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第二节 DNA分子的结构和复制
第1课时 DNA分子的结构
第二章 遗传的分子基础
课标内容要求
核心素养对接
必备知识·自主预习储备
01
瑞典
不对称的
电子
查哥夫
胸腺嘧啶(T)
鸟嘌呤(G)
DNA分子的X射
线衍射图片
两条链
沃森
克里克
双螺旋
反向平行
磷酸
氢键
碱基互补配对
碱基对不同的排列顺序
碱基对排列顺序
特定碱基对
的排列顺序
分子结构
如何复制
如何传递
关键能力·重难探究达成
02
核心点一
核心点二
应用创新·问题情境探究
03
学习效果·随堂评估自测
04
点击右图进入…
课
时
分
层
作
业
谢谢观看 THANK YOU!
W
两个氢键
与交替
5'
3'
连接构成基本骨架
P
含氮碱基
脱氧核糖
3'
51
浅仰芹
团而
AI
D
氢键
〉T
Cd
风回
3'
5'
DNA分子的结构层次
0
①
A
2
④
3
G
T
Q
5
我仰
h
团结守纪勤学春
设计和制作DNA分子双螺旋结构模型
DNA分子的组成
碱基互补配对
平面结构
DNA分子的双
原则
螺旋结构模型
立体结构
碱基相关计算
沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜第二节 DNA分子的结构和复制
第1课时 DNA分子的结构
1．概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码遗传信息。2．DNA中碱基的排列顺序编码遗传信息。 1．生命观念——说明DNA双螺旋结构模型的特点。2．科学思维——思考在DNA分子中碱基的比例和数量之间的规律，总结有关碱基计算的方法和规律。3．科学探究——动手制作模型，培养观察能力、空间想象能力、分析和理解能力。
一、沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜
1．20世纪30年代后期，瑞典科学家证明了DNA分子是不对称的。
2．20世纪40年代后期，科学家又用电子显微镜观察，并通过计算得出DNA分子的直径约为2 nm。
3．1951年，奥地利科学家查哥夫(E．Chargaff，1905—2002)在定量分析几种生物DNA分子的碱基组成后，发现DNA分子中腺嘌呤(A)的量总与胸腺嘧啶(T)的量相当，鸟嘌呤(G)的量总与胞嘧啶(C)的量相当。
4．1952年，英国科学家富兰克林获得了一张DNA分子的X射线衍射图片。她通过解析，推断DNA分子可能由两条链组成。
5．1953年，两位年轻科学家沃森和克里克，提出了DNA分子的双螺旋结构模型。
二、DNA分子的双螺旋结构模型
1．平面结构
2．立体结构
项目 特点
形态 由两条脱氧核苷酸链按照反向平行方式盘旋成双螺旋结构
主链 外侧 由脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架
内侧 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对
碱基对 遵循碱基互补配对原则，A与T配对、G与C配对
3．DNA的结构特性
(1)多样性：DNA分子中碱基对不同的排列顺序可能代表不同的遗传信息，而碱基对排列顺序的千变万化导致了DNA分子的多样性。
(2)特异性：DNA分子能够储存大量的遗传信息，特定碱基对的排列顺序构成了DNA分子的特异性。
4．意义：DNA分子双螺旋结构模型，不仅揭示了DNA的分子结构，还为探索遗传物质如何复制、遗传信息如何传递等重大问题提供了全新思路。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．DNA彻底水解的产物是四种脱氧核苷酸。 ( )
2．DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过氢键相连。 ( )
3．DNA分子中G、C碱基的比例越高，分子结构的稳定性越高。 ( )
4．DNA分子中的嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 ( )
5．双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)存在特异性。 ( )
6．双链DNA分子中的每个磷酸都与2个五碳糖连接。 ( )
提示：1．× DNA初步水解的产物是四种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是含氮碱基、磷酸和脱氧核糖。
2．× DNA分子两条链的碱基之间通过氢键相连，一条链上的两个碱基则通过脱氧核糖、磷酸和脱氧核糖相连。
3．√ 4．√
5．× 双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1，不存在特异性。
6．× 双链DNA分子中大多数磷酸与2个五碳糖连接，位于末端的磷酸只与1个五碳糖连接。
DNA分子的结构
1．DNA分子的结构及基本数量关系
(1)每个双链DNA片段中磷酸∶脱氧核糖∶碱基＝1∶1∶1。
(2)每个双链DNA片段中游离的磷酸基团有2个，环状DNA无游离的磷酸基团。
(3)DNA片段中，除游离的磷酸基团外，每个磷酸基团与2个脱氧核糖相连。
(4)DNA片段中，除3′端的两个脱氧核糖外，每个脱氧核糖与2个磷酸基团相连。
2．DNA分子的结构特性
