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第2节 DNA的结构
2019版高中生物
同步学案
目标素养
1.分析科学家探索DNA结构的历程,学习科学家持之以恒的科学精神
2.理解、归纳DNA分子的结构特点,并掌握有关的计算规律
3.通过动手制作模型,培养观察能力、动手能力及空间想象能力等,形成结构与功能观
知识概览
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.模型构建者是美国生物学家 沃森 和英国物理学家
克里克 。
2.构建过程
3.意义
DNA双螺旋结构 的揭示是划时代的伟大发现,在生物学的发展中具有里程碑式的意义。
DNA的结构模型属于什么模型
提示:物理模型。
二、DNA的结构
1.组成元素: C、H、O、N、P 。
2.基本单位: 脱氧核苷酸 (4种)。
(1)组成:每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子 碱基 构成,共有4种碱基,分别为A( 腺嘌呤 )、T( 胸腺嘧啶 )、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。
(2)结构简式。
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作 1'-C ,与磷酸基团相连的碳叫作 5'-C 。
3.DNA结构——双螺旋结构
(1)DNA结构图。
DNA的一条单链具有 两 个末端,一端有一个游离的
磷酸基团 ,这一端称作5'-端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'-端。DNA的两条单链走向 相反 ,从双链的一端起始,一条单链是从 5'-端 到 3'-端 的,另一条单链则是从
3'-端 到 5'-端 的。
(2)结构特点。
①DNA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。
②DNA中的 磷酸 和 脱氧核糖 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: A 与T配对, G 与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系,叫作 碱基互补配对 原则。
构成DNA分子的化学元素有哪些 其中N存在于什么部位
提示:C、H、O、N、P,其中N存在于碱基中。
三、制作DNA双螺旋结构模型
1.组装“脱氧核苷酸模型”:利用材料制作若干个 脱氧核糖 、磷酸和碱基,组装成若干个脱氧核苷酸。
2.制作“多核苷酸长链模型”:将若干个脱氧核苷酸依次穿起来,组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须 相等 ,碱基之间能够 互补配对 。
3.制作DNA平面结构模型:按照 碱基互补配对 原则,将两条多核苷酸长链互相连接起来,注意两条链的方向 相反 。
4.制作DNA的立体结构( 双螺旋 结构)模型:扭转DNA平面结构,即可得到一个DNA的双螺旋结构模型。
一 DNA双螺旋结构模型的构建及DNA的结构
重难归纳
1.DNA分子的结构
(1)每个DNA片段中磷酸基团、脱氧核糖、碱基之间的数量比为1∶1∶1,游离的磷酸基团有2个。
(2)一条脱氧核苷酸链中相邻两个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连;两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
(3)每个脱氧核糖(除两端外)连接着2个磷酸,分别在3号、5号碳原子上相连接。
(4)在DNA分子的一条单链中,相邻碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”相连接。
(5)若碱基对有n个,则氢键有2n~3n个;若已知A有m个,则氢键有(3n-m)个。
2.DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
3.DNA指纹图谱的获得及该技术的应用
(1)应用DNA指纹技术时,首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段,然后用电泳的方法将这些片段按大小分开,再经过一系列步骤,最后形成DNA指纹图。
(2)因为每个人的DNA指纹图是独一无二的,所以我们可以通过分析指纹图的吻合程度来确认身份。此技术被广泛应用于刑侦领域、亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。
