知識梳理·填準(zhǔn)記牢——自主·預(yù)習(xí)·先知一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1．構(gòu)建者：____________。2．構(gòu)建過程
3．新模型的特點(diǎn)及意義(1)特點(diǎn)：A—T堿基對與G—C堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有__________。(2)意義①能解釋___________的數(shù)量關(guān)系。②能解釋DNA的____。③模型與X射線衍射照片完全相符。
二、DNA的結(jié)構(gòu)1．結(jié)構(gòu)圖示
知識應(yīng)用·強(qiáng)化落實(shí)——效果·檢測·定向判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)1．沃森和克里克在構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型過程中，堿基配對方式經(jīng)歷了相同堿基配對到嘌呤與嘧啶配對的過程。(　　)2．組成DNA分子的基本單位是4種脫氧核苷酸，其中所含的堿基是A、U、G、C。(　　)
提示：×　U(尿嘧啶)只在RNA中含有，DNA中特有的是T(胸腺嘧啶)。
3．在DNA中一定存在如下關(guān)系：C＝T，A＝G。(　　)4．雙鏈DNA中的每個磷酸都與2個五碳糖連接。(　　)
提示：×　在DNA分子雙鏈上，A和T配對，C與G配對，一定存在的關(guān)系：A＝T，G＝C。
提示：×　雙鏈DNA中大多數(shù)磷酸與2個五碳糖連接，但位于末端的磷酸只與1個五碳糖連接。
課程標(biāo)準(zhǔn)概述DNA是由四種脫氧核苷酸構(gòu)成，通常由兩條堿基互補(bǔ)配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，堿基的排列順序編碼了遺傳信息搜集DNA結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料并進(jìn)行討論和交流制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
素養(yǎng)達(dá)成1.了解科學(xué)家構(gòu)建模型的研究歷程，領(lǐng)悟模型建構(gòu)在研究中的應(yīng)用，體會持之以恒的科學(xué)精神。(社會責(zé)任)2．通過動手制作模型，培養(yǎng)觀察能力、動手能力及空間想象能力等，形成結(jié)構(gòu)與功能觀。(科學(xué)探究)3．理解并掌握DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，掌握有關(guān)的計(jì)算規(guī)律。(科學(xué)思維)
你知道冷泉港實(shí)驗(yàn)室嗎？美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室被譽(yù)為世界生命科學(xué)的圣地與分子生物學(xué)的搖籃，如今約有300位研究人員在冷泉港實(shí)驗(yàn)室從事科研工作。曾任冷泉港實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的沃森是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者之一，諾貝爾獎得主。請思考：沃森發(fā)現(xiàn)的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)與圖中的結(jié)構(gòu)一樣嗎？
學(xué)習(xí)主題一　DNA的結(jié)構(gòu)任務(wù)一　仔細(xì)閱讀教材P48～49沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過程，探究下列問題：1．DNA的兩條單鏈?zhǔn)怯晌挥趦?nèi)側(cè)的堿基連接而成還是由“脫氧核糖—磷酸”的基本骨架連接而成？請結(jié)合以下資料，判斷模型1、模型2中哪一個是科學(xué)的？資料一　嘌呤和嘧啶堿基具有疏水性，脫氧核糖和磷酸具有親水性。資料二　生物膜的流動鑲嵌模型請判斷：在科學(xué)的模型下畫“√”，反之畫“×”。?
