA分子中的每個磷酸均與2個脫氧核糖連接。( × )
(2)DNA外側(cè)是由磷酸與脫氧核糖交替連接構(gòu)成基本骨架，內(nèi)部是堿基。( √ )
(3)DNA的兩條鏈等長，但是反向平行。( √ )
(4)DNA的特異性由堿基的數(shù)目及空間結(jié)構(gòu)決定。( × )
(5)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中嘧啶數(shù)不等于嘌呤數(shù)。( × )
(6)不同DNA分子中(A＋G)/(T＋C)的值相同。( √ )
〔思考〕
1．什么是堿基互補配對原則？哪種堿基對的數(shù)量對DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響更大？(生命觀念)
提示：在DNA的內(nèi)部，A總是與T配對，C總是與G配對，堿基之間這種一一對應的關系叫作堿基互補配對原則。由于A與T之間是兩個氫鍵，G與C之間是三個氫鍵，DNA中G—C堿基對越多，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。
2．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。
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分子的結(jié)構(gòu)層次
2．DNA結(jié)構(gòu)的“五、四、三、二、一”
3．DNA結(jié)構(gòu)的三個關系及水解產(chǎn)物
①數(shù)量關系eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a：每個DNA分子片段中，游離磷酸基團有2個,b：脫氧核糖數(shù)＝磷酸數(shù)＝含氮堿基數(shù),c：A—T堿基對有2個氫鍵，G—C堿基對有3個氫鍵))
②位置關系eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a：單鏈中相鄰堿基間通過“—脫氧核糖,—磷酸—脫氧核糖—”連接,b：互補鏈中相鄰堿基間通過氫鍵相連))
③化學鍵eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(氫鍵：連接互補鏈中堿基的化學鍵,磷酸二酯鍵：連接單鏈中相鄰兩個脫氧核,苷酸的化學鍵))
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。
典例剖析
典例1 (2022·山東省臨沂市沂水縣高一期中)圖中圓形、五邊形和方形分別代表磷酸、脫氧核糖和含氮堿基。下列脫氧核苷酸鏈的模型構(gòu)建正確的是( A )
[解析] 相鄰的兩個脫氧核苷酸之間通過磷酸和脫氧核糖之間形成的磷酸二酯鍵連接，A正確。故選A。
變式訓練1
(2022·北京市平谷區(qū)五中高一下學期期中)下列關于DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)主要特點的敘述，正確的是( B )
A．核苷酸通過肽鍵互相連接
B．A與T配對，C與G配對
C．DNA分子的兩條鏈方向相同
D．堿基和磷酸交替排列在內(nèi)側(cè)
[解析] 核苷酸之間通過磷酸二酯鍵相連，A錯誤；堿基互補配對原則中A與T配對，C與G配對，B正確；DNA分子的兩條鏈方向相反，C錯誤；脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，D錯誤。故選B。
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．模型設計制作過程
4．注意事項
(1)制作模型時應按結(jié)構(gòu)層次從小到大、從簡單到復雜的順序依次完成。在選擇、修剪各部件時，應注意各部件的大小比例。
(2)制作含氮堿基時應保證腺嘌呤(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具有差異性，同時兩種配對模型的長度應相等，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)應相等且互相對應，整體上兩條鏈的走向應保證相反。
典例剖析
典例2 (2022·甘肅天水一中高一下期末)某生物興趣小組在構(gòu)建DNA平面結(jié)構(gòu)模型時，所提供的卡片名稱和數(shù)量如表所示，下列說法正確的是( A )
A．最多可構(gòu)建4種脫氧核苷酸，4個脫氧核苷酸對
B．DNA中每個脫氧核糖均只與1分子磷酸相連
C．最多可構(gòu)建44種不同堿基序列的DNA
D．構(gòu)成的雙鏈DNA片段最多有15個氫鍵
[解析] 由表格中卡片數(shù)量分析可知，最多可構(gòu)建4種脫氧核苷酸，4個脫氧核苷酸對，A正確；DNA中絕大多數(shù)脫氧核糖與2分子磷酸相連，只有3′端的脫氧核糖只與1分子磷酸相連，B錯誤；由表格中卡片數(shù)量分析可知，這些卡片可形成2對A—T堿基對，2對C—G堿基對，堿基對種類和數(shù)目確定，因此可構(gòu)建的DNA種類數(shù)少于44種，C錯誤；由表格中卡片數(shù)量分析可知，這些卡片最多可形成2對A—T堿基對，2對C—G堿基對，而A和T之間有2個氫鍵，C和G之間有3個氫鍵，因此構(gòu)成的雙鏈DNA片段最多有10個氫鍵，D錯誤。
變式訓練2
下列表示某同學制作的脫氧核苷酸對模型(表示脫氧核糖、?表示堿基、〇表示磷酸基團)，其中正確的是( D )
[解析] 構(gòu)成脫氧核苷酸對的兩個脫氧核苷酸的方向應是相反的，A錯誤；G與C之間有三個氫鍵，B錯誤；脫氧核苷酸中不含堿基U，C錯誤；DNA兩條鏈反向平行，且A－T之間有2個氫鍵，D正確。
指點迷津·撥云見日
雙鏈DNA分子中堿基互補配對的相關計算
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：
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(一條鏈上：(A＋C)/(T＋G)＝a,互補鏈上：(A＋C)/(T＋G)＝1/a,雙鏈中：(A＋C)/(T＋G)＝1))
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
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(一條鏈上：(A＋T)/(C＋G)＝b,互補鏈上：(A＋T)/(C＋G)＝b,雙鏈中：(A＋T)/(C＋G)＝b))
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分子中有關堿基比例計算的解題步驟
解答DNA分子中有關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)學生收集資料、討論交流的能力。
思考·討論?P48
1．(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?P51
1．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分子的復制方式為半保留復制。
練習與應用?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

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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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