1.沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型的过程中利用了他人的哪些经验和成果
提示:(1)英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱。
(2)奥地利生物化学家查哥夫提供的信息:在DNA中,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.下图是DNA的结构模式图(部分),据图回答下列问题。
(1)在双链DNA分子中,脱氧核苷酸和碱基的比值是多少 1条单链中的相邻碱基是怎样连接的
提示:1∶1;通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”相连接。
(2)在双链DNA分子中,有几个游离的磷酸基团 1个磷酸与几个脱氧核糖相连 1个脱氧核糖与几个磷酸相连 2条链的碱基通过什么相连
提示:2个;1个或2个;1个或2个;氢键。
(3)若图中1链的序列是5'-ACTGGT-3',那么它的互补链的序列是什么
提示:3'-TGACCA-5'。
3.某同学用纸片、细线等材料及剪刀、针等工具制作了1个DNA双螺旋结构模型。请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分别代表什么
答案:A.磷酸 B.脱氧核糖
(2)如果用线段的条数表示碱基对之间氢键的数目,请用线段连接下列碱基对。
提示:G和C之间靠3个氢键连接,A和T之间有2个氢键:
(3)请画出含3个脱氧核苷酸的DNA单链图。
提示: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。如图:
典例剖析
1.下列关于威尔金斯、富兰克林、查哥夫、沃森和克里克等人在构建DNA结构模型方面的突出贡献的说法,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的量等于T的量、C的量等于G的量
答案:B
解析:在构建DNA结构模型方面,威尔金斯和富兰克林提供了高质量的DNA衍射图谱,A项错误。查哥夫发现了A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量,沃森和克里克在此基础上提出了A与T配对、C与G配对的正确关系,并构建了DNA分子的双螺旋结构模型,B项正确,C、D两项均错误。
2.下列有关DNA双螺旋结构的叙述,错误的是( )
A.DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧
B.DNA中的2条链反向平行
C.DNA中氢键数目和碱基数目一定相等
D.DNA中有2个游离的磷酸基团
答案:C
解析:在双链DNA中,脱氧核糖与磷酸交替连接,排列在外侧,构成DNA的基本骨架,A项正确。DNA中的2条链反向平行,B项正确。A—T间有2个氢键,G—C间有3个氢键,氢键数目和碱基数目不相等,C项错误。DNA的一条单链的5'-端具有1个游离的磷酸基团,DNA由2条反向平行的单链组成,因此有2个游离的磷酸基团,D项正确。
“三看法”判断DNA结构的正误
一看外侧链成键位置是否正确,正确的成键位置为一分子脱氧核糖的5号碳原子上的磷酸基团与相邻脱氧核糖的3号碳原子之间;
二看外侧链是否反向平行;
三看内侧链碱基配对是否遵循碱基互补配对原则。
学以致用
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以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链的基础上,这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基
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,构建出科学的模型
答案:B
解析:沃森和克里克依据威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱及查哥夫提供的有关数据,推算出DNA呈双螺旋结构。
2.下图表示某DNA片段,下列有关该图的叙述,正确的是( )
A.①②③相间排列,
构成DNA分子的基本骨架
B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
C.⑨既容易断裂又容易生成,
所以DNA的稳定性与之无关