(1)稳定性：DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性：DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样，构成了DNA的多样性→遗传信息的多样性→生物多样性。
(3)特异性：每种DNA分子有别于其他DNA分子的特定碱基对的排列顺序。
坐落在北京中关村高新科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的造型吸引着过往行人，它象征着中关村生生不息的精神，寓意创新的生命更加顽强。
(1)该双螺旋模型代表的双链之间通过什么化学键连接？
提示：氢键。
(2)该双螺旋模型代表的双链长度是否相等？为什么？
提示：相等。两条链之间通过碱基互补配对，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等。
(3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪一组成成分中？
提示：N存在于含氮碱基中，P存在于磷酸基团中。
(4)DNA若进行初步水解和彻底水解，则产物分别是什么？
提示：初步水解的产物是脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。
1．(多选)如图是人体细胞中某DNA片段结构示意图。下列有关叙述正确的是( )
A．图中X代表磷酸基团，A代表腺嘌呤
B．DNA的基本骨架是N所示的化学键连接的碱基对
C．每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基
D．DNA双链中，嘌呤总数等于嘧啶总数
AD [图中X代表磷酸基团，A代表腺嘌呤，A项正确；脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA的基本骨架，B项错误；每条链3′端的脱氧核糖上连着一个磷酸，C项错误；DNA双链中，嘌呤与嘧啶配对，嘌呤总数等于嘧啶总数，D项正确。]
DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
2．如图为DNA分子结构的部分片段示意图，下列有关叙述正确的是( )
A．双螺旋结构使DNA分子具有较强的特异性
B．DNA分子两条链上的碱基随机配对，导致了DNA分子的多样性
C．④结构可表示腺嘌呤脱氧核苷酸
D．生活在高温环境中的生物，其DNA中⑤所占比例相对较高
D [双螺旋结构使DNA分子具有较强的稳定性，每个DNA分子中特定的碱基对的排列顺序使DNA分子具有较强的特异性，A错误；DNA分子两条链上碱基的配对遵循碱基互补配对原则，碱基对排列顺序的千变万化导致了DNA分子的多样性，B错误；根据碱基互补配对原则，④为胸腺嘧啶脱氧核苷酸，C错误；⑤为C—G碱基对，C与G之间有3个氢键，而A与T之间只有2个氢键，因此C—G的含量越高，DNA分子热稳定性越好，D正确。]
DNA分子碱基数量的计算
1．碱基互补配对原则
A—T，G—C，如图所示。
2．有关推论
(1)规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即“嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数”。
注意：一个双链DNA分子中，A＋T与C＋G不一定相等，而且一般都不相等。
(2)规律二：在双链DNA分子中，A＋T或C＋G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A＋T或C＋G所占的比例。
由图知：A1＋T1＋G1＋C1＝m，A2＋T2＋G2＋C2＝m，整个双链DNA分子上的碱基总数为2m。
因为A1＝T2、T1＝A2，则A1＋T1＝A2＋T2，A＋T＝(A1＋T1)＋(A2＋T2)，＝＝
(3)规律三：在DNA双链中，一条单链的的值与另一条互补单链的的值互为倒数关系。简记为“不配对的碱基和之比在两条单链中互为倒数”。
注意：在整个DNA分子中该比值等于1。
(4)规律四：DNA分子双链中，一条单链的的值，与另一条互补链的的值是相等的，也与整个DNA分子中的的值是相等的。
注意：综合规律三、四可简记为“补则等，不补则倒”。
(5)规律五：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。
(6)规律六：若＝b%，则＝%。
(7)规律七：若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例无法确定，但最大值为2c%，最小值为0。
碱基数量计算的两个易错点
(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。
3．下列有关DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其互补链中碱基数目比值的关系图，不正确的是( )
A B
C D
C [本题主要考查对DNA分子碱基互补配对原则的理解。双链DNA分子中，(A＋C)/(T＋G)一定等于1，故A项正确；在DNA分子中，存在(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)，故B、D项正确；当一条链中存在(A1＋C1)/(T1＋G1)＝1时，其互补链中存在(A2＋C2)/(T2＋G2)＝(T1＋G1)/(A1＋C1)＝1，C项错误。]
