高中生物 第3章 第2节 DNA分子的结构课时作业 新人教版必修2.docx

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高中生物第3章第2节DNA分子的结构课时作业新人教版必修2

第2节DNA分子的结构

【目标导航】　1.阅读教材图文，了解DNA双螺旋结构模型的构建过程。

2.结合教材图3－11和相关模型，概述DNA分子的双螺旋结构模型的特点。

3.通过制作DNA双螺旋结构模型，进一步理解其结构特点并掌握有关的计算规律。

一、DNA双螺旋结构模型的构建（阅读P47－48）

1．构建者

美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。

2．构建过程

3．新模型的特点及意义

（1）特点：

A－T碱基对与G－C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有稳定的直径。

（2）意义：

①能解释A、T、G、C的数量关系；

②能解释DNA的复制；

③模型与X射线衍射照片完全相符。

二、DNA分子的结构（阅读P49）

1．填图

右图为DNA分子的双螺旋结构模型图，试着完成相关内容。

（1）写出图中各部分的名称：

①胸腺嘧啶（T）；②脱氧核糖；③磷酸；④胸腺嘧啶脱氧核苷酸；⑤碱基对；⑥腺嘌呤（A）；⑦鸟嘌呤（G）；⑧胞嘧啶（C）。

（2）图中可以看出，和A配对的一定是T，和G配对的一定是C，碱基对之间靠氢键连接。

其中A－T之间是2个氢键，G－C之间是3个氢键。

2．双螺旋结构特点

（1）DNA分子是由两条链构成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

（2）DNA分子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。

碱基配对的规律是：

A与T配对，G与C配对。

碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。

　判断正误：

（1）DNA分子由四种脱氧核苷酸组成，这四种脱氧核苷酸含有的碱基是A、U、C、G。

（　　）

（2）A—T碱基对和G—C碱基对具有相同的形状和直径，使DNA分子具有稳定的直径。

（　　）

（3）DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。

（　　）

（4）DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。

（　　）

（5）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。

（　　）

（6）DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即A与T配对，G与C配对。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）√　（6）√

一、DNA双螺旋结构模型的构建

1．DNA分子结构层次

基本组成元素：

C、H、O、N、P

↓

基本组成物质：

磷酸、脱氧核糖、含氮碱基

↓

基本组成单位：

脱氧核苷酸（4种）

↓

DNA单链：

脱氧核苷酸链

↓

DNA双链

↓

空间结构：

DNA分子双螺旋结构

2．制作DNA双螺旋结构模型

（1）制作原理

DNA的脱氧核苷酸双链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧。

碱基排列在内侧，碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。

（2）制作程序

①使用各种材料分别“制作”若干个磷酸、脱氧核糖、碱基；将各种配件整合在一起，并连接成脱氧核苷酸链；连接两条脱氧核苷酸链，拼成DNA分子平面结构图；再“旋转”成双螺旋结构。

②根据设计计划，对制作的DNA分子双螺旋结构模型进行检查，对模型的不足加以修正。

1.写出脱氧核苷酸的化学元素组成、及种类。

答案　脱氧核苷酸的基本组成元素是C、H、O、N、P，脱氧核苷酸有4种。

2．根据沃森和克里克的模型，你认为DNA分子的空间结构是怎样的？

答案　两条链反向平行盘旋成的双螺旋结构。

1．下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA分子结构构建方面的突出贡献的说法中，正确的是（　　）

A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像

B．沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型

C．查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系

D．富兰克林和查哥夫发现A量等于T量、C量等于G量

【问题导析】　

（1）在DNA分子结构构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱；

（2）查哥夫发现了A量等于T量、C量等于G量。

（3）沃森和克里克在以上基础上提出了DNA分子的双螺旋结构模型。

答案　B

【一题多变】

在制作DNA双螺旋结构模型时，如图为两个脱氧核苷酸的模型，其中圆圈代表磷酸，下列说法正确的是（　　）

A．方形可能代表A、T、C、U四种含氮碱基

B．两个圆圈可用曲别针（代表化学键）连接，以形成DNA的单链

C．曲别针（代表化学键）应该连接在一个核苷酸的五边形和另一个核苷酸的圆圈上

D．如果两个脱氧核苷酸分别位于链的两侧，两个模型方向相同

答案　C

解析　方形代表含氮碱基，在DNA中有A、T、C、G四种，没有U，A错误；DNA中一个核苷酸的五边形和另一个核苷酸的圆圈相连接以形成DNA单链，而不是两个圆圈之间，B错误、C正确；两条DNA单链的位置关系是反向平行，D错误。

