新课标创新人教生物必修2第3章 第2节 DNA分子的结构.docx

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新课标创新人教生物必修2第3章第2节DNA分子的结构

一、DNA双螺旋结构模型的构建

1．构建者

美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。

2．模型构建历程

二、DNA分子的结构

项目

特点

整体

由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋而成

排

列

外侧

由脱氧核糖和磷酸交替连接组成，构成基本骨架

内侧

碱基通过氢键连接形成碱基对

碱基互

补配对

A与T配对、G与C配对

重点聚焦

1．沃森和克里克是怎样发现DNA分子的双螺旋结构的？

2．DNA分子的双螺旋结构有哪些主要特点？

[共研探究]

阅读教材P47～48沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的故事，回答下列问题：

1．沃森和克里克在构建模型的过程中，借鉴利用了他人的哪些经验和成果？

提示：

（1）当时科学界已发现的证据；

（2）英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱；（3）奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果：

腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。

2．沃森和克里克在构建模型过程中，出现了哪些错误？

提示：

（1）将碱基置于螺旋外部。

（2）相同碱基进行配对连接双链。

3．判断正误

（1）在DNA模型构建过程中，沃森和克里克曾尝试构建三螺旋结构模型。

（√）

（2）沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型过程中，碱基配对方式经历了相同碱基配对到嘌呤与嘧啶配对的过程。

（√）

[对点演练]

1．下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是（　　）

A．沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA分子以4种脱氧核苷酸（碱基为A、T、G、C）为单位连接而成的长链的基础上

B．威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈螺旋结构

C．沃森和克里克曾尝试构建了多种模型，但都不科学

D．沃森和克里克最后受腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量的启发，构建出了科学的模型

解析：

选B　沃森和克里克以威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA分子呈螺旋结构。

[共研探究]

观察下图，结合制作DNA双螺旋结构模型体验，探讨下列问题：

1．DNA分子的基本组成

（1）DNA分子的元素组成有C、H、O、N、P。

（2）DNA的基本组成单位是4种脱氧核苷酸。

（3）若图中的⑥为鸟嘌呤，则④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸。

2．DNA分子的结构

（1）DNA分子是由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

（2）②脱氧核糖和①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）碱基互补配对原则：

⑤A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与⑦C（胞嘧啶）配对。

（4）同一条链中，连接相邻两个碱基的结构是—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—；两条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键。

3．DNA的相关计算

（1）每个DNA片段中，游离的磷酸基团数是2个；磷酸数∶脱氧核糖数∶含氮碱基数是1∶1∶1。

（2）在不同的双链DNA分子中：

A/T、G/C、（A＋G）/（T＋C）和（A＋C）/（T＋G）的比值无特异性。

（3）在双链DNA分子中，由于A＝T，G＝C，所以嘌呤数等于嘧啶数，即A＋G＝T＋C，（A＋G）/（T＋C）＝1，因此双链DNA分子中（A＋G）/（T＋C）的值相同；在单链DNA分子中不存在同样的规律，因为A与T，G与C不一定相等。

4．结合DNA分子的结构特点，归纳DNA分子结构稳定性的原因。

提示：

（1）DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。

（2）DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架。

（3）DNA分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。

（4）DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。

[总结升华]

1．DNA分子的结构及特点

（1）由图1得到以下信息：

①数量关系

②位置关系

③化学键

④DNA初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。

（2）图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，③是氢键。

（3）DNA分子的特性

①稳定性：

a.DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；b.两条链间碱基互补配对的方式不变。

②多样性：

不同DNA分子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2n种。

③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．碱基间的数量关系分析

项目

双链DNA

1链

2链

规律

A、T、G、C关系

A＝T

G＝C

A1＝T2

G1＝C2

T1＝A2

C1＝G2

双链DNA中，A总等于T，G总等于C，且1链上的A等于2链上的T，1链上的G等于2链上的C

非互补碱基和之比，

即（A＋G）/（T＋C）

或（G＋T）/（A＋C）

1

m

1/m

DNA双链中非互补碱基之和总相等，两链间非互补碱基和之比互为倒数

互补碱基和之比，

即（A＋T）/（G＋C）

或（G＋C）/（A＋T）

n

n

n

在同一DNA中，双链和单链中互补碱基和之比相等

某种碱基的比例

（x为A、T、G、C中

某种碱基的百分

含量）

x1

x2

某碱基占双链DNA碱基总数的百分数等于相应碱基占相应单链的比值的和的一半

【规律方法】

（1）“三看法”判断DNA分子结构的正误

一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基团与相邻核苷酸的3号碳原子之间；二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。