4．DNA分子的两条链通过碱基对之间的氢键相互连接。其中A—T之间有2个氢键、C—G之间有3个氢键。氢键数目越多，DNA分子越稳定。下列相关叙述正确的是( )
A．核苷酸数目相同的2个DNA分子，其氢键数目一定相同
B．某双链DNA分子的一条链中A占30%，另一条链中A占28%，则该DNA分子中A—T之间的氢键数目要多于C—G之间的氢键数目
C．长度相同的双链DNA分子，由于(A＋C)/(G＋T)值不同，它们的稳定性也不同
D．若某个DNA分子一条链上A∶T∶C∶G＝1∶2∶3∶4，则整个DNA分子中A占15%
D [A—T之间有2个氢键、C—G之间有3个氢键，因此核苷酸数目相同的2个DNA分子，其氢键数目不一定相同，A错误；A与T配对，某双链DNA分子的一条链中A占30%，另一条链中A占28%，则整个DNA分子中A—T的比例＝30%＋28%＝58%，C—G的比例＝1－58%＝42%，由于A—T之间有2个氢键、C—G之间有3个氢键，该DNA分子中A—T之间的氢键数目(碱基对数×58%×2)要少于C—G之间的氢键数目(碱基对数×42%×3)，B错误；A＝T，C＝G，则A＋C＝G＋T，不同的双链DNA分子，(A＋C)/(G＋T)的值相等，都等于1，C错误；DNA分子一条链上A占10%，T占20%，则另一条链上A占20%，整个DNA分子中A占(10%＋20%)/2＝15%，D正确。]
如图为某一同学利用纸片、橡皮泥、订书钉等制作的DNA模型的局部图。
建构DNA的物理模型，可形象而概括地反映DNA分子结构的共同特征，加深对DNA结构特点的认识和理解，培养学生模型与建模的科学思维能力。
1．该双螺旋模型代表的双链长度是否相等？为什么？(科学思维)
提示：相等；两条链之间通过碱基互补配对，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等。
2．在该模型的搭建实验中，若用订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有4个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为多少？(科学思维)
提示：构建一个DNA的基本单位需要2个订书钉，构建一个含10对碱基的DNA双链片段，首先要构建20个基本单位，需要40个订书钉；将两个基本单位连在一起需要一个订书钉，连接10对碱基组成的DNA双链片段，需要将20个基本单位连成两条链，需要18个订书钉；碱基A有4个，A＝T＝4，那么G＝C＝6，A和T之间有两个氢键，G和C之间有三个氢键，碱基对之间的氢键需要4×2＋6×3＝26个订书钉连接。故需要40＋18＋26＝84个订书钉。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 要 点 强 化 识 记
结论语句(1)DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，DNA双链是反向平行的关系。(2)DNA分子外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，内侧由氢键相连的碱基对组成。(3)双链DNA分子中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，即A＋G＝T＋C。(4)DNA具有多样性和特异性，DNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息。
1．在DNA分子的一条单链中，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—
B [在DNA分子的一条单链中，相邻碱基之间的连接是脱氧核苷酸之间的连接，故相邻的碱基A与T之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”彼此连接起来的，B正确。]
2．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a链上的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．41% B．38% C．28% D．21%
A [在整个DNA分子中，A＋T＝38%，则G＋C＝62%。在a链上G＋C＝62%，由G＝21%，推知C＝62%－21%＝41%。根据碱基互补配对原则可知，在b链上G＝41%。]
3．关于DNA双螺旋结构的特点，下列叙述错误的是( )
A．DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成
B．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧
C．碱基对构成DNA的基本骨架
D．两条链之间的碱基配对方式为A与T配对，G与C配对
C [DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链反向平行，形成规则的双螺旋结构，A项正确；脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA的基本骨架，B项正确，C项错误；两条链之间的碱基配对方式为A与T配对，G与C配对，D项正确。]
