高中必修二《第2节 DNA的结构》优质课教案教学设计.docx
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高中必修二《第2节DNA的结构》优质课教案教学设计
第2节 DNA的结构
1．总结DNA结构的主要特点，初步形成遗传物质结构与功能相统一的观点。
（生命观念） 2.尝试制作DNA分子的双螺旋结构模型，领悟模型方法在科学研究中的作用。
（科学探究）
一、DNA双螺旋结构模型的构建
二、DNA的结构
1．双螺旋结构的特点
（1）DNA是由两条链构成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
碱基配对具有一定的规律：
A一定与T配对，G一定与C配对。
碱基之间这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。
2．写出下图中各部分的名称
①胸腺嘧啶（T）；②脱氧核糖；③磷酸；④碱基对；⑤腺嘌呤（A）；⑥鸟嘌呤（G）；⑦胞嘧啶。
三、制作DNA双螺旋结构模型
1．目的要求
（1）通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
（2）进一步理解和掌握DNA的结构。
（3）理解碱基互补配对原则。
2．材料用具：
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等常用物品，都可用作模型制作的材料。
3．制作DNA双螺旋模型。
知识点一 DNA的结构剖析
1．利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA的结构
2．解读DNA结构模型的三个关键
（1）
（2）
（3）
3．DNA的特性
（1）特异性：
每种DNA都有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
（2）稳定性：
①DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；②两条链间碱基互补配对的方式不变。
（3）多样性：
不同DNA中脱氧核苷酸的数量不同，排列顺序多种多样。
n个碱基对构成的DNA分子中，排列顺序有4n种。
1．（2019·滨州高一检测）下列关于DNA结构的叙述，不正确的是（ ）
A．每个DNA中通常都含有四种脱氧核苷酸
B．DNA的两条链反向平行
C．DNA两条链上的碱基以氢键相连，A与T配对，G与C配对，且A—T之间有两个氢键
D．每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基
解析：
选D。
通常情况下，DNA分子中每个脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基，位于两条链两端的脱氧核糖连接着一个磷酸和一个碱基，D错误。
2．下图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是（ ）
A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或b
B．图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个
C．相邻脱氧核苷酸之间通过化学键②连接起来
D．从碱基上看，缺少的碱基是T
解析：
选A。
题图中只有a表示的是一个完整的脱氧核苷酸，A错误；题图中与五碳糖直接相连的碱基只有1个，B正确；②表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸通过此键相连接，C正确；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T，D正确。
知识点二 DNA中的相关计算
结合DNA双螺旋结构模型的特点，归纳DNA中的有关计算规律。
1．以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系
（1）A、T、G、C的关系：
A＝T，G＝C。
（2）非互补碱基和之比：
（A＋G）/（T＋C）＝（A＋C）/（T＋G）＝1。
结论：
DNA中非互补碱基之和相等。
2．以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系
（1）A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。
（2）若1链中（A1＋G1）/（T1＋C1）＝m，则2链中（A2＋G2）/（T2＋C2）＝1/m。
结论：
两链间非互补碱基和之比互为倒数。
3．DNA双链和单链中碱基数量的关系
（1）若双链DNA中的一条链上A1＋T1＝n%，则
⇒A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝
＝
＝n%。
结论：
在同一DNA中，单链中某互补碱基之和所占的比例与双链中该互补碱基之和所占的比例相等。
（2）若1链中A1所占比例为X1，2链中A2所占比例为X2，则整个DNA中A所占比例为（X1＋X2）/2。
结论：
某碱基占双链DNA碱基总数的比例等于相应碱基占相应单链比例之和的一半。
3．在双链DNA中，有关四种碱基的关系，下列等式中错误的是（ ）
A.