（2）区分核酸种类的方法

①若含T，A≠T或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA。

因为双链DNA分子中A＝T，G＝C，嘌呤（A＋G）＝嘧啶（T＋C）。

②若嘌呤≠嘧啶，肯定不是双链DNA（可能为单链DNA，也可能为RNA）。

但若是细胞中所有核酸的嘌呤≠嘧啶，则可能既有双链DNA又有RNA。

[对点演练]

2．判断正误

（1）DNA的两条核糖核苷酸长链反向平行缠绕成双螺旋结构。

（　　）

（2）DNA的一条单链中相邻的两个碱基通过碱基互补形成的氢键连接。

（　　）

（3）DNA分子的碱基配对方式决定了DNA分子结构的多样性。

（　　）

解析：

（1）构成DNA的两条长链为脱氧核苷酸链且反向盘旋，非缠绕。

（2）DNA的一条单链中相邻的两个碱基通过—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—连接。

（3）DNA分子中碱基对排列顺序的多样性决定了其结构的多样性。

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×

3．如图为DNA分子结构示意图，相关叙述正确的是（　　）

a．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架

b．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸

c．⑨是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则

d．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息

e．③占的比例越大，DNA分子越不稳定

f．⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T

A．bcdf　　　　　　　B．cdf

C．abcfD．bce

解析：

选B　DNA分子是反向平行的双螺旋结构，①磷酸与②脱氧核糖交替排列在外侧，构成了DNA的基本骨架；④中的③②及②下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸；碱基互补配对，配对碱基之间通过氢键相连；DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息；G与C之间形成3条氢键，G与C含量越多，DNA分子越稳定；根据碱基互补配对原则，⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T。

1．如图是4位同学拼制的DNA分子部分平面结构模型，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两项错误；磷酸分别与两个脱氧核糖的5号、3号碳原子相连，C项正确，D项错误。

2．在DNA分子的一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基A与T之间的连接结构是（　　）

A．氢键

B．—磷酸—脱氧核糖—磷酸—

C．肽键

D．—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—

解析：

选D　审题时应扣住“一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基A与T之间的连接结构”，相邻的脱氧核苷酸相连接，依靠磷酸基团和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，因此两个碱基之间的连接结构是：

—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—。

3．某DNA分子碱基中，鸟嘌呤分子数占22%，那么胸腺嘧啶分子数占（　　）

A．11%　　　　　　　B．22%

C．28%D．44%

解析：

选C　在DNA中，A＝T，G＝C。

当G%＝22%时，T%＝1/2（1－G%－C%）＝28%。

4．如图为DNA分子的平面结构，虚线表示碱基间的氢键。

请据图回答：

（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。

解析：

（1）从主链上看，两条单链是反向平行的；从碱基关系看，两条单链遵循碱基互补配对原则。

（2）脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架。

（3）图中涉及4种碱基，4种碱基之间的配对方式有两种，但碱基对的种类有4种，即A—T、T—A、G—C、C—G。

（4）假设该DNA片段只有A、T两种碱基，则200个碱基，100个碱基对，含有200个氢键，而实际上有260个氢键，即G—C或C—G碱基对共60个，所以该DNA中腺嘌呤数为1/2×（200－2×60）＝40个，C和G共60对。

由于G与C之间有三个氢键，A与T之间有两个氢键，因此，G与C构成的碱基对的比例越高，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　4　（4）①40　60　②G与C

【基础题组】

1．下列哪项不是沃森和克里克构建过的模型（　　）

A．碱基在外侧的双螺旋结构模型

B．同种碱基配对的三螺旋结构模型

C．碱基在外侧的三螺旋结构模型

D．碱基互补配对的双螺旋结构模型

解析：

选B　沃森和克里克最先提出了碱基在外侧的双螺旋和三螺旋结构模型，后来又提出了碱基在内侧的双螺旋结构模型，并且同种碱基配对。

最后提出了碱基互补配对的双螺旋结构模型。

2．有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已知它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成应是（　　）