4．已知一个DNA中有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤有600个，这个DNA中脱氧核苷酸数目和腺嘌呤的数目依次是( )
A．2 000个和200个 B．2 000个和400个
C．1 000个和400个 D．1 000个和600个
B [一个脱氧核苷酸含有1个碱基，因此DNA分子中碱基数目与脱氧核苷酸数目相同。已知1个DNA分子中有1 000个碱基对，则这个DNA中含有2 000个脱氧核苷酸。双链DNA中，非互补配对的碱基之和占碱基总数的一半。已知一个DNA中有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤有600个，则这个DNA中腺嘌呤的数目为1 000－600＝400个。故选B。]
5．如图为DNA片段的结构图，请据图回答下列问题。
甲 乙
(1)图甲是DNA片段的________结构，图乙是DNA片段的________结构。
(2)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__________________________________和________________交替连接排列在外侧，构成DNA的基本骨架。
(4)连接碱基对的⑦是________，碱基配对的方式如下：即________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______________结构。
[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单链片段，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DNA的基本骨架。(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。
[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 规则的双螺旋
1/12课时分层作业(10) DNA分子的结构
题组一 沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜
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的量等于T的量、C的量等于G的量
B [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，A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正确，C、D错误。]
2．1953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是主要的遗传物质
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
D [沃森、克里克的DNA双螺旋结构模型的构建，为DNA中储存着遗传信息和人们后来阐明DNA复制机制奠定了基础。]
3．(2021·江苏连云港期末)沃森和克里克受富兰克林的DNA分子的X射线衍射图片的启发，于1953年提出了DNA分子的双螺旋结构模型。下列关于DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是( )
A．DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸
B．一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接
C．两条单链上的碱基通过氢键形成碱基对，其中G与C之间形成三个氢键
D．在DNA分子的基本组成单位中，磷酸连接在脱氧核糖的4′碳原子上
D [在DNA分子的基本组成单位中，磷酸连接在脱氧核糖的5′碳原子上，D错误。]
题组二 DNA分子的双螺旋结构模型
4．下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是( )
A．双链DNA分子中含有两个游离的磷酸基团
B．DNA的一条单链上相邻的碱基之间通过氢键连接
C．嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定
D．DNA分子两条链反向平行
B [DNA每条脱氧核苷酸链的一端有一个游离的磷酸基团，双链DNA分子中含有两个游离的磷酸基团，A正确；一条单链上相邻碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖相连，B错误；碱基互补配对原则中，A与T配对、G与C配对，C正确；DNA双螺旋结构是由两条反向平行的脱氧核苷酸链构成的，D正确。]
5．(2021·江苏无锡期末)如图为某DNA片段的结构图，下列有关该图的叙述正确的是( )
A．①②③交替连接，构成DNA分子的基本骨架
B．每个脱氧核糖都连接2个磷酸基团
C．⑨虽然易断裂、易形成，但DNA稳定性还是与之有关
D．该DNA片段中有2种碱基配对方式，4种核糖核苷酸
