3.2 DNA的结构学案

3.2 DNA的结构学案
【学习目标】
概述DNA结构的主要特点。
制作DNA双螺旋结构模型。
讨论DNA双螺旋结构模型的构建历程。
【学习重难点】
1．教学重点
（1）DNA分子的结构。
（2）碱基互补配对原则及其重要性。
（3）DNA分子的多样性。
2．教学难点
DNA分子的立体结构特点。
【预习新知】
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．构建过程：
DNA的结构
1．DNA的结构层次：
(1)基本组成元素：__C、H、O、N、P__。
(2)组成物质：
①__磷酸基团__，②__脱氧核糖__，③__含氮碱基__。
(3)基本组成单位：④__脱氧核糖核苷酸__，共__4__种。
(4)整体结构：由__2__条长链反向平行按__双螺旋__方式盘旋而成。
2．DNA的结构特点：
(1)基本骨架：由__脱氧核糖__和__磷酸__交替连接组成。
(2)内侧：碱基之间通过__氢键__连接，且遵循__碱基互补配对__原则。根据此原则写出各序号代表的碱基种类。
⑤：__A__　⑥：__G__　⑦：__C__　⑧：__T__
【易错提示】
（1）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（ ）
（2）沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构模型中，脱氧核糖—磷酸骨架排列在螺旋外部，碱基排列在螺旋内部（ ）
（3）沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法（ ）
答案：（1）×（2）√（3）√
【深化探究】
一、DNA的结构
[问题探究]
1．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。
2．由DNA的结构推知，脱氧核苷酸和含氮碱基的比值是多少？一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—”相互连接。
归纳总结：
1．DNA分子的结构层次
2．DNA分子的结构
(1)DNA单链：脱氧核苷酸分子连接成脱氧核苷酸链(如图)。
(2)DNA双链：两条脱氧核苷酸单链以氢键相连形成(如图)。
①每个DNA片段中之间的数量比为1∶1∶1，游离的磷酸基团有2个。
②一条核苷酸链中相邻两个核苷酸通过磷酸二酯键相连；连接双链之间的化学键为碱基对之间的氢键。
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的碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接。
⑤若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n；若已知A有m个，则氢键数为3n－m。
3．DNA分子的结构特性
(1)稳定性：DNA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(脱氧核苷酸对)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有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
4．DNA双螺旋结构模型的构建
二、DNA分子碱基比率的计算
[问题探究]
1．DNA分子中A＝T、G＝C，每条链中也有该等量关系吗？
提示：一般没有。
2．若DNA分子一条链中A＋T/G＋C＝a，则另一条链中该比值为多少？整个DNA分子中的该比值呢？
提示：a；a。
归纳总结：
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分子中的的值相等。
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。
【巩固训练】
1.噬菌体ΦX174是单链DNA生物，当它感染宿主细胞时，首先形成复制型（RF）的双链DNA分子。如果该生物DNA的碱基构成是20%A，30%G，10%T和40%C。那么，RF中的碱基构成情况是( )
A.20%A，30%G，10%T和40%C B.15%A，35%G，15%T和35%C
C.10%A，40%G，20%T和30%C D.35%A，15%G，35%T和15%C
2.在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤数为n,则下列正确的是( )
①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m
②碱基之间的氢键数为3m-2n/2
③一条链中A+T的数量为n