二、DNA分子的结构

1．DNA分子的空间结构分析

分类

主链

内侧

构成方式

磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则盘旋成双螺旋

主链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补（A－T，G－C）配对，碱基平面之间平行

动态变化

相对稳定

碱基比率和碱基序列可变

模型图解

2.巧记DNA分子的组成及结构的“五、四、三、二、一”

3．DNA分子结构中的碱基计算

（1）共性：

不因生物种类的不同而不同。

＝

＝1；

＝

＝1；

＝

＝1。

（2）特异性：

的值在不同DNA分子中是不同的，是DNA分子多样性和特异性的表现。

（3）相关计算

①腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即A＝T，G＝C。

因此，嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A＋G＝T＋C。

一条链中的A和另一条链中的T相等，可记为A1＝T2，同样：

T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2。

②设在双链DNA分子中的一条链上A1＋T1＝n%，因为A1＝T2，A2＝T1，则：

A1＋T1＝T2＋A2＝n%。

整个DNA分子中：

A＋T＝n%。

在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。

③设双链DNA分子中，一条链上：

＝m，则：

＝

＝m，所以互补链上

＝

。

双链DNA分子中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。

④DNA分子中共有4种类型的碱基对，若某个DNA分子具有n个碱基对，则DNA分子可有4n种碱基对排列方式。

1.在一个双链DNA分子中，脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的数量比例关系如何？

答案　脱氧核糖∶磷酸∶碱基＝1∶1∶1。

2．双链DNA分子中，嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系？

答案　嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数。

2．如图是DNA分子的部分平面结构示意图，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．图中4的全称是腺嘌呤脱氧核苷酸

B．构成DNA的核苷酸种类的不同与2有关

C．N元素存在于图中的含氮碱基中

D．从主链上看，两条脱氧核苷酸链反向平行

【问题导析】　

（1）构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸；

（2）DNA分子中脱氧核苷酸种类的不同与含氮碱基有关，与脱氧核糖无关，图中2为脱氧核糖，3为含氮碱基。

答案　B

【一题多变】

（1）从主链上看，两条单链__________平行；从碱基关系看，两条单链____________。

（2）__________和__________相间排列，构成了DNA分子的基本骨架。

（3）图中有________种碱基，________种碱基对。

（4）含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。

请回答：

①该DNA片段中共有腺嘌呤________个，C和G构成的碱基对共________对。

②在DNA分子稳定性的比较中，________碱基对的比例越高，DNA分子稳定性越高。

答案　

（1）反向　碱基互补配对　

（2）脱氧核糖　磷酸

（3）4　3　（4）①40　60　②G与C

1.

由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基的排列顺序不同，决定了DNA的种类及特性分别是（　　）

①504种　②450种　③425种　④遗传性　⑤多样性　

⑥特异性

A．①④　　　　　　　　　　B．②⑤

C．②⑥D．③⑤

答案　D

解析　50个脱氧核苷酸共构成了25个碱基对，共有排列顺序425种，由此说明由于碱基对（或脱氧核苷酸对）的排列顺序的多样性，决定了DNA分子的多样性。

2.

某DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的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占该链碱基总数的比例是（　　）

A．35%B．29%

C．28%D．21%

答案　A

解析　整个DNA中的A＋T占整个DNA碱基总数的44%，则G＋C占整个DNA碱基总数的56%，又因为其中一条链（a）上的G占该链碱基总数的21%，所以与G对应的互补链（b）上的C占b链碱基总数的21%，则G（a链上）＋C（b链上）占DNA分子碱基总数的21%。

因为总的G＋C占整个DNA分子碱基总数的56%，所以G（b链上）＋C（a链上）占DNA整个分子碱基总数的35%，推得G占b链碱基总数的35%，所以答案选A。

3.

