第2节DNA的结构
基础知识
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.在对DNA分子结构的研究中,美国生物学家① 和英国物理学家② 做了突出的贡献。
2.核酸有两种:③ ,是由④ 五种元素组成的。构成核酸的基本单位是⑤ (其中构成RNA的基本单位是核糖核苷酸,构成DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸)。DNA分子是以4种⑥ 为单位连接而成的长链,这4种脱氧核苷酸分别含有⑦ 四种碱基。
3.沃森和克里克尝试了很多种不同的双螺旋结构和三螺旋结构模型,但都被否定了。后来他们重新构建了一个将磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺旋外部,碱基安排在螺旋内部的双链螺旋。
4.后来,沃森和克里克又根据其他科学家得出的腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是⑧ 胞嘧啶(C)的量的信息,改变了碱基配对的方式,让A与T配对,⑨ 配对,构建出DNA的⑩ 结构模型。
二、DNA分子的结构特点
1.DNA分子由两条链组成,这两条链按 的方式盘旋成 结构。
2.DNA分子中的 和 交替连接,排列在外侧,构成基本骨架; 排列在内侧。
3.两条链上的碱基通过 连接成碱基对,并且碱基配对有一定的规律:A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对;G(鸟嘌呤)一定与C 配对。碱基之间这种一一对应的关系,叫作 原则。
合作探究
知识点一:DNA双螺旋结构模型的构建
结合教材P48~49的资料,分析并思考:
1. 请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。
(1)DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
(2)DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位？
(3)DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
2. 沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？
例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
知识点二:DNA分子的结构
1.认真观察教材P50图3—8DNA分子的结构模式图,回答下列问题:
(1)DNA分子同一条链和两条链中连接相邻两个碱基的结构有何不同
(2)每个DNA分子含有多少个游离的磷酸 每个五碳糖连接多少个磷酸 每个磷酸连接多少个五碳糖
2.DNA分子中碱基的计算方法与规律。
(1)双链DNA分子中两个互补的碱基总数之间具有怎样的关系 嘌呤总数与嘧啶总数具有怎样的关系 两个非互补碱基之和与另两个非互补碱基之和具有怎样的关系 写出相关的表达式。
(2)在DNA两互补链中的一条链上,非互补的两个碱基之和的比值[如(A+G)/(T+C)],与对应链中的同类比值具有怎样的关系 互补碱基之和在一条链上,在互补链上及在整个DNA分子中所占比例有何特点
(3)知道DNA分子一条链中四种碱基的比值(如A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4),计算其互补链中及整个DNA分子中四种碱基的比值。
例2 某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是( )。
知识点三：制作DNA双螺旋结构模型
阅读课本P51相关知识，体会模型构建过程，思考：
1.DNA只含有4种脱氧核昔酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗
课堂总结
板书设计
DNA的结构
一、DNA双螺旋结构模型的构建
二、DNA的结构
三、制作DNA双螺旋结构模型
作业布置
基础知识
①沃森 ②克里克 ③核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA) ④C、H、O、N、P ⑤核苷酸 ⑥脱氧核苷酸 ⑦A、T、C、G ⑧等于 ⑨G与C ⑩双螺旋 反向平行 双螺旋 脱氧核糖 磷酸 碱基 氢键 T(胸腺嘧啶) C(胞嘧啶) 碱基互补配对
合作探究
知识点一:DNA双螺旋结构模型的构建
1. (l)DNA是由两条链构成的。它的立体结构为：DNA是由两条单链组成的，这两条链按 反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2 ) DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
(3 )DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律： A—定与T配对；G—定与C配对。
2.略
例1 B
【解析】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;查哥夫发现了A量等于T量、C量等于G量。沃森和克里克在此基础上提出了DNA分子的双螺旋结构模型。
知识点二:DNA分子的结构
1.(1)同一条链中连接相邻两个碱基的结构:—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—,而两条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键。
(2)每个DNA分子含有2个游离的磷酸。每个五碳糖连接1个或2个磷酸。每个磷酸连接1个或2个五碳糖。