A．三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶

B．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶

C．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶

D．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶

解析：

选C　据碱基互补配对原则可知，另一个碱基为T，两个脱氧核苷酸含有两个磷酸和两个脱氧核糖。

3．制作DNA分子的双螺旋结构模型时，发现制成的DNA分子的平面结构很像一架“梯子”，那么组成这架“梯子”的“扶手”、“扶手”之间的“阶梯”、连接“阶梯”的化学键以及遵循的原则依次是（　　）

①磷酸和脱氧核糖　　②氢键③碱基对④碱基互补配对

A．①②③④　　　　　　　　B．①③②④

C．③①②④D．①②④③

解析：

选B　“扶手”代表DNA的骨架，即磷酸和脱氧核糖交替连接形成的长链，排列在内侧的碱基对相当于“阶梯”，连接“阶梯”的化学键是氢键，碱基间遵循碱基互补配对原则。

4．下列关于DNA分子双螺旋结构特点的叙述，错误的是（　　）

A．DNA分子由两条反向平行的链组成

B．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧

C．碱基对构成DNA分子的基本骨架

D．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对

解析：

选C　DNA分子中，脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架。

5．下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是（　　）

A．每个DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸

B．一个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的

C．每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基

D．双链DNA分子中的一段，如果有40个腺嘌呤，就一定同时含有40个胸腺嘧啶

解析：

选C　在DNA分子长链中间的每个脱氧核糖均连接一个碱基和两个磷酸基团，链端的脱氧核糖只连接一个碱基和一个磷酸基团。

6．如图为核苷酸链结构图，下列叙述不正确的是（　　）

A．能构成一个完整核苷酸的是图中的a和b

B．图中每个五碳糖都只有1个碱基与之直接相连

C．各核苷酸之间是通过化学键③连接起来的

D．若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T

解析：

选A　核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子碱基组成，即图中的a，b中磷酸的连接位置不正确，A错误；由题图可知，每个五碳糖都只有1个碱基与之直接相连，B正确；核苷酸之间通过磷酸二酯键即图中③相连形成核苷酸链，C正确；脱氧核苷酸根据碱基不同分为腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸，因此若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是胸腺嘧啶T，D正确。

7．从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是（　　）

A．碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子中基因的多样性

B．碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个基因的特异性

C．一个含2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41000种

D．人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种

解析：

选D　β珠蛋白基因碱基对的排列顺序，是β珠蛋白所特有的。

任意改变碱基的排列顺序后，合成的就不一定是β珠蛋白。

8．（2014·上海高考）在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型（　　）

A．粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补

B．粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似

C．粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补

D．粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同

解析：

选A　A和G都是嘌呤碱基，C和T都是嘧啶碱基，在DNA分子中，总是A＝T，G＝C，依题意，用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，则DNA的粗细相同。

【能力题组】

9．下列有关DNA分子结构的叙述，正确的是（　　）

A．DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构，其基本骨架由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基交替排列而成

B．整个DNA分子中，嘌呤数目等于嘧啶数目，所以每条DNA单链中A＝T、G＝C

C．与DNA分子中的碱基G直接相连的是脱氧核糖和碱基C

D．每个脱氧核糖均只与一个磷酸和一个碱基相连

解析：

选C　DNA分子双螺旋结构的外侧是磷酸与脱氧核糖交替排列构成的基本骨架，碱基排列在内侧。

若DNA分子的一条链上是碱基A，则另一条链上与之配对的一定是碱基T；一条链上是碱基G，则另一条链上与之配对的一定是碱基C，反之亦然。

所以，在双链DNA分子中A＝T、G＝C，但在单链中，碱基A的数目不一定等于碱基T的数目，碱基G的数目也不一定等于碱基C的数目。

在一个脱氧核苷酸中，碱基G与脱氧核糖直接相连，两链之间碱基G与碱基C互补配对。

每个脱氧核糖均只与一个碱基相连，但除了游离的脱氧核糖只与一个磷酸相连外，其余脱氧核糖均与两个磷酸相连。

10．在一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子上碱基总数的24%，则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链上碱基数目的（　　）

A．44%B．24%

C．14%D．28%

解析：

选D　画出DNA分子简图（如图所示）。

依题意，列出等量关系：

（A1－G1）/G1＝40%→A1＝1.4G1①，而在整个DNA分子中：

（A1＋G1）/200＝24%→A1＋G1＝48②，联立①、②得：

A1＝28。

整个DNA分子中A1＝T2，因此正确答案是D。

11．在搭建DNA分子模型的实验中，若有4种碱基塑料片共20个，其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，脱氧核糖塑料片40个，磷酸塑料片100个，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干，则（　　）