＝
B．
＝
C．A＋G＝T＋CD．A＋T＝G＋C
答案：
D
4．若一个双链DNA的G占整个DNA碱基的27%，并测得DNA一条链上的A占这个链碱基的18%，则另一条链上的A的比例是（ ）
A．9% B．27%
C．28%D．46%
解析：
选C。
G占整个DNA碱基的27%，据碱基互补配对原则可知，G＝C＝27%，G＋C＝54%，那么A＋T＝1－54%＝46%，又因为它的任何一条链中A＋T＝46%，其中一条链中的A＝18%，则此链中T＝46%－18%＝28%，另一条链中A＝28%，C符合题意。
5．某DNA中，胞嘧啶与鸟嘌呤共占碱基总数的46%，其中一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的28%，则另一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的百分比为（ ）
A．46%B．26%
C．54%D．24%
解析：
选B。
假设这段DNA中分为H链和L链，据碱基互补配对原则可知（GH＋CH）%＝（CL＋GL）%＝总（G＋C）%，故GL＋CL＝46%；同理，（AH＋TH）%＝（AL＋TL）%＝总（A＋T）%，即AL＋TL＝54%，AH＝TL＝28%，故AL＝54%－28%＝26%。
B符合题意。
DNA中的碱基计算
解答此类问题分三步
第一步：
（1）看清单双链：
所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例。
（2）看清“个”或“对”：
题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基。
第二步：
画一个DNA简图，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。
第三步：
根据碱基互补配对原则及其推论进行解答。
核心知识小结
[要点回眸]
[规范答题]
DNA的双螺旋结构
（1）两条链反向平行。
（2）脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。
（3）碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。
双链DNA中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，即A＋G＝T＋C。
互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA中都相等。
在DNA中，含G—C碱基对越多的DNA相对越稳定。
非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，而在整个DNA中比值为1。
[随堂检测]
1．下面是4位同学拼制的DNA部分平面结构模型，正确的是（ ）
解析：
选C。
脱氧核苷酸之间的连接点是在一个脱氧核苷酸的磷酸和另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖之间，A、B错误；磷酸分别与两个脱氧核糖的5号、3号碳原子相连，C正确，D错误。
2．下图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段（其中“○”代表磷酸），下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是（ ）
A．甲说：
“该图没有什么物质和结构上的错误”
B．乙说：
“该图有一处错误，就是U应改为T”
C．丙说：
“该图有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖”
D．丁说：
“如果说他画的是RNA双链则该图就是正确的”
解析：
选C。
题图中有三处错误，错误一：
组成DNA分子的五碳糖应该是脱氧核糖，所以题图中的核糖应改为脱氧核糖；错误二：
碱基应为A、T、G、C四种，图中的U应改为T；错误三：
单链中脱氧核苷酸之间的连接形式不应该是磷酸与磷酸相连，而是磷酸与脱氧核糖相连。
3．（2019·昆明高一检测）某同学制作的DNA双螺旋结构模型中，在一条链中所用碱基模型A∶C∶T∶G为1∶2∶3∶4，则该模型中四种碱基模型的比例应为（ ）
A．1∶2∶3∶4 B．3∶4∶1∶2
C．1∶1∶1∶1D．2∶3∶2∶3
解析：
选D。
DNA双链中A与T配对，C与G配对，所以已知比例的这条链上的A（T）数量与另一条链上的T（A）数量相等，C（G）数量与另一条链上的G（C）数量相等，故另一条链中A、C、T、G数量之比为3∶4∶1∶2，两比值对应相加，即得到整个DNA双链中四种碱基数量的比例为2∶3∶2∶3，D符合题意。
4．（2019·济宁高一检测）某DNA中A＋T占整个DNA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DNA分子碱基总数的比例是（ ）
A．35%B．29%
C．28%D．17.5%
解析：
选D。
已知该DNA中A＋T占整个DNA碱基总数的44%，根据碱基互补配对原则可知，A＝T、G＝C，所以A＝T＝22%，则G＝C＝50%－22%＝28%。
又已知一条链（a）上的G占该链碱基总数的21%，即G1＝21%，在双链DNA分子中，G＝（G1＋G2）/2，故互补链（b）上G2＝2G－G1＝35%，则G2占双链碱基总数的比例为35%/2＝17.5%。