C [①是磷酸，②是脱氧核糖，①②交替连接，构成DNA分子的基本骨架，A错误；该DNA分子两条链中末端的脱氧核糖连接1个磷酸基团，B错误；⑨是氢键，其易断裂、易形成，与DNA稳定性有关，C正确；该DNA片段有2种碱基配对方式，4种脱氧核苷酸，D错误。]
6．已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( )
A．34%和16% B．34%和18%
C．16%和34% D．32%和18%
A [已知某双链DNA分子中，G＋C＝34%，则A＋T＝100%－34%＝66%，即一条链中G＋C＝34%，A＋T＝66%，该链中C＝18%，T＝32%，则G＝34%－18%＝16%，A＝66%－32%＝34%。根据碱基互补配对原则，在它的互补链中，C＝16%，T＝34%。]
7．不同生物或生物体不同器官(细胞)的DNA分子中有关碱基比例如下表：
生物或器官(细胞) 酵母菌 小麦 人 猪 牛
肝 胰 脾 肾 精子 肺
(A＋T)/(G＋C) 1.08 1.21 1.52 1.43 1.43 1.43 1.30 1.29 1.30
(1)表中可见，不同种生物的DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值显著不同，这一事实表明，DNA分子结构具有________。
(2)牛的肾和肺的DNA比例相同，原因是________________________________________；但精子与肾和肺的DNA碱基比例稍有差异，原因是___________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)表中所列生物的DNA分子中，(A＋C)/(G＋T)或(A＋G)/(T＋C)的值差异显著吗？__________。因为________________________________________。
(4)比较表中不同生物的DNA的碱基比例，___________________________
中DNA分子热稳定性最高，原因是_________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[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，其碱基比例也相同。(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)的比例均为1。(4)G—C碱基对比例越高，DNA分子热稳定性越高。
[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 无论是在哪种生物体内，双链DNA分子中A＝T，G＝C，所以(A＋C)/(G＋T)或(A＋G)/(T＋C)的比例均为1 (4)酵母菌 酵母菌DNA分子中，G—C碱基对含量比例最大
8．下图为一段DNA空间结构和平面结构示意图，请据图回答下列问题。
图一 空间结构 图二 平面结构
(1)从图一中可以看出DNA具有规则的________结构，从图二中可以看出DNA由__________条平行且走向________的长链组成。在真核细胞中，DNA的主要载体是________。
(2)图二中1代表的化学键为________。与图二中碱基2相配对的碱基是________(填中文名称)；由3、4、5组成的结构称为________脱氧核苷酸。
(3)不同生物双链DNA中嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数的比值为________。
(4)若在一单链中，(A＋T)/(G＋C)＝n时，在另一互补链中上述比例为__________，在整个DNA中上述比例为________。
(5)若含有400个碱基的某DNA片段中，氢键共有550个，则该DNA片段中腺嘌呤有________个。
[解析] DNA是由两条链组成的，这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。在真核细胞中，DNA的主要载体是染色体，存在于细胞核中；另外，在细胞质中如线粒体和叶绿体中也含有DNA。所以说，线粒体和叶绿体也是DNA的载体。按照碱基互补配对原则，DNA双链中，A与T配对、G与C配对，且DNA中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数，两者的比值等于1。一条单链上(A1＋T1)/(G1＋C1)＝n，根据碱基互补配对原则，与该链互补的另一条链上(T2＋A2)/(C2＋G2)＝n，整个DNA中(A＋T)/(G＋C)＝(A1＋A2＋T1＋T2)/(G1＋G2＋C1＋C2)＝(2A1＋2T1)/(2G1＋2C1)＝n。(5)A、T之间有两个氢键，C、G之间有三个氢键，DNA片段中有400个碱基，共200个碱基对，若A、T碱基对是x个，则C、G碱基对有(200－x)个，则有2x＋3(200－x)＝550，解得x＝50，所以该DNA片段中腺嘌呤有50个。
[答案] (1)双螺旋 两 相反 染色体(或染色质) (2)氢键 鸟嘌呤 腺嘌呤 (3)1 (4)n n (5)50
题组三 设计和制作DNA分子双螺旋结构模型
9．某同学利用不同形状(圆形、五边形、长方形)、不同颜色的纸片，订书钉等为材料，建构含20个碱基对(其中碱基A有10个)的DNA分子结构模型，下列叙述错误的是( )
A．可用圆形纸片和五边形纸片分别代表磷酸和脱氧核糖
B．共需5种不同颜色的长方形纸片代表不同碱基