D.该DNA片段有2种碱基配对方式,4种脱氧核苷酸
答案:D
解析:①磷酸、②脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成DNA分子的基本骨架。②③与②的5号碳原子连接的磷酸组成胞嘧啶脱氧核苷酸。DNA的稳定性与⑨氢键有关,氢键越多,DNA分子越稳定。该DNA片段有2种碱基配对方式(A与T配对、C与G配对),4种脱氧核苷酸(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)。
二 与DNA相关的计算
重难归纳
1.碱基互补配对原则(如下图所示)
2.DNA分子中碱基数量的计算规律
规律1:在双链DNA分子中,互补碱基两两相等,A=T,C=G,A+G=C+T,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
规律2:在双链DNA分子中,互补的两碱基之和(如A+T或C+G)占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中全部碱基的比例。(单双链转化公式)
规律3:DNA分子一条链中(A+G)/(C+T)的值等于互补链中该比值的倒数,在整个DNA分子中该比值等于1。(不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数)
规律4:DNA分子一条链中(A+T)/(C+G)的值与其互补链和整个DNA分子中(A+T)/(C+G)的值相等。(配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中都相等)
规律5:不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
规律6:若A1/单链中的全部碱基=b,则A1/双链中的全部碱基=b/2。
规律7:若已知A占双链中全部碱基的比例=c,则A1占相应单链中全部碱基的比例无法确定,但最大值可求出,为2c,最小值为0。
碱基数量计算的两个易错点
(1)看清所求的是某种碱基占单链中碱基的比例,还是双链中碱基的比例。
(2)看清题干中给出的数量是多少对碱基,还是多少个碱基。
结合DNA双螺旋结构模型的特点思考下列问题。
1.为什么DNA中嘌呤和嘧啶的数量相等
提示:在DNA中,A总是和T配对,G总是和C配对,所以A=T,G=C,A+G=T+C。
2.为什么(A+T)或(G+C)在整个双链上所占的比例与在每一条单链上所占的比例相等
提示:设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,因为A1=T2,T1=A2,所以另一条链上T2+A2=n%,在整个DNA分子中,A+T=n%。即在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个双链DNA分子中都相等。
3.如果一条单链中(A1+G1)/(T1+C1)=m,则其互补链中(A2+G2)/(T2+C2)的比值是多少
提示:双链DNA分子的一条链中(A1+G1)/(T1+C1)=m,因为A与T配对,G与C配对,所以其互补链中(T2+C2)/(A2+G2)=m,即(A2+G2)/(T2+C2)=1/m。
4.若某双链DNA分子中具有n个碱基对,则该DNA分子可有多少种排列方式
提示:4n种。
典例剖析
某双链DNA分子中含有200个碱基对,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4。下列有关该DNA分子的叙述,正确的是( )
A.含有4个游离的磷酸基团
B.含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个
C.4种碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
D.可能的碱基排列方式共有4200种
答案:C
解析:每条单链各有1个游离的磷酸基团,所以双链DNA分子应该有2个游离的磷酸基团。该DNA分子中含有200个碱基对,一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,根据双链中(A+T)所占的比例=单链中(A+T)所占的比例可知,双链DNA分子中(A+T)占3/10,再根据A=T可知,A和T各占3/20,故腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为200×2×(3/20)=60(个)。双链中A和T分别占3/20,则C和G分别占7/20,故A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7。在碱基比例不确定的情况下,可能的碱基排列方式共有4n种,n为碱基对数,即共有4200种,而该DNA分子碱基比例已确定,故可能的碱基排列方式小于4200种。