2.(1)两个互补的碱基总数相等,A=T,G=C。双链DNA分子中,嘌呤总数=嘧啶总数,A+G=T+C;(A+G)/(T+C)=1。DNA分子中任一非互补碱基之和相等,且占DNA碱基总数的50%,A+G=T+C=A+C=T+G。
(2)一条链中,非互补的两个碱基之和的比值[如(A+G)/(T+C)],与对应链中的同类比值互为倒数。(A1+G1)/(T1+C1)=(T2+C2)/(A2+G2)。
互补碱基之和在一条链上,在互补链上,在整个DNA分子中所占比例相同。(A1+T1)/L1总=(A2+T2)/L2总=(A总+T总)/L总;(G1+C1)/L1总=(G2+C2)/L2总=(G总+C总)/L总。此比例在不同DNA分子中,可有特异性。
(3)其互补链中A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,把A与T、G与C的数值换位即可,而整个DNA分子中A∶T∶G∶C=(1+2)∶(2+1)∶(3+4)∶(4+3)=3∶3∶7∶7。
例2 C
【解析】设该单链中四种碱基含量分别为A1、T1、G1、C1,其互补链中四种碱基含量为A2、T2、C2、G2,DNA分子中四种碱基含量为A、T、G、C。由碱基互补配对原则可知(A+C)/(T+G)=1,A曲线应为水平,A项错误。(A2+C2)/(T2+G2)=(T1+G1)/(A1+C1),B曲线应为双曲线的一支,B项错误。(A+T)/(G+C)=(A1+A2+T1+T2)/(G1+G2+C1+C2)=(A1+T1)/(G1+C1),C项正确。(A1+T1)/(G1+C1)=(T2+A1)/(C2+G2),D项错误。
知识点三：制作DNA双螺旋结构模型
1. DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序 的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
2. 提示：（1)靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；（2)在DNA双螺旋结构中，由 于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力（该点可不作为对学生 的要求，教师可进行补充说明）。
3. 提示：不一定要求学生答出半保留复制，可以引导学生从DNA的结构来进行推测，如从 碱基互补配对原则出发去思考。中小学教育资源及组卷应用平台
第2节DNA的结构
一、单选题
1．下图表示一个DNA分子的片段，下列有关表述正确的是（ ）
A．①与②相间排列构成了DNA分子的基本骨架
B．不同生物的DNA分子中④的种类不同
C．若整个DNA中T有M个，占碱基总数的a/b，则C的数目为M（b/2a-1）个
D．DNA分子中A与T碱基对含量越高，其结构越稳定
2．马铃薯的遗传物质中含有的核苷酸的种类及人体内核酸的碱基种类分别是（ ）
A．8、5B．4、5C．4、4D．8、4
3．已知病毒的核酸有双链DNA．单链DNA、双链RNA、单链RNA四种类型。现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述那一种类型，应该（ ）
A．分析碱基类型，确定碱基比率B．分析碱基类型，分析核糖类型
C．分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型D．分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型
4．双链DNA分子中，A+T占全部碱基总数的34%，其中一条链上的C占该链碱基总数的19%。则另一条互补链上的C占该链碱基总数的比例（ ）
A．47% B．46% C．30% D．27%
5．某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（ ）
A B．
C． D．
6．在某动物细胞的DNA分子中，A＋T占全部碱基总数的30%，已知其中一条链中，C和T分别占该链碱基总数的35%和25%，则另一条链中C、T分别占该链碱基总数的（ ）
A．30%、5% B．35%、5% C．25%．5% D．70%、10%
7．经检测得知，一双链DNA分子中鸟嘌呤的数目为x，其占碱基总量的比例是y，以下推断正确的是（ ）
A．与鸟嘌呤互补的碱基所占的比例是（1﹣y）
B．该DNA分子的嘌呤碱基和嘧啶碱基的比值是x/y
C．该DNA分子的碱基之间的氢键数是x（1+2/y）
D．与鸟嘌呤不互补的碱基数目是x（1-2y）/y
8．下列与生物科学史实不相符合的是（ ）
A．沃森和克里克创建了DNA双螺旋结构模型
B．萨顿利用类比推理的方法，得出基因在染色体上的推论
C．摩尔根用果蝇作为实验材料的原因之一是其有易于区分的相对性状
D．肺炎双球菌的转化实验证明了DNA是主要的遗传物质
9．如图是核苷酸的基本组成单位，下列叙述正确的是（ ）
A．若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤脱氧核苷酸
B．在禽流感病毒、幽门螺杆菌体内b均为4种
C．若m为尿嘧啶，则a为核糖或脱氧核糖
D．若a为核糖，则由b构成的核酸完全水解，得到的化合物最多有6种
10．如图是四位同学拼制的DNA分子平面结构部分模型，正确的是（ ）
A． B． C． D．
11．如图为某同学制作的含有两个碱基对的DNA片段(“○”代表磷酸基团)模式图，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是（ ）
A．甲说：“物质组成和结构上完全正确”
B．乙说：“只有一处错误，就是U应改为T”
C．丙说：“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双链则该图是正确的”
12．在探索遗传奥秘历程中，下列科学家、实验方法及技术不相互匹配的是（ ）