5．（2019·烟台高一检测）下图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题：
（1）图甲表示DNA片段的________结构，图乙表示DNA片段的________结构。
（2）填出图中部分结构的名称：
[2]________________、[5]________________。
（3）从图中可以看出DNA的两条链是由________和____________交替连接形成的。
（4）连接碱基对的化学键是________，碱基配对的方式：
________与________配对；________与________配对。
（5）从图甲中可以看出组成DNA的两条链的方向是________的，从图乙可以看出组成DNA的两条链相互缠绕成规则的________结构。
解析：
（1）题图甲表示DNA的平面结构，图乙表示DNA的立体（空间）结构。
（2）题图中2表示一条脱氧核苷酸单链片段，而5表示腺嘌呤脱氧核苷酸。
（3）从题图甲的平面结构可以看出，DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成了基本骨架。
（4）DNA两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且有一定规律：
A与T配对，G与C配对。
（5）根据题图甲可以判断：
组成DNA的两条脱氧核苷酸链是反向平行的；从题图乙可以看出组成DNA的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。
答案：
（1）平面 立体（或空间）
（2）一条脱氧核苷酸单链片段 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）反向平行 双螺旋
[课时作业]
A级·合格考通关区
1．（2019·连云港高一检测）脱氧核苷酸的正确组成图示应为图中的（ ）
解析：
选D。
碱基应该连接在脱氧核糖的第1号碳原子上，磷酸连接在脱氧核糖的第5号碳原子上，D正确。
2．某同学制作的碱基对模型如下图所示，下列对其叙述正确的是（ ）
A．模型中的圆圈表示磷酸基团
B．模型中的五边形表示核糖
C．模型中的A和T之间的双线表示磷酸二酯键
D．模型中的A表示腺苷
答案：
A
3．DNA的基本骨架是（ ）
A．磷脂双分子层
B．规则的双螺旋结构
C．由脱氧核糖和磷酸交替连接而成
D．碱基的连接
解析：
选C。
脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA的基本骨架，C符合题意。
4．（2019·西安高一检测）由1对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有1个腺嘌呤，则它的其他组成成分应是（ ）
A．3个磷酸、3个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶
B．2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胞嘧啶
C．2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶
D．2个磷酸、2个脱氧核糖和1个尿嘧啶
解析：
选C。
根据碱基互补配对原则可知，A＝T、C＝G，则这一对氢键连接的脱氧核苷酸可表示为
，可见它的其他组成成分应是2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶，C符合题意。
5．下表为生物学家在分析大麦、果蝇、猪、牛和人等生物DNA碱基比例时得到的结果：
生物的种类
大麦
果蝇
猪
牛
人
1.21
1.37
1.43
1.31
1.52
根据上表，可获得的最恰当的结论是（ ）
A．DNA具有特异性
B．DNA具有多样性
C．DNA具有遗传性
D．DNA具有特异性和多样性
解析：
选D。
在双链DNA中，A＝T，G＝C，但
的值因生物种类的不同而不同，每一种生物都有其特定的比值，这就构成了DNA的特异性；不同生物，其比值又不同，这就构成了DNA的多样性。
6.（2019·湖南益阳期末）下列四个双链DNA中稳定性最差是（ ）
A．G—C—T—A—A—A—C—C—…—T—T—A—C—G，其中A占25%
B．G—C—T—A—A—C—C—…—T—T—A—C—G—A，其中T占30%
C．G—C—A—A—C—C—…—T—T—A—C—G—T—A，其中G占25%
D．T—A—A—A—C—C—…—G—C—T—T—A—C—G，其中C占30%
解析：
选B。
DNA中的G、C碱基对的比例越高，该DNA越稳定。
由题可知，A项DNA中A＝25%，则G＝C＝25%；B项DNA中T＝30%，因此G＝C＝20%；C项DNA中G＝C＝25%；D项DNA分子中G＝C＝30%，故B项的双链DNA分子稳定性最差。
7．如果有人给你一种单链DNA的样品，你不相信，于是你对样品做了核苷酸组成分析，以下能证明你的样品一定是单链DNA的数据是（ ）
A．38%A，12%C，12%G，38%U
B．22%A，32%C，17%G，29%U
C．22%A，32%C，17%G，29%T
D．38%A，12%C，12%G，38%T
解析：
选C。
双链DNA中互补配对的碱基数量一定相等，如果配对碱基数量不相等则一定是单链DNA，且DNA中不含有碱基U，C符合题意。
8．下列与生物体内核酸分子功能的多样性无关的是（ ）
A．核苷酸的组成种类B．核苷酸的连接方式
C．核苷酸的排列顺序D．核苷酸的数量