解答碱基计算题目的三个步骤
第一步:搞清题中所给出的碱基数或碱基数的和是占单链的比例还是双链的比例,所求的是占整个DNA的比例还是占其中一条链的比例。
第二步:画出一个DNA模式图,并在图中标出已知和所求的碱基。
第三步:根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。
学以致用
1.某双链DNA分子中(A+T)占整个DNA分子碱基总数的38%,其中一条链(a链)中的G占该链碱基总数的21%,那么,对应的另一条互补链(b链)中的G占该链碱基总数的比例是( )
A.41% B.38%
C.28% D.21%
答案:A
解析:在整个DNA分子中(A+T)占38%,则(G+C)占62%。在a链中,(G+C)占62%,G占21%,所以C占41%。根据碱基互补配对原则可知,在b链中G占41%。
2.某双链DNA分子的一条单链中,(A+G)/(T+C)=0.4。上述比例在其互补链和整个双链DNA分子中分别为( )
A.0.4、0.6 B.2.5、1.0
C.0.4、0.4 D.0.6、1.0
答案:B
解析:根据碱基互补配对原则可知,在整个双链DNA分子中,(A+G)/(T+C)的值为1.0。在双链DNA分子中,一条链上的(A+G)/(T+C)的值与另一条链上的(A+G)/(T+C)的值互为倒数,因而互补链中(A+G)/(T+C)=2.5。
1.下列关于DNA的描述,错误的是( )
A.每个DNA都由2条脱氧核苷酸链缠绕而成
B.双链DNA 2条链上的碱基严格遵循碱基互补配对原则
C.双链DNA上互补的碱基之间以氢键相连
D.双链DNA的2条链反向平行排列
答案:A
解析:DNA一般由2条链组成,有的DNA是单链结构,A项错误。DNA 2条链上的碱基遵循A与T配对、G与C配对的碱基互补配对原则,B项正确。双链DNA上互补的碱基由氢键连接形成碱基对,C项正确。双链DNA的2条链从方向上看是反向平行的,D项正确。
2.有1对由氢键连接的脱氧核苷酸,已知它的结构中有1个腺嘌呤,则它的其他组成应是( )
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
答案:C
解析:根据碱基互补配对原则可知,另1个碱基为T。除碱基外,2个脱氧核苷酸还含有2个磷酸和2个脱氧核糖。
3.某双链DNA分子中有4 000个碱基对,其中胞嘧啶有2 200个,这个DNA中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是( )
A.4 000个和900个
B.4 000个和1 800个
C.8 000个和1 800个
D.8 000个和3 600个
答案:C
解析:双链DNA分子中有4 000个碱基对,所以含有8 000个脱氧核苷酸,每个脱氧核苷酸含有1个碱基。不互补的2种碱基之和占全部碱基数的50%,即A+C=4 000(个),又因C有2 200个,故A有1 800个。
4.下图是4名同学制作的DNA部分平面结构模型,正确的是( )
答案:C
5.某基因中腺嘌呤占全部碱基的15%,胞嘧啶占全部碱基的( )
A.15% B.35%
C.70% D.85%
答案:B
解析:双链DNA分子中任意2个不互补的碱基之和占碱基总数的50%,即A+C=50%,A=15%,所以C=35%。
6.下图表示某大肠杆菌DNA结构的片段,据图回答下列问题。
(1)图中①表示 ,②表示 。①②③结合在一起的结构叫 。
(2)③有 种,中文名称分别是 。
(3)DNA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物质的是 。
(5)脱氧核苷酸中,磷酸基团和碱基分别连在脱氧核糖的
和 上。
答案:(1)磷酸 脱氧核糖 脱氧核苷酸
(2)2 鸟嘌呤、胞嘧啶
(3)氢键
(4)碱基
(5)5'-C 1'-C
解析:题图所示为DNA片段,①代表磷酸基团,②是脱氧核糖,③④代表碱基。2条链之间通过碱基对间的氢键相连。新人教必修2课后习题
3.2 DNA的结构
一、选择题
1.1953年,沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型,其重要意义在于( )
①证明DNA是遗传物质 ②确定DNA是染色体的组成成分 ③发现DNA如何储存遗传信息 ④为DNA复制机制的阐明奠定基础