2．兩條鏈中的堿基排列在內(nèi)側(cè)，是相同的堿基兩兩相連嗎？請結(jié)合以下資料進(jìn)行分析：資料三　DNA螺旋的直徑是固定的，均為2 nm。資料四　嘌呤和嘧啶的分子結(jié)構(gòu)圖結(jié)論：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?！　　　　　　　　　　　?br/>提示：不是相同的堿基兩兩相連，應(yīng)是嘌呤與嘧啶相連
任務(wù)二　請根據(jù)查哥夫堿基數(shù)據(jù)表猜測應(yīng)是哪兩種堿基配對？
結(jié)論：　　　　　　　　　　　　　　　　。
A與T配對，G與C配對
1.DNA分子的結(jié)構(gòu)層次
2．DNA的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)(1)DNA單鏈：脫氧核苷酸分子連接成脫氧核苷酸鏈(如上圖)。(2)DNA雙鏈：兩條脫氧核苷酸單鏈以氫鍵相連形成(如上圖)。
①數(shù)量關(guān)系a：每個DNA分子片段中，游離磷酸基團(tuán)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(guān)系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(bǔ)鏈中相鄰堿基間通過氫鍵相連。③化學(xué)鍵氫鍵：連接互補(bǔ)鏈中相鄰堿基的化學(xué)鍵。磷酸二酯鍵：連接單鏈中相鄰兩個脫氧核苷酸的化學(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。
【重點(diǎn)筆記】1．利用數(shù)字“五、四、三、二、一”巧記DNA分子的結(jié)構(gòu)五種元素：C、H、O、N、P。四種堿基：A、G、C、T。三種小分子：脫氧核糖、磷酸、堿基。二條長鏈：脫氧核苷酸雙鏈。一種空間結(jié)構(gòu)：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。2．“三看法”判斷DNA結(jié)構(gòu)一看：每條鏈成鍵位置是否正確，正確的成鍵位置在一分子脫氧核苷酸的脫氧核糖的5號碳原子上的磷酸基團(tuán)與相鄰脫氧核苷酸的脫氧核糖的3號碳原子之間。二看：兩條單鏈?zhǔn)欠穹聪蚱叫小Ｈ矗簤A基之間是否遵循堿基互補(bǔ)配對原則。
1．(合格考)在DNA的一條單鏈中，相鄰的堿基A與T是通過下列哪種結(jié)構(gòu)連接起來的(　　)A．氫鍵B．—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—C．肽鍵D．—磷酸—脫氧核糖—磷酸—
解析：在DNA的一條單鏈中，相鄰堿基之間的連接是脫氧核苷酸之間的連接，故相鄰的堿基A與T之間是通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”彼此連接起來的。
2．(合格考)組成DNA的五碳糖、含氮堿基、脫氧核苷酸的種類數(shù)依次是(　　)A．1、2、4 B．2、4、4C．1、4、4 D．2、4、8
解析：組成DNA的五碳糖、含氮堿基、脫氧核苷酸的種類數(shù)依次是1、4、4。
3．(等級考)DNA指紋法在案件偵破工作中有著重要作用，從案發(fā)現(xiàn)場提取DNA樣品，可為案件偵破提供證據(jù)，其中的生物學(xué)原理是(　　)A．不同人體內(nèi)的DNA所含的堿基種類不同B．不同人體內(nèi)的DNA所含的五碳糖和磷酸不同C.不同人體內(nèi)的DNA的空間結(jié)構(gòu)不同D．不同人體內(nèi)的DNA所含的脫氧核苷酸排列順序不同
解析：該DNA含有四種堿基，且A與T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵，因此與⑤有關(guān)的堿基對一定是A—T，與③有關(guān)的堿基對一定是G—C，但無法確定③⑤具體是哪一種堿基。DNA的基本骨架是由磷酸和脫氧核糖交替連接構(gòu)成的，應(yīng)為圖中的①②。①中特有的元素是P，③中特有的元素是N，而C并不是②所特有的，③中也含有C。
4．(等級考)(不定項(xiàng))下面為含有四種堿基的DNA的結(jié)構(gòu)示意圖，對該圖描述正確的是(　　)A．③有可能是堿基AB．②和①相間排列，構(gòu)成DNA分子的基本骨架C．①②③中特有的元素分別是P、C和ND．與⑤有關(guān)的堿基對一定是A—T
學(xué)習(xí)主題二　制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型及堿基比率的計(jì)算任務(wù)一　以下為某同學(xué)制作的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，請找出圖中的錯誤有幾處？分別是什么？
提示：4處；核糖應(yīng)是脫氧核糖、堿基U應(yīng)為T、磷酸二酯鍵的連接位置及C、G間氫鍵數(shù)錯誤。
任務(wù)二　結(jié)合DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)思考下列問題：1．為什么DNA中嘌呤和嘧啶數(shù)量相等？
提示：堿基互補(bǔ)配對原則中，A總是和T配對，G總是和C配對，所以A＝T，G＝C，A＋G＝C＋T。
2．為什么“A＋T”或“G＋C”在整個雙鏈上所占的比例與在每一條單鏈上所占的比例相等？
提示：設(shè)在雙鏈DNA中的一條鏈上A1＋T1＝n%，因?yàn)锳1＝T2，T1＝A2，所以另一條鏈上：T2＋A2＝n%，整個DNA中：A＋T＝n%。
4．DNA中共有4種類型的堿基對，若某個DNA具有n個堿基對，則該DNA可能有多少種排列方式？
5．運(yùn)用堿基互補(bǔ)配對原則分析，在所有的雙鏈DNA中，(A＋G)/(C＋T)的值相同嗎？在DNA的一條鏈中是否存在同樣的規(guī)律？?