A．孟德尔—豌豆杂交实验—假说一演绎法B．艾弗里—肺炎双球菌转化实验—体外注射
C．赫尔希和蔡斯—噬菌体实验—同位素标记D．沃森和克里克—DNA分子结构—建构物理模型
13．甲生物核酸的碱基组成为：嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遗传物质的碱基组成为：嘌呤占34%、嘧啶占66%，则甲、乙生物可能是（ ）
A．发菜、变形虫B．玉米、T2噬菌体C．硝化细菌、绵羊 D．乳酸菌、SARS病毒
14．已知某DNA分子中的一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝m，则它的互补链中的这个比值是( )
A．m B．1/m C．1/（m+1） D．无法判断
15．“DNA指纹”在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大，这主要是根据DNA具有（ ）
A．特异性 B．多样性 C．稳定性 D．可变性
二、综合题
16．铁皮石斛具有良好的药用和保健价值，资源濒危、价格昂贵。常见的石斛属植物有十多种，市场上有人用其他近缘物种假冒铁皮石斛。质检人员从市场上抽检部分商品，对这类植物中较为稳定的“matK基因”进行序列分析，得到四种碱基含量如下表。请回答问题：
组别 matK．基因中碱基含量(%)
T C A G
样品1 37．4 17．4 29．5 15．7．
样品2 37．5 17．1 29．8 15．6
样品3 37．6． 16．9 30．0． 15．5
样品4 37．3 17．4 29．6． 15．7．
铁皮石斛 37．5 17．1 29．8． 15．6
（1）据表可知，被检测的matK基因是DNA片段，判断依据是其碱基中不含_____。分析四种碱基含量，由于A和T的含量、C和G的含量不相同，表明质检人员检测的是该基因的____（两条链/一条单链）。
（2）与铁皮石斛的matK基因中碱基含量比较，能初步确定抽检样品中_____为“假冒品”。
（3）仅依据上述信息，质检人员还无法判断样品2一定是铁皮石斛，理由是matK基因的碱基可能不同。已知铁皮石斛matK基因中第1015个碱基为T，若样品2在多次随机抽检中该位点均为C，则可判断样品2____（是、不是）铁皮石斛。
17．分析如图，回答下面的问题：
（1）图中A是________，F是________，B是________。
（2）一个G中含有________个E，在细胞有丝分裂的中期，G和E的比例是________。
（3）E的组成单位是图中的________。DNA结构多样性的原因是________决定的。
（4）DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成________结构。
18．下图中，左图是一个核苷酸的模式图，右图是一个双链DNA片段的平面结构模式图。回答下列问题：
（1）结合核苷酸的结构模式图，请叙述：与RNA相比，在物质组成上DNA的特殊之处在于_______________。
（2）右图中，④不能称为胞嘧啶脱氧核苷酸，请说明理由：_______________。
（3）在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含15对碱基（A有8个）的DNA双链片段（氢键数也用订书钉个数表示），那么使用的订书钉个数为______________。
（4）下图是一定培养条件下肝癌细胞的细胞核DNA和细胞质RNA的含量在有丝分裂过程中的变化曲线，并且已知图中a、b、c。对应的时间分别为l0h、7h、3h。现有一批经过同步化培养的肝癌细胞（实验开始前所有细胞处于a/b时期交界处，实验开始后所有细胞可以立即同步进入b期）和培养细胞所需的各种营养物质作为实验材料，请利用放射性同位素标记技术，设计实验证明b、c时期分别进行DNA复制和转录合成RNA。结合给出的实验思路，请简要写出预期的实验结果（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）。
①思路：将经过同步化培养的肝癌细胞均分为甲、乙两组，向甲、乙组细胞的培养液中分别加入放射性同位素标记的胸腺嘧啶和放射性同位素标记的尿嘧啶，在适宜条件下同时培养两组细胞并定时检测两组细胞的放射性。
②结果：甲组：____________________；
乙组：_______________。
参考答案
C 2．B 3．A 4．A 5．C 6．B 7. D
8．D 9．D 10．C 11．C 12．B 13．D 14．B 15．A
16．U一条单链1、3、4不是
17．含氮碱基蛋白质脱氧核糖1或21：2DD（脱氧核苷酸）的排列顺序双螺旋
18．DNA含有脱氧核糖没有核糖，含有胸腺嘧啶没有尿嘧啶核苷酸中的磷酸基团连接在脱氧核糖的5号碳上，而④中的①磷酸基团连在②脱氧核糖的3号碳上（或者答：①磷酸基团属于上一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸。其他合理也可）125甲组：细胞核DNA在实验开始后的7小时内出现放射性并且放射性逐渐增强，而在8~10小时内放射性不再变化；乙组：细胞质RNA在实验开始后的7小时内无明显放射性，而在8~10小时内出现放射性并且放射性逐渐增强。
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3.2 DNA的结构
新人教版高一下
新知导入
坐落在北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人，你知道为什么将它作为高科技的标志吗？
它标志着生物学的研究进入分子的层次，具有里程碑式的意义。
问题探讨
1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克，共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型。