C．圆形纸片和五边形纸片交替连接，构成模型的基本骨架
D．若订书钉仅用于连接长方形纸片，则需使用50个订书钉
B [可用圆形纸片和五边形纸片分别代表磷酸和脱氧核糖，A正确；共需4种不同颜色的长方形纸片代表4种不同碱基，B错误；圆形纸片(代表磷酸)和五边形纸片(代表脱氧核糖)交替连接，构成模型的基本骨架，C正确；若订书钉仅用于连接长方形纸片，即代表氢键数量，由于A与T之间有2个氢键，C与G之间有3个氢键，则20个碱基对(碱基A有10个，即A—T碱基对有10个，C—G碱基对也有10个)所含的氢键数为10×2＋10×3＝50个，D正确。]
10．在搭建DNA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片段最长为7个碱基对
C．能搭建出410种不同的DNA模型
D．能搭建出一个4个碱基对的DNA片段
D [每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成。根据碱基互补配对原则，4个C、6个G、3个A、7个T能配对4个G—C和3个A—T，共7个碱基对。本题中脱氧核糖和磷酸的连接物仅为14个，大大制约了搭建的模型中脱氧核苷酸数。根据DNA的结构分析，14个脱氧核糖和磷酸的连接物能搭建的模型中每条链最多4个脱氧核苷酸，最多能搭建出一个含有4个碱基对的DNA分子片段，共含有8个脱氧核苷酸，理论上能搭建出不同的DNA分子模型远少于410种，所以D项正确。]
11．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
D [甲生物核酸的碱基组成中嘌呤数不等于嘧啶数，可能是含有DNA和RNA，也可能是只含有RNA一种核酸；乙生物遗传物质的碱基组成中嘌呤数不等于嘧啶数，说明只含有RNA，而上述答案中，只有D项中SARS病毒的遗传物质是RNA。]
12．20世纪90年代，科学家发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNA－E47，它可以催化两个DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是( )
A．在单链DNA－E47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数
B．在单链DNA－E47中，碱基数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数
C．单链DNA－E47作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的
D．在单链DNA－E47中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含氮碱基
B [单链DNA中嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数；单链DNA－E47催化DNA片段间的连接，DNA聚合酶则催化单个脱氧核苷酸的连接；在脱氧核苷酸链中的脱氧核糖可连有两个(或一个)磷酸和一个含氮碱基。]
13．(多选)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是( )
A．赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
B．富兰克林拍摄的DNA分子的X射线衍射图片
C．查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
D．沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
BC [赫尔希和蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质，但不能为DNA双螺旋结构模型构建提供依据，A不符合题意；富兰克林拍摄的DNA分子的X射线衍射图片为DNA双螺旋结构模型构建提供依据，B符合题意；查哥夫发现的DNA中嘌呤含量(A＋G)与嘧啶含量(T＋C)相等，为DNA双螺旋结构模型构建提供依据，C符合题意；沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制不能为DNA双螺旋结构模型构建提供依据，D不符合题意。]
14．(多选)对DNA分子的碱基进行数量分析，可以通过检测其中某种碱基的数目及其比例来推断其他碱基数目及其比例。假如检测某DNA分子得知碱基A的数目为x，其比例为y，以下推断正确的有( )
A．碱基总数为x/y
B．碱基C的数目为x(0.5y－1)
C．嘌呤与嘧啶的比例为x/(1－y)
D．碱基G的比例为1/2－y
AD [若DNA分子中碱基A的数目为x，其比例为y，则碱基总数为x/y，A项正确；由A知，碱基总数为x/y，则C＝G＝(1－2y)×x/y×1/2＝x(1－2y)/2y，B项错误；双链DNA分子中嘌呤数与嘧啶数相等，因此嘌呤与嘧啶的比例是1，C项错误；碱基G的比例是(1－2y)×1/2＝1/2－y，D项正确。]
15．如图1～4是DNA双螺旋结构模型的建构过程，请据图回答下列相关问题。
图1 图2
图3 图4
(1)图1中的物质是组成DNA的基本单位，与组成RNA的基本单位相比，两者组成成分方面的差别是____________________________________。