提示：①相同。在雙鏈DNA中，由于A＝T，G＝C，所以嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)，即A＋G＝T＋C，可得(A＋G)/(T＋C)＝1，因此雙鏈DNA中(A＋G)/(T＋C)的值相同。②在單鏈DNA中不存在同樣的規(guī)律，因?yàn)锳與T，G與C不一定相等。
6．DNA的兩條鏈之間，哪些比例是相等的？哪些比例互為倒數(shù)？
【重點(diǎn)筆記】1．三步解決DNA中有關(guān)堿基比例的計(jì)算第一步：搞清題中已知的和所求的堿基比例是占整個DNA堿基的比例，還是占DNA一條鏈上堿基的比例。第二步：畫一個DNA模式圖，并在圖中標(biāo)出已知的和所求的堿基。第三步：根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則及其規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。2.堿基數(shù)量計(jì)算的兩個易錯點(diǎn)(1)看清單雙鏈：所求的堿基占單鏈中的比例還是雙鏈中的比例。(2)看清“個”或“對”：題干中給出的數(shù)量是多少“對”堿基還是多少“個”堿基。
3．關(guān)于堿基含量計(jì)算的“兩點(diǎn)兩法”(1)“兩點(diǎn)”為兩個基本點(diǎn)。①A與T配對，G與C配對(A—T，G—C)。②雙鏈DNA中，嘌呤總數(shù)＝嘧啶總數(shù)＝1/2堿基總數(shù)(A＋G＝T＋C)。(2)“兩法”為雙鏈法和設(shè)定系數(shù)法。①用兩條直線表示DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)即雙鏈法。②設(shè)定系數(shù)法即設(shè)定一個系數(shù)來表示堿基的總數(shù)或堿基的數(shù)目。
1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)制作流程(1)制作脫氧核苷酸模型按照每個脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)組成，挑選模型零件，組裝成若干個脫氧核苷酸。(2)制作脫氧核苷酸長鏈模型按照一定的堿基排列順序，將若干個脫氧核苷酸依次連起來，組成一條脫氧核苷酸長鏈。在組裝另一條脫氧核苷酸長鏈時，方法相同，但要注意兩點(diǎn)：一是兩條長鏈的脫氧核苷酸數(shù)目必須相同；二是兩條長鏈并排時，必須保證堿基之間能夠相互配對，不能隨意組裝。(3)制作DNA平面結(jié)構(gòu)模型按照堿基互補(bǔ)配對原則，將兩條脫氧核苷酸長鏈連接起來。(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)一下，即可得到DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
2．堿基互補(bǔ)配對原則A－T，G－C，如圖所示：3．有關(guān)推論(1)規(guī)律一：一個雙鏈DNA中，A＝T、C＝G，則A＋G＝C＋T，即“嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)”。注意：一個雙鏈DNA中，A＋T與C＋G不一定相等，而且一般都不相等。
4．雙鏈DNA中堿基數(shù)量關(guān)系的歸納(1)堿基互補(bǔ)配對原則的應(yīng)用：在雙鏈DNA中，四種堿基的比例和為1。(2)A＝T，C＝G，A＋G＝C＋T＝A＋C＝G＋T＝總堿基數(shù)的1/2。(3)互補(bǔ)堿基之和的比值[(A＋T)/(C＋G)]在已知鏈、互補(bǔ)鏈和整個DNA分子中相等；非互補(bǔ)堿基之和的比值[如(A＋C)/(T＋G)]在已知鏈與互補(bǔ)鏈間互為倒數(shù)，在整個DNA分子中該比值為1。(4)在一個雙鏈DNA中，某種堿基的比例等于其在每條鏈上所占比例的平均值。
1．(合格考)構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時，下列“部件”之間連接正確的是(　　)
解析：兩個脫氧核苷酸之間連接的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵，不在磷酸基團(tuán)和磷酸基團(tuán)之間，故A錯誤、B正確；脫氧核苷酸中間是脫氧核糖，磷酸基團(tuán)和堿基在脫氧核糖的兩側(cè)，故C、D錯誤。