A．能搭建出20个脱氧核苷酸

B．所搭建的DNA分子片段最长为7碱基对

C．能搭建出410种不同的DNA分子模型

D．能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段

解析：

选D　每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖数＝磷酸数＝碱基数，因脱氧核糖和磷酸之间连接物是14个，故最多只能搭建出14个脱氧核苷酸。

DNA分子的碱基中A＝T、C＝G，故提供的4种碱基最多只能构成4个C—G对和3个A—T对，但由于脱氧核苷酸之间结合形成磷酸二酯键时还需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物，故7碱基对需要的脱氧核糖和磷酸之间的连接物是14＋12＝26（个）。

设可搭建的DNA片段有n碱基对，按提供的脱氧核糖和磷酸之间连接物是14个计算，则有14＝n×2＋（n－1）×2，得n＝4，故能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段。

12．现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果：

（A＋T）∶（G＋C）＝（A＋G）∶（T＋C）＝1。

根据此结果，该样品（　　）

A．无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸

B．可被确定为双链DNA

C．无法被确定是单链DNA还是双链DNA

D．可被确定为单链DNA

解析：

选C　由于核酸样品检测得到碱基A、T、C、G，所以该核酸一定是DNA，而不是RNA；据题意可知四种碱基相等，即A＝T＝G＝C，无法确定是单链DNA还是双链DNA。

13．如图表示某大肠杆菌DNA分子结构的片段，请据图回答：

（1）图中1表示________，2表示________。

1、2、3结合在一起的结构叫________。

（2）3有________种，中文名称分别是_______________________________。

（3）DNA分子中3与4是通过________连接起来的。

（4）DNA被彻底氧化分解后，能产生含N废物的是________。

解析：

图示为DNA片段，1代表磷酸，2是脱氧核糖，3、4代表含氮碱基。

两条链之间通过碱基对间的氢键相连。

答案：

（1）磷酸　脱氧核糖　脱氧核糖核苷酸　

（2）两　鸟嘌呤、胞嘧啶　（3）氢键　（4）含氮碱基

14．如图是DNA分子片段的结构图，请据图回答：

（1）图甲是DNA分子片段的________结构，图乙是DNA分子片段的________结构。

（2）写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）碱基配对的方式为：

__________与__________配对；__________与__________配对。

（5）从图甲中可以看出，组成DNA分子的两条链的方向是________的，从图乙中可以看出，组成DNA分子的两条链相互盘旋成________的________结构。

解析：

（1）从图中可以看出：

甲表示的是DNA分子片段的平面结构，而乙表示的是DNA分子片段的立体（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）从图甲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）从图甲中可以看出，组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的；从图乙中可以看出，组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互盘旋成有规则的双螺旋结构。

答案：

（1）平面　立体（或空间）　

（2）一条脱氧核苷酸长链的片段　腺嘌呤脱氧核苷酸　（3）脱氧核糖　磷酸

（4）A（腺嘌呤）　T（胸腺嘧啶）　G（鸟嘌呤）　C（胞嘧啶）　（5）反向　有规则　双螺旋

15．如图为不同生物或同一生物不同器官（细胞）的DNA分子中A＋T/G＋C的比值情况，据图回答问题：

（1）猪的不同组织细胞的DNA分子碱基比例大致相同，原因是________________________________________________________________________。

（2）上述三种生物中的DNA分子，热稳定性最强的是________。

（3）假设小麦DNA分子中A＋T/G＋C＝1.2，那么A＋G/T＋C＝________。

（4）假如猪的某一DNA分子中有腺嘌呤30%，则该分子一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的________。

解析：

（1）猪的不同组织细胞中DNA分子碱基比例大致相同，是因为它们由同一个受精卵经有丝分裂而来。

（2）根据图中数值可判断小麦中G＋C所占比例最大，而在A与T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键，所以小麦DNA分子的热稳定性最高。

（3）只要是双链DNA分子，A＋G/T＋C的值均为1。

（4）据A＋G＝T＋C＝50%，则鸟嘌呤占20%。

若所有鸟嘌呤分布在一条链上，则分母缩小一半，一条链上的鸟嘌呤含量最大值可占此链碱基总数的40%。

答案：

（1）不同的组织细胞来源于同一个受精卵的有丝分裂　

（2）小麦　（3）1　（4）40%