A.①③ B.②③
C.②④ D.③④
答案:D
解析:DNA双螺旋结构模型的构建为DNA复制机制的阐明奠定了基础,使人们认识到DNA通过碱基的排列顺序来储存遗传信息,③④正确。
2.下列是脱氧核苷酸的结构图,正确的是( )
答案:D
解析:组成脱氧核苷酸的各种分子间正确的连接方式是磷酸—脱氧核糖—碱基,并且碱基应连接在脱氧核糖的1'-C上,磷酸连接在脱氧核糖的5'-C上。
3.下面关于DNA分子结构的叙述,错误的是( )
A.每个DNA分子中通常都含有4种脱氧核苷酸
B.DNA分子的2条链反向平行
C.DNA 2条链上的碱基以氢键相连,且A与T配对,G与C配对
D.DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着1个磷酸和1个碱基
答案:D
解析:只有位于脱氧核苷酸链末端的脱氧核糖才连接着1个磷酸和1个碱基,其他部位的脱氧核糖总是连接着2个磷酸和1个碱基。
4.下图是一个DNA分子的片段,从图中不能得到的信息是( )
A.DNA是双螺旋结构
B.碱基严格互补配对
C.嘌呤数等于嘧啶数
D.两条脱氧核苷酸链反向平行
答案:D
解析:由图示可以看出,DNA是双螺旋结构,且两条链之间的碱基严格互补配对,即嘌呤数等于嘧啶数。从图中不能看出两条链的方向。
5.在DNA分子的1条单链中,相邻的碱基A与T是通过下列哪种结构连接起来的 ( )
A.氢键
B.脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
C.肽键
D.磷酸—脱氧核糖—磷酸
答案:B
解析:DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸,1分子脱氧核苷酸由1分子磷酸、1分子碱基和1分子脱氧核糖组成,DNA单链中相邻的碱基是通过2个脱氧核糖和1个磷酸连接起来的。
6.在“制作DNA双螺旋结构模型”实验中,如果用一种长度的塑料片代表A和G,用另一种长度的塑料片代表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,因为嘌呤必定与嘧啶互补
B.粗细相同,因为嘌呤与嘧啶的空间尺寸相似
C.粗细不同,因为嘌呤不一定与嘧啶互补
D.粗细不同,因为嘌呤与嘧啶的空间尺寸不同
答案:A
解析:虽然嘌呤和嘧啶的长度不同,但由于碱基互补配对原则,嘌呤总是与嘧啶配对,所以整个模型粗细相同。
7.构成DNA分子的碱基有4种,下列碱基数量比因生物种类的不同而不同的是( )
A.(A+C)/(T+G) B.(A+G)/(T+C)
C.(A+T)/(G+C) D.G/C
答案:C
解析:构成DNA分子的碱基中A与T配对,C与G配对,所以A、B、D三项的比值均为1。不同的DNA分子中(A+T)/(G+C)的比值不同。
8.所谓“DNA指纹”就是把DNA作为像指纹那样的独特特征来识别不同的人。DNA指纹技术的依据是不同人的DNA中有不同的( )
A.碱基种类
B.脱氧核糖排列顺序
C.磷酸排列顺序
D.碱基排列顺序
答案:D
解析:每个DNA分子中都含有A、T、C、G 4种碱基,即不同DNA分子中的碱基种类相同,A项错误。磷酸、脱氧核糖的排列顺序是不变的,它们交替连接排列在外侧,构成DNA分子的基本骨架,B、C两项错误。每个特定的DNA分子中具有特定的碱基排列顺序,而特定的碱基排列顺序代表着遗传信息,所以这种特定的碱基排列顺序决定了DNA分子的特异性,也为DNA指纹技术奠定了基础,D项正确。
二、非选择题
9.阅读以下材料,回答相关问题。
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E.Chargaff研究不同生物的DNA时发现,在DNA中,A的量总是等于T的量,G的量总是等于C的量,但(A+T)与(G+C)的比值是不固定的。
材料三 根据R.E.Franklin等人对DNA晶体的X射线衍射分析,DNA分子由许多“亚单位”组成,且每一层的间距为3.4埃,而且整个DNA分子长链的直径是恒定的。
(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的量总是等于T的量,G的量总是等于C的量,说明 。
(4)(A+T)与(G+C)的比值不固定,说明 。
(5)R.E.Franklin等人提出的DNA分子中的“亚单位”实际上是 ;亚单位的间距是3.4埃,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的碱基之间的关系是 ,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