新知讲解
1951年
1952年
1953年
1962年
威尔金斯、富兰克林
沃森、克里克
沃森、克里克、威尔金斯
新知讲解
思考 讨论
(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的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
(3)DNA中的碱基中，A与T配对；G与C配对，它们位于DNA的内侧。
新知讲解
2、沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？
★要善于利用他人的研究成果和经验；
★要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；
★研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。
讨论—P49
课堂练习
例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
B
新知讲解
1.DNA中文名称：
脱氧核糖核酸
2.组成元素：
C H O N P
3.基本组成单位：
脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸是如何构成DNA分子的呢？
磷酸
碱基
3′
2′
1′
4′
CH2
O
OH
H
H
H
H
H
5′
新知讲解
新知讲解
1.认真观察教材P50图3—8DNA分子的结构模式图,回答下列问题:
(1)DNA分子同一条链和两条链中连接相邻两个碱基的结构有何不同
答案:同一条链中连接相邻两个碱基的结构:—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—,而两条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键。
(2)每个DNA分子含有多少个游离的磷酸 每个五碳糖连接多少个磷酸 每个磷酸连接多少个五碳糖
答案:每个DNA分子含有2个游离的磷酸。每个五碳糖连接1个或2个磷酸。每个磷酸连接1个或2个五碳糖。
新知讲解
2.DNA分子中碱基的计算方法与规律。
(1)双链DNA分子中两个互补的碱基总数之间具有怎样的关系 嘌呤总数与嘧啶总数具有怎样的关系 两个非互补碱基之和与另两个非互补碱基之和具有怎样的关系 写出相关的表达式。
答案:两个互补的碱基总数相等,A=T,G=C。双链DNA分子中,嘌呤总数=嘧啶总数,A+G=T+C;(A+G)/(T+C)=1。DNA分子中任一非互补碱基之和相等,且占DNA碱基总数的50%,A+G=T+C=A+C=T+G。
新知讲解
(2)在DNA两互补链中的一条链上,非互补的两个碱基之和的比值[如(A+G)/(T+C)],与对应链中的同类比值具有怎样的关系 互补碱基之和在一条链上,在互补链上及在整个DNA分子中所占比例有何特点
答案:一条链中,非互补的两个碱基之和的比值[如(A+G)/(T+C)],与对应链中的同类比值互为倒数。(A1+G1)/(T1+C1)=(T2+C2)/(A2+G2)。
互补碱基之和在一条链上,在互补链上,在整个DNA分子中所占比例相同。 (A1+T1)/L1总=(A2+T2)/L2总=(A总+T总)/L总;(G1+C1)/L1总=(G2+C2)/L2总=(G总+C总)/L总。 此比例在不同DNA分子中,可有特异性。
新知讲解
(3)知道DNA分子一条链中四种碱基的比值(如A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4),计算其互补链中及整个DNA分子中四种碱基的比值。
答案:其互补链中A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,把A与T、G与C的数值换位即可,而整个DNA分子中A∶T∶G∶C=(1+2)∶(2+1)∶(3+4)∶(4+3)=3∶3∶7∶7。
课堂练习
例2 某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是( )。
C
合作探究
阅读课本P51相关知识，体会模型构建过程，思考：
1.DNA只含有4种脱氧核昔酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗
新知讲解
利用居家可获得的材料构建DNA双螺旋结构模型
理解DNA双螺旋结构：
由磷酸基团和脱氧核糖交替连接在外侧，构成DNA骨架
脱氧核苷酸间由磷酸二酯键连接
DNA两条链反向平行
DNA双螺旋结构内侧碱基互补配对
A和T配对，由两根氢键连接；C和G配对，由三根氢键连接
新知讲解
可能用到的实验材料
利用居家可获得的材料构建DNA双螺旋结构模型
纸板、彩笔、铁丝、筷子、夹子都有可能是你会用到的好材料：
以下DNA结构如何表示？
脱氧核糖
磷酸基团
四种含氮碱基（A、T、C、G）
化学键和氢键
新知讲解
模型搭建需要注意的问题
含氮碱基
脱氧核糖
磷酸基团
核苷酸的结构：磷酸基团、脱氧核糖和含氮碱基如何连接？
请注意示意图上脱氧核糖碳原子的位置
O
1’
2’
3’
4’
5’
新知讲解
模型搭建需要注意的问题
DNA分子的两条链反向平行
碱基互补配对
平面模型构建立体模型
腺嘌呤
胸腺嘧啶
鸟嘌呤
胞嘧啶
新知讲解
沃森和克里克在亲手搭建的DNA双螺旋结构模型前
沃森和克里克在富兰克林、威尔金斯和查哥夫等科学家研究的基础上使用金属片和纸板等模拟DNA的空间结构并成功搭建模型。
课堂总结
板书设计
DNA的结构
一、DNA双螺旋结构模型的构建
二、DNA的结构
三、制作DNA双螺旋结构模型
作业布置
完成学案检测题
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php