2．(合格考)某雙鏈DNA一條鏈上(A＋T)/(G＋C)的值為0.3，則在整個DNA中A∶T∶G∶C為(　　)A．1∶1∶1∶1 B．2∶2∶3∶3C．3∶3∶10∶10 D．10∶10∶3∶3
解析：某雙鏈DNA一條鏈上(A＋T)/(G＋C)的值為0.3，則另一條鏈上(A＋T)/(G＋C)的值也為0.3。又因A＝T、C＝G，故在整個DNA中A∶T∶G∶C＝3∶3∶10∶10，C正確。
3．(合格考)甲生物核酸的堿基組成為嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遺傳物質(zhì)的堿基組成為嘌呤占34%、嘧啶占66%，則甲、乙生物可能是(　　)A．發(fā)菜、變形蟲 B．玉米、T2噬菌體C．硝化細(xì)菌、綿羊 D．乳酸菌、SARS病毒
解析：甲生物核酸的堿基組成中嘌呤數(shù)不等于嘧啶數(shù)，可能是含有DNA和RNA，也可能是只含有RNA一種核酸；乙生物遺傳物質(zhì)的堿基組成中嘌呤數(shù)不等于嘧啶數(shù)，說明只含有RNA，而上述答案中，只有D中SARS病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。
4．(等級考)(不定項(xiàng))下列有關(guān)DNA的一條單鏈與其所在DNA中、一條單鏈與其互補(bǔ)鏈中堿基數(shù)目比值的關(guān)系圖，正確的是(　　)
解析：雙鏈DNA中，（A＋C）/（T＋G）一定等于1，故A正確；在DNA中，存在（A1＋T1）/（G1＋C1）＝（A2＋T2）/（G2＋C2）＝（A＋T）/（G＋C），故B、D正確；當(dāng)一條鏈中存在（A1＋C1）/（T1＋G1）＝0.5時，其互補(bǔ)鏈中存在（A2＋C2）/（T2＋G2）＝（T1＋G1）/（A1＋C1）＝2，C錯誤。
主干落實(shí)1.DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)(1)兩條鏈反向平行。(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中，嘌呤堿基數(shù)＝嘧啶堿基數(shù)，即A＋G＝T＋C。3．互補(bǔ)堿基之和的比例在DNA的任何一條鏈及整個DNA中都相等。4．在DNA中，含G—C堿基對越多的DNA相對越穩(wěn)定。5．非互補(bǔ)堿基之和的比例在兩條互補(bǔ)鏈中互為倒數(shù)，而在整個DNA中比值為1。
1.在雙鏈DNA中，與腺嘌呤配對的堿基是(　　)A．胸腺嘧啶　　　B．胞嘧啶C．尿嘧啶 D．鳥嘌呤
解析：腺嘌呤是堿基A，與之配對的是胸腺嘧啶T。
2．下列有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)的敘述，正確的是(　　)A．基本組成單位是核糖核苷酸B．磷酸和五碳糖排列在內(nèi)側(cè)C．堿基對構(gòu)成DNA的基本骨架D．具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)
解析：DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，A錯誤；磷酸和五碳糖交替連接排列在外側(cè)，堿基對排列在內(nèi)側(cè)，B錯誤；DNA的基本骨架是由磷酸和脫氧核糖交替連接形成的，C錯誤；DNA由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成，形成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，D正確。
3．1953年，沃森和克里克構(gòu)建了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，其重要意義在于(　　)①證明DNA是遺傳物質(zhì)?、诖_定DNA是染色體的組成成分?、郯l(fā)現(xiàn)DNA如何存儲遺傳信息?、芙忉孉、T、G、C的數(shù)量關(guān)系A(chǔ)．①③ B．②③C．②④ D．③④
解析：在沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型之前，就已經(jīng)明確了染色體的組成成分；艾弗里等人通過大量的生物實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)，①②錯誤。