分析以下材料，回答有关问题。

材料一　在沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型之前，人们已经证实了DNA分子是由许多脱氧核苷酸构成的长链，自然界中的DNA并不以单链形式存在，而是由两条链结合形成的。

材料二　在1949年到1951年期间，科学家查哥夫（E.Chargaff）研究不同生物的DNA时发现，DNA分子中的嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，即A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，但（A＋T）与（G＋C）的比值是不固定的。

材料三　根据富兰克林（R.E.Franklin）等人对DNA的X射线衍射分析表明，DNA分子由许多“亚单位”组成，每一层的间距为0.34nm，而且整个DNA分子长链的直径是恒定的。

以上科学研究成果为1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型奠定了基础。

请分析回答：

（1）材料一表明DNA分子是由两条____________组成的，其基本单位是____________。

（2）嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，说明__________________________。

（3）A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，说明____________________________。

（4）A与T的总数和G与C的总数的比值不固定，说明________________________________。

（5）富兰克林等人提出的DNA分子中的亚单位事实上是________；亚单位的间距都为0.34nm，而且DNA分子的直径是恒定的，这些特征表明____________。

（6）基于以上分析，沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是__________________________，并成功地构建了DNA分子的双螺旋结构模型。

答案　

（1）脱氧核苷酸长链　脱氧核苷酸　

（2）DNA分子中嘌呤与嘧啶之间一一对应　

（3）A与T一一对应，C与G一一对应　

（4）A与T之间的对应和C与G之间的对应互不影响　

（5）碱基对　DNA分子的空间结构非常规则　

（6）A与T配对，C与G配对

解析　材料一表明了当时科学界对DNA的认识是：

DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构。

嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，即A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，说明二者可能是一种对应关系，而A与T的总数和G与C的总数的比值不固定则说明A与T之间的对应和C与G之间的对应是互不影响的，所以沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是A与T配对，C与G配对，结果发现与各种事实相符，从而获得了成功。

【基础巩固】

1．下列各项中，能正确表示DNA分子中脱氧核苷酸对的是（　　）

答案　A

解析　DNA分子中的碱基互补配对原则为A与T配对，G与C配对，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，两条链反向平行，所以A项正确；B、D两项配对方式不对，C项两条链方向不对。

2．DNA的一条单链中

＝0.4。

上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为（　　）

A．0.4、0.6　　　　　　　　　B．2.5、1.0

C．0.4、0.4D．0.6、1.0

答案　B

解析　根据碱基互补配对原则，在整个DNA分子中，因为A＝T，G＝C，所以

比值为1.0。

在双链DNA分子中，一条链上的

与另一条链上

相等为0.4，因而互补链中

＝2.5，互为倒数。

3．下面为DNA分子的结构示意图，对该图的正确描述是（　　）

A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架

B．①②③构成胞嘧啶脱氧核苷酸

C．④占的比例越大，DNA分子越稳定

D．DNA分子中⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T

答案　D

解析　DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成，选项A错误；胞嘧啶脱氧核苷酸由②③⑨组成，B项错误；④是A与T之间的氢键，G、C对含量越多，DNA分子越稳定，选项C错误；根据碱基互补配对原则，⑤、⑥、⑦、⑧依次代表A、G、C、T，D项正确。

4．下图是制作DNA双螺旋结构模型的过程图，请回答下面的问题。

（1）在制作模型前进行的设计中，甲处应考虑具备______种材料，它们分别是________________________；其中五边形材料表示____________。

（2）乙表示的物质是____________，a位置的元素是________。

制作一个乙用到了________种材料。

（3）由乙连接成丙的过程，需考虑的主要有：

两条链中五边形材料的顶角应呈________（填“同向”或“反向”）关系；若一条链的下端是磷酸，则另一条链的上端应该是________，这样制作的目的是体现DNA双链________的特点。

（4）随机将班里某两位同学制作的单链连接成双链，不合理的地方最可能是__________________________。

（5）丙到丁过程体现了DNA分子________的特点，丁中排在外侧的物质是______________________。

答案　

（1）6　磷酸、脱氧核糖、四种碱基　脱氧核糖

（2）脱氧核苷酸　氧　3　（3）反向　磷酸　反向平行　（4）双链间的碱基配对不遵循碱基互补原则　（5）螺旋　交替连接的脱氧核糖和磷酸

【巩固提升】

5．某生物核酸的碱基组成是嘌呤碱基占58%，嘧啶碱基占42%，此生物不可能是（　　）

A．噬菌体B．大肠杆菌

C．人或酵母菌D．烟草

答案　A

解析　噬菌体由DNA和蛋白质构成，DNA为双链，嘌呤数与嘧啶数应相等；在人、酵母菌、大肠杆菌、烟草中既有DNA，也有RNA，且RNA为单链，因此嘌呤数与嘧啶数可能不相等。