解析：
选B。
核酸包括DNA和RNA，两种物质的功能不同。
DNA由4种脱氧核苷酸组成，RNA由4种核糖核苷酸组成，A不符合题意；核苷酸的数量和排列顺序的不同，决定了核酸分子结构的多样性，结构的多样性决定了功能的多样性，C、D不符合题意；组成核酸的核苷酸分子之间都是通过磷酸二酯键连接的，B符合题意。
9．某同学用纸片、细线等材料及剪刀、针等工具制作了一个DNA双螺旋结构模型。
回答下列与模型制作有关的问题：
（1）下图是该同学剪出来的一些小纸片，若C代表碱基，则A和B分别代表________和________。
（2）如果用线段的条数表示碱基对之间氢键的数目，请用线条连接下列碱基对。
（3）请画出含三个脱氧核苷酸的DNA单链图。
解析：
（1）通常用圆圈表示磷酸，用五边形表示脱氧核糖，而4种碱基的形状各不相同。
（2）G和C之间是通过3个氢键连接，A和T之间是通过2个氢键连接。
（3）画图时要注意：
脱氧核糖的1号碳原子上连碱基，5号碳原子上连磷酸，3号碳原子上连另一个脱氧核苷酸的磷酸。
答案：
（1）磷酸 脱氧核糖
（2）
（3）
10．已知多数生物的DNA是双链的，但也有个别生物的DNA是单链的。
有人从两种生物中提取出DNA分子，分析它们的碱基比例如下，请据表回答下列问题：
生物
A
T
C
G
甲
25
35
19
21
乙
31
31
19
19
（1）从生物________的碱基比例来看，它的DNA的结构应为____________链，是极少数病毒才具有的。
（2）从生物________的碱基比例来看，它代表着大多数生物种类DNA的结构，其碱基构成特点为________________。
解析：
双链DNA的两条链之间由氢键相连，碱基之间的连接遵循碱基互补配对原则，即A＝T，G＝C，若A≠T，G≠C，则说明该DNA不是双链，而是单链。
答案：
（1）甲 单
（2）乙 A＝T、G＝C
B级·等级考拟战区
11．（2019·山东师大附中学模拟）2017年7月，科学家们揭开了关于染色质中DNA的世纪之谜，首次在人类活细胞的细胞核中实现了3D基因组成像。
这项研究可能有助于改写DNA结构的教科书模型。
下列关于DNA结构的叙述，错误的是（ ）
A．组成DNA的碱基排列在内侧，互补链间的碱基配对有一定的规律性
B．脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了DNA的多样性
C．双链DNA中，若一条链的G∶T＝1∶2，则另一条链的C∶A＝2∶1
D．沃森和克里克研究DNA结构时，运用了建构物理模型的方法
答案：
C
12．在含有四种碱基的DNA片段中，有腺嘌呤a个，占该片段全部碱基的比例为b，则下列有关叙述正确的是（ ）
A．b≤0.5
B．b≥0.5
C．胞嘧啶为a（1/2b－1）个
D．胞嘧啶为b（1/2a－1）个
解析：
选C。
由题意可知，该DNA片段中含有A、G、C、T四种碱基。
在双链DNA中A＝T，所以b<0.5，不可能等于0.5，A、B错误；在DNA中，A有a个，占全部碱基的比例为b，则碱基总数为a/b，G＝C＝a/2b－a＝a（1/2b－1）个，C正确，D错误。
13．（2019·淄博高一检测）在一个双链DNA中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则下列有关叙述错误的是（ ）
A．脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m
B．碱基之间的氢键数为（3m－2n）/2
C．两条链中A＋T的数量为2n
D．G的数量为m－n
答案：
D
14．（2019·广州高一检测）某DNA中，G＋C之和占全部碱基的35.8%，一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的（ ）
A．32.9%和17.1% B．31.3%和18.7%
C．18.7%和31.3%D．17.1%和32.9%
解析：
选B。
由于DNA中G＋C之和在整体中的比例与在单链DNA中的比例均相等，可推出该已知链中G＋C＝35.8%，又因T与C分别占32.9%与17.1%，可求出该链中的A＝1－（G＋C＋T）＝1－（35.8%＋32.9%）＝31.3%，G＝35.8%－17.1%＝18.7%，其互补链中T和C应与该链中A与G的含量相等，B符合题意。
15．DNA指纹技术正发挥着越来越重要的作用，在亲子鉴定、侦查罪犯等方面是目前最为可靠的鉴定技术。
请思考回答下列有关DNA指纹技术的问题：
（1）下图为通过提取某小孩和其母亲以及待测定的三位男性的DNA并进行DNA指纹鉴定的部分结果。
则该小孩的真正生物学父亲是________。
（2）现在已知除了同卵双生双胞胎外，每个人的DNA都是独一无二的，就好像指纹一样，这说明了DNA具有________性。
（3）为什么用DNA做亲子鉴定，而不用RNA?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）由题图可知，孩子的DNA指纹图谱一部分与母亲的DNA指纹图谱相同，另一部分应该与父亲的DNA指纹图谱相同，所以孩子的真正生物学父亲是B。
（2）除同卵双生双胞胎外，每个人的DNA不同且每个人的DNA是独一无二的，说明了DNA具有特异性。
（3）DNA是人类的遗传物质，所以用DNA做亲子鉴定。
答案：
（1）B
（2）特异 （3）因为DNA是人类的遗传物质
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