④鸟嘌呤的数量为m-n
A.①②③④ B.②③④ C.③④ D.①②③
3.研究人员发现敲除雄性小鼠的PANX3基因后，会让雄性小鼠的脂肪显著减少，肌肉质量明显增加，这项重要发现可能会对肥胖治疗产生重大影响。下列与PANX3基因相关的叙述，正确的是( )
A.PANX3基因能改变生物的肥胖状态，可见基因与性状是一一对应的关系
B.PANX3基因的一条链中相邻的碱基G和C通过核糖－磷酸基团－核糖连接起来
C.若PANX3基因的一条链中A和T的数量占该链的1/2，则该链中G占1/4
D.PANX3基因控制生物性状的遗传信息储存在脱氧核苷酸的排列顺序中
4.如图为某DNA分子的部分平面结构图，下列说法正确的是( )
A.图中①、②分别表示核糖、磷酸，二者与碱基T一起构成一个核苷酸
B.③是氢键，DNA分子中G/C的含量越高，分子结构越稳定
C.图中两条链的碱基排列在内侧，构成DNA分子的基本骨架
D.双链DNA分子中，若一条脱氧核苷酸链中G+C=28%，则DNA分子中A占22%
5.某双链DNA中含有1000个碱基，一条链上A:T:G:C=1:2:3:4，则( )
A.该DNA分子中含有150个碱基A
B.该DNA分子中共有1150个氢键
C.该DNA分子中含有4个游离的磷酸基团
D.该DNA分子另一条链上A:T:G:C=4:3:2:1
6.20世纪90年代，科学家发现DNA也有酶催化活性，DNA-E47是人工合成的由47个核苷酸组成的单链DNA分子，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DNA-E47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数
B.在DNA-E47中，碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数
C.在DNA-E47中，相邻的碱基由“一核糖一磷酸一核糖一”连接
D.在DNA-E47中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸基团和一个含氨碱基
参考答案
1.答案：B
解析：根据题意可知，在单链DNA分子中，A+T=30%，所以形成的双链DNA分子中，A+T=30%，由于A=T，即各占15%；同理可求出G=C=35%，B正确。
2.答案：D
解析：每个脱氧核苷酸分子均有一个五碳糖、一个磷酸基团和一个碱基，故DNA分子中，脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m，①正确；A和T碱基之间为2个氢键，C和G碱基之间为3个氢键，腺嘌呤数为n，则胸腺嘧啶数为n，碱基总数为m，则胞嘧啶与鸟嘌呤数均为m-2n/2，放氢键数为2n+3（m-2n）/2=3m-2n/2，②正确，④错误；腺嘌呤总数为n，且双链DNA分子中A=T，故两条链中A+T=2n，又由于DNA两条链中的A+T数量相同，故一条链中A+T=n，③正确。综上所述，选D。
3.答案：D
解析：A、根据题干信息“研究表明PANX3基因在身体的脂肪细胞中高度表达，敲除PANX3基因，会让雄性小鼠脂肪显著减少，增加肌肉质量”说明基因能改变生物的肥胖状态，性状不仅受基因的控制，还会受到环境的影响，据此可推测，基因与性状不是一一对应的关系，后天的生活方式对生物的肥胖状态也会产生影响，A错误；
B、PANX3基因的一条链中相邻的碱基G和C通过脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖连接起来，B错误；
C、在双链DNA分子中，A=T、C=G，若基因的一条链中A和T的数量占该链的1/2，那么整个DNA分子中A和T的数量占该DNA分子总碱基数量的1/2，但单链中G不一定占1/4，C错误；
D、基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，据此可知，PANX3基因的遗传信息储存在脱氧核苷酸的排列顺序中，D正确。
故选D。
4.答案：B
解析：分析题图：该图为某DNA分子的部分平面结构图，图中①为脱氧核糖，②为磷酸，③为氢键。图中①为脱氧核糖， A错误；③为氢键，通常所含氢键越多，DNA越稳定，A一T之间有2个氢键，C一G之间有3个氢键，因此DNA分子中G/C的含量越高，分子结构越稳定，B正确；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，C错误；双链DNA分子中，若一条脱氧核苷酸链中G+C=28%，则整个DNA中G+C=28%，A+T=72%，A=T，则DNA分子中A占36%，D错误。
5.答案：A
解析：根据题意，该DNA分子中含有1000个碱基，则一条链4上含有500个碱基，已知一条链上A:T:G:C=1:2:3:4，则该