10.下图是DNA片段的结构示意图,据图完成下列问题。
甲
乙
(1)图甲是DNA片段的 结构,图乙是DNA片段的 结构。
(2)从图中可以看出DNA分子中的两条长链是由 和 交替连接的;排列在内侧的是 。
(3)连接配对碱基对的是 ,碱基配对的方式是严格的,即 配对, 配对。
(4)根据图甲可以看出,组成DNA分子的两条链的方向是 的;根据图乙可以看出,组成DNA分子的两条链相互缠绕成规则的 结构。
答案:(1)平面 立体
(2)脱氧核糖 磷酸 碱基对
(3)氢键 A与T G与C
(4)反向平行 双螺旋
等级考素养提升
一、选择题
1.右图为核苷酸链结构图,下列叙述错误的是( )
A.能构成一个完整核苷酸的是图中的a和b
B.图中与每个五碳糖直接相连的碱基有1个
C.各核苷酸之间是通过化学键③连接起来的
D.该核苷酸链的5'-端具有1个游离的磷酸基团
答案:A
解析:核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子碱基组成,且磷酸连接在五碳糖的5'-C上,碱基连接在五碳糖的1'-C上。图中能构成一个完整核苷酸的是a,b中的磷酸不属于该核苷酸的组成部分。
2.现已知基因M含有碱基N个,腺嘌呤n个,具有类似如下图所示的平面结构。下列说法正确的是( )
A.基因M共有4个游离的磷酸基团,氢键数目为(1.5N+n)个
B.图中a可以代表基因M,基因M的等位基因m可以用b表示;a链含有A的比例最多为2n/N
C.基因M的双螺旋结构中脱氧核糖和磷脂交替排列在外侧,构成基本骨架
D.基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等
答案:D
解析:基因M的每一条链有1个游离的磷酸基团,故基因M共有2个游离的磷酸基团,氢键数为(1.5N-n)个。基因是由2条脱氧核苷酸链组成的,图中a和b共同组成基因M。双螺旋结构中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧,构成基本骨架。
3.用卡片构建DNA的平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如下表所示。下列说法正确的是( )
卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基
A T G C
卡片数量/个 10 10 2 3 3 2
A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对
B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D.可构建45种具有不同碱基序列的DNA
答案:B
解析:提供的碱基A为2个,C为2个,结合碱基互补配对原则可知,最多可构建4个脱氧核苷酸对。构成的双链DNA片段中,A与T间的氢键最多有4个,G与C间的氢键最多有6个,即最多有10个氢键。DNA分子中位于3'-端的脱氧核糖与1分子磷酸相连,其他脱氧核糖均与2分子磷酸相连。4个碱基对最多可构建44种具有不同碱基序列的DNA,但本题已限定了各种碱基的数量,所以可构建的具有不同碱基序列的DNA的种类应小于44种。
4.下列有关DNA分子结构的叙述,错误的是( )
A.DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替排列形成的
B.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数
C.DNA分子的2条核糖核苷酸链反向平行构成双螺旋结构
D.G的含量为30%的双链DNA分子比T的含量为40%的DNA分子稳定性强
答案:C
解析:DNA分子中的脱氧核糖与磷酸交替连接,构成DNA双螺旋结构的基本骨架,A项正确。2条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对时遵循碱基互补配对原则,即A与T配对,G与C配对,据此可推知,双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数,B项正确。DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸,DNA分子由2条脱氧核苷酸链反向平行构成双螺旋结构,C项错误。DNA分子含有的氢键数越多,其结构越稳定,在每个双链DNA分子中,碱基对A—T之间有2个氢键,C—G之间有3个氢键,所以G的含量为30%的双链DNA分子含氢键数比T的含量为40%的DNA分子含氢键数多,因此稳定性更强,D项正确。