(2)图3中的氢键用于连接两条脱氧核苷酸链，DNA中________(填“G—C”或“A—T”)碱基对越多，DNA耐高温的能力越强。
(3)一般来说，RNA病毒比DNA病毒更容易发生变异，请结合图4和有关RNA的结构说明其原因：______________________________________________
__________________________________________________________________。
(4)图4所示的DNA片段中，游离的磷酸基团有________个。若图4所示的DNA中碱基G有x个，占该DNA碱基总数的比例是y，则该DNA的碱基之间的氢键数目是________。
[解析] (1)DNA与RNA相比，组成成分方面的主要区别是DNA中的五碳糖是脱氧核糖，特有的碱基是T，而RNA的基本单位中的五碳糖是核糖，特有的碱基是U。(2)C与G之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，DNA中含有的G—C碱基对越多，氢键越多，DNA越稳定。(3)一般来说，RNA是单链结构，DNA是双链结构，因此DNA稳定性较单链RNA更强。(4)由于每条DNA单链中含有1个游离的磷酸基团，故图中所示DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。该DNA中碱基G的数目为x，占碱基总数的比例为y，则该DNA的碱基总数为x/y，由于G与C之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，因此DNA的碱基之间的氢键数目是3x＋2×[1/2×(x/y－2x)]＝x＋x/y。
[答案] (1)图1物质中的五碳糖是脱氧核糖，特有的碱基是T，而组成RNA的基本单位中的五碳糖是核糖，特有的碱基是U (2)G—C (3)DNA的双螺旋结构较RNA的单链结构更稳定 (4)2 x＋x/y
9/9课时分层作业(10) DNA分子的结构
题组一 沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜
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的量等于T的量、C的量等于G的量
2．1953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是主要的遗传物质
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
3．(2021·江苏连云港期末)沃森和克里克受富兰克林的DNA分子的X射线衍射图片的启发，于1953年提出了DNA分子的双螺旋结构模型。下列关于DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是( )
A．DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸
B．一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接
C．两条单链上的碱基通过氢键形成碱基对，其中G与C之间形成三个氢键
D．在DNA分子的基本组成单位中，磷酸连接在脱氧核糖的4′碳原子上
题组二 DNA分子的双螺旋结构模型
4．下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是( )
A．双链DNA分子中含有两个游离的磷酸基团
B．DNA的一条单链上相邻的碱基之间通过氢键连接
C．嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定
D．DNA分子两条链反向平行
5．(2021·江苏无锡期末)如图为某DNA片段的结构图，下列有关该图的叙述正确的是( )
A．①②③交替连接，构成DNA分子的基本骨架
B．每个脱氧核糖都连接2个磷酸基团
C．⑨虽然易断裂、易形成，但DNA稳定性还是与之有关
D．该DNA片段中有2种碱基配对方式，4种核糖核苷酸
6．已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( )
A．34%和16% B．34%和18%
C．16%和34% D．32%和18%
7．不同生物或生物体不同器官(细胞)的DNA分子中有关碱基比例如下表：
生物或器官(细胞) 酵母菌 小麦 人 猪 牛
肝 胰 脾 肾 精子 肺
(A＋T)/(G＋C) 1.08 1.21 1.52 1.43 1.43 1.43 1.30 1.29 1.30
(1)表中可见，不同种生物的DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值显著不同，这一事实表明，DNA分子结构具有________。
(2)牛的肾和肺的DNA比例相同，原因是________________________________________；但精子与肾和肺的DNA碱基比例稍有差异，原因是___________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)表中所列生物的DNA分子中，(A＋C)/(G＋T)或(A＋G)/(T＋C)的值差异显著吗？__________。因为________________________________________。