4．如圖為某同學(xué)在學(xué)習(xí)DNA的結(jié)構(gòu)后畫的含有兩個堿基對的DNA片段(“○”代表磷酸)，下列為幾位同學(xué)對此圖的評價，敘述正確的是(　　)A．甲說：“物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)上沒有錯誤”B．乙說：“只有一處錯誤，就是U應(yīng)改為T”C．丙說：“至少有三處錯誤，其中核糖應(yīng)改為脫氧核糖”D．丁說：“如果他畫的是RNA雙鏈，則該圖應(yīng)是正確的”
解析：DNA中含有的五碳糖應(yīng)為脫氧核糖，而不是核糖；DNA中不含堿基U，含堿基T；C和G間的氫鍵應(yīng)為3個；一條單鏈上兩個相鄰脫氧核苷酸之間的連接方式不正確，應(yīng)是一個脫氧核苷酸的脫氧核糖與另一個脫氧核苷酸的磷酸連接。
5．DNA由反向平行的兩條脫氧核苷酸長鏈組成。如果DNA的一條鏈上某堿基序列是5′-AGCTGCG-3′，則另一條鏈與之配對的部分是(　　)A．5′-CGCAGCT-3′B．5′-TCGACGC-3′C．5′-AGCTGCG-3′D．5′-GCGTCGA-3′
6．假設(shè)一個DNA片段中，堿基T共312個，占全部堿基的26%，則此DNA片段中堿基G所占百分比和數(shù)目分別是(　　)A．26%，312個 B．24%，288個C．24%，298個 D．12%，144個
7．如圖表示某DNA片段，有關(guān)該圖的敘述正確的是：
(1)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的基本骨架是____和____(填序號)交替排列而成。②③④形成___________________。(2)④⑤之間的鍵是_______，能破壞該鍵的是________酶。(3)該DNA片段由_____條____向平行鏈組成，A＋C占全部堿基的比例是________。
解析：(1)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的基本骨架是由磷酸和脫氧核糖交替連接形成；②為磷酸基團(tuán)，③為脫氧核糖，④為胞嘧啶，②③④形成胞嘧啶脫氧核糖核苷酸。(2)④為胞嘧啶，⑤為鳥嘌呤，④⑤構(gòu)成一對堿基對，堿基對靠氫鍵連接；解旋酶能作用氫鍵，使得DNA分子雙螺旋解開，因此能破壞氫鍵的是解旋酶。(3)DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，因此該DNA片段由兩條反向平行鏈組成，DNA片段中堿基互補(bǔ)配對，A＝T，G＝C，因此A＋C占全部堿基的比例是1/2。
教材第48頁?【問題探討】提示：本節(jié)的問題探討主要是培養(yǎng)收集資料、討論交流的能力。教材第48～49頁?【思考·討論】1．(1)兩條鏈。DNA的兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)DNA中脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)構(gòu)成基本骨架。(3)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。堿基排列在內(nèi)側(cè)。2．提示：要善于利用他人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)；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；對所從事的研究要有興趣和激情等。
教材第51頁?【探究·實(shí)踐】1．提示：DNA雖然只含有4種脫氧核苷酸，但是堿基的排列順序卻是千變?nèi)f化的。堿基千變?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堿基對之間的氫鍵維系兩條鏈的偶聯(lián)；(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．開放性試題，答案合理即可。

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》電子課本

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(jìn)化》

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