5. 下列关于双链DNA分子的叙述,错误的是( )
A.若一条单链中的A与T的数目相等,则另一条单链中的A与T的数目也相等
B.若一条单链中的G的数目为C的2倍,则另一条单链中的G的数目为C的1/2
C.若一条单链中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则另一条单链相应碱基比为2∶1∶4∶3
D.若一条单链中G∶T=1∶2,则另一条单链中C∶A=2∶1
答案:D
解析:双链DNA分子中A与T的数目相等,若一条单链中的A与T的数目相等,则另一条单链中的A与T的数目也相等。双链DNA分子中G与C的数目相等,若一条单链中的G的数目为C的2倍,则另一条单链中的G的数目为C的1/2。若一条单链中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则另一条单链中相应碱基比为2∶1∶4∶3。若一条单链中G∶T=1∶2,则另一条单链中C∶A=1∶2。
6.(不定项选择题)下列关于下图中“A”的含义的表述,正确的有( )
A.图甲中的“A”代表腺苷
B.图乙中的“A”代表腺嘌呤核糖核苷酸
C.图丙中的“A”代表腺嘌呤脱氧核苷酸
D.图丁中的“A”代表腺嘌呤
答案:AD
解析:图甲中的“A”代表腺苷。图乙中的“A”代表腺嘌呤脱氧核苷酸。图丙中的“A”代表腺嘌呤核糖核苷酸。图丁中的“A”代表腺嘌呤。
二、非选择题
7.下图是某DNA分子的局部组成示意图,请据图回答下列问题。
(1)写出图中下列序号代表结构的中文名称:
① ,⑦ ,⑧ ,⑨ 。
(2)图中DNA片段中有 个碱基对,该DNA分子应有 个游离的磷酸基团。
(3)从方向来看,DNA的2条单链 ;从碱基关系来看,2条单链 。
(4)如果将含14N的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中,此图中所示的 (填序号)可测到15N。若细胞在该培养液中分裂4次,该DNA分子也复制4次,得到的子代DNA分子中含14N和15N的比例为 。
(5)若该DNA分子共有a个碱基,其中含腺嘌呤m个,则该DNA分子复制4次,需要游离的胞嘧啶为 个。
答案:(1)胞嘧啶 脱氧核糖 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 1条脱氧核苷酸链的片段
(2)4 2
(3)反向平行 互补
(4)①②③④⑥⑧⑨ 1∶8
(5)15a/2-15m
解析:(1)图中①是胞嘧啶,⑦是脱氧核糖,⑧是胸腺嘧啶脱氧核苷酸,⑨是1条脱氧核苷酸链的片段。(2)该DNA片段中有4个碱基对,该DNA分子有2个游离的磷酸基团。(3)DNA的2条单链反向平行。(4)该DNA分子复制4次,得到16个DNA分子,含14N的有2个,全部DNA分子都含15N。(5)由题意可知,该DNA分子中含有的胞嘧啶数为(a-2m)/2个,复制4次需要的胞嘧啶数为15(a-2m)/2个,即(15a/2-15m)个。
8.不同生物或生物体不同器官(细胞)的DNA分子中配对的碱基之和的比值如下表所示,请回答下列问题。
生物或 器官 (细胞) 酵母 菌 小麦 人 兔 牛
肝 胰 脾 肾 精子 肺
1.08 1.21 1.52 1.43 1.43 1.43 1.30 1.29 1.30
(1)表中可见,不同生物的DNA分子中(A+T)/(G+C)的比值显著不同,这一事实表明,DNA分子结构具有 。
(2)牛的肾和肺的(A+T)/(G+C)的比值相同,原因是 ;
但精子与肾和肺的(A+T)/(G+C)的比值稍有差异,原因是 。
(3)表中所列生物的DNA分子中,(A+C)/(G+T)或(A+G)/(T+C)的比值差异显著吗 。因为 。
(4)比较表中不同生物的(A+T)/(G+C)的比值, 中DNA分子的热稳定性最高,原因是 。
答案:(1)特异性
(2)它们是由同一受精卵经有丝分裂产生的体细胞构成的 精子是减数分裂的产物,虽然X、Y染色体是一对同源染色体,但X、Y染色体上的DNA分子有差异
(3)不显著 比值相等,均为1
(4)酵母菌 酵母菌DNA分子中G—C碱基对所占比例最大
解析:(1)对于双链DNA分子而言,互补碱基和之比在不同生物体内有显著差异,体现了DNA分子的特异性。(2)在同一生物体内,所有的体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂,因而各体细胞内DNA分子相同,其配对碱基之和的比值也相同。(3)无论在哪种生物体内,双链DNA分子中A=T,G=C,所以(A+C)/(G+T)或(A+G)/(T+C)的比值均为1。(4)G—C碱基对含量越高,DNA分子的热稳定性越高。