(4)比较表中不同生物的DNA的碱基比例，___________________________
中DNA分子热稳定性最高，原因是_________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
8．下图为一段DNA空间结构和平面结构示意图，请据图回答下列问题。
图一 空间结构 图二 平面结构
(1)从图一中可以看出DNA具有规则的________结构，从图二中可以看出DNA由__________条平行且走向________的长链组成。在真核细胞中，DNA的主要载体是________。
(2)图二中1代表的化学键为________。与图二中碱基2相配对的碱基是________(填中文名称)；由3、4、5组成的结构称为________脱氧核苷酸。
(3)不同生物双链DNA中嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数的比值为________。
(4)若在一单链中，(A＋T)/(G＋C)＝n时，在另一互补链中上述比例为__________，在整个DNA中上述比例为________。
(5)若含有400个碱基的某DNA片段中，氢键共有550个，则该DNA片段中腺嘌呤有________个。
题组三 设计和制作DNA分子双螺旋结构模型
9．某同学利用不同形状(圆形、五边形、长方形)、不同颜色的纸片，订书钉等为材料，建构含20个碱基对(其中碱基A有10个)的DNA分子结构模型，下列叙述错误的是( )
A．可用圆形纸片和五边形纸片分别代表磷酸和脱氧核糖
B．共需5种不同颜色的长方形纸片代表不同碱基
C．圆形纸片和五边形纸片交替连接，构成模型的基本骨架
D．若订书钉仅用于连接长方形纸片，则需使用50个订书钉
10．在搭建DNA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片段最长为7个碱基对
C．能搭建出410种不同的DNA模型
D．能搭建出一个4个碱基对的DNA片段
11．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
12．20世纪90年代，科学家发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNA－E47，它可以催化两个DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是( )
A．在单链DNA－E47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数
B．在单链DNA－E47中，碱基数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数
C．单链DNA－E47作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的
D．在单链DNA－E47中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含氮碱基
13．(多选)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是( )
A．赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
B．富兰克林拍摄的DNA分子的X射线衍射图片
C．查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
D．沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
14．(多选)对DNA分子的碱基进行数量分析，可以通过检测其中某种碱基的数目及其比例来推断其他碱基数目及其比例。假如检测某DNA分子得知碱基A的数目为x，其比例为y，以下推断正确的有( )
A．碱基总数为x/y
B．碱基C的数目为x(0.5y－1)
C．嘌呤与嘧啶的比例为x/(1－y)
D．碱基G的比例为1/2－y
15．如图1～4是DNA双螺旋结构模型的建构过程，请据图回答下列相关问题。
图1 图2
图3 图4
(1)图1中的物质是组成DNA的基本单位，与组成RNA的基本单位相比，两者组成成分方面的差别是____________________________________。
(2)图3中的氢键用于连接两条脱氧核苷酸链，DNA中________(填“G—C”或“A—T”)碱基对越多，DNA耐高温的能力越强。
(3)一般来说，RNA病毒比DNA病毒更容易发生变异，请结合图4和有关RNA的结构说明其原因：______________________________________________
__________________________________________________________________。
(4)图4所示的DNA片段中，游离的磷酸基团有________个。若图4所示的DNA中碱基G有x个，占该DNA碱基总数的比例是y，则该DNA的碱基之间的氢键数目是________。
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