6．某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的54%。

其中α链上的碱基中，22%是腺嘌呤，28%是胞嘧啶，则β链中腺嘌呤占该链上所有碱基的比例和β链中的胞嘧啶占整个DNA分子中所有碱基的比例分别为（　　）

A．24%、13%B．23%、27%

C．48%、26%D．22%、28%

答案　A

解析　假设该DNA分子中碱基总数为200个，则G＋C＝108（个），又因G＝C，所以G＝C＝54（个）；已知Aα＝100×22%＝22（个），Cα＝28个，又因Cα＋Cβ＝C，所以Cβ＝54－28＝26（个），则β链中C占整个DNA分子中所有碱基的比例为26÷200＝13%。

关于腺嘌呤的计算，因为T＝A＝

＝46（个），Aβ＝46－22＝24（个），则在β链中腺嘌呤占该链上所有碱基的比例为24%。

7．如图是DNA片段的结构图，请据图回答：

（1）图甲是DNA片段的________结构，图乙是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分子中的两条长链是由____________和________交替连接的。

（4）碱基对之间通过________连接，碱基配对的方式为：

______________与______________配对；____________与____________配对。

（5）从图甲可以看出：

组成DNA分子的两条链的方向是________的；从图乙可以看出：

组成DNA分子的两条链相互缠绕成________的________结构。

答案　

（1）平面　立体（或空间）　

（2）一条脱氧核苷酸长链的片段　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　规则　双螺旋

解析　

（1）从图中可以看出：

甲表示的是DNA分子的平面结构，而乙表示的是DNA分子的立体（空间）结构。

（2）图中2表示的是一条脱氧核苷酸长链的片段，而5表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。

（3）从甲图的平面结构可以看出：

DNA分子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分子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）根据图甲可以判断：

组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的；从图乙可以看出组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。

8．根据相关知识回答下列问题。

（1）已知在DNA分子的一条单链中

＝m，则另一条互补链中这种比例是

________，这个比例关系在整个DNA分子中是________。

（2）若DNA分子的一条单链中

＝k，则另一条互补链中这种比例是

__________，而在整个DNA分子中是________。

（3）如果DNA分子的一条链中的A占15%，互补链中的A占25%，则整个DNA分子中A占________。

答案　

（1）

　1　

（2）k　k　（3）20%

【走进高考】

9．（2011·上海卷，27，改编）某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子（　　）

A．含有4个游离的磷酸基团

B．含有腺嘌呤脱氧核苷酸20个

C．四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7

D．碱基排列方式共有4100种

答案　C

解析　A错误：

一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团。

由一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，计算得一条链上100个碱基中含A、T、G、C依次是10、20、30、40，另一条链上含A、T、G、C则依次是20、10、40、30。

故该DNA中含腺嘌呤脱氧核苷酸数为10＋20＝30个，故B项错误。

C项正确：

四种含氮碱基的比例是A∶T∶G∶C＝（10＋20）∶（20＋10）∶（30＋40）∶（40＋30）＝3∶3∶7∶7。

D项错误：

含200个碱基的DNA不考虑每种碱基比例关系的情况下，可能的碱基排列方式共有4100种。

但因碱基数量比例已确定，故碱基排列方式肯定少于4100种，且一个DNA分子只有一种特定的碱基排列顺序。

10．（2010·江苏卷，1）下列关于核酸的叙述中，正确的是（　　）

A．DNA和RNA中的五碳糖相同

B．组成DNA与ATP的元素种类不同

C．T2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中

D．双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数

答案　D

解析　本题主要考查核酸的组成、结构和功能。

DNA含有脱氧核糖，RNA含有核糖，A项错误。

DNA和ATP都是由C、H、O、N、P五种元素组成，B项错误。

T2噬菌体遗传物质为DNA，故其遗传信息也储存在DNA中，C项错误。

双链DNA嘌呤总和嘧啶碱基互补配对，故两者数量相等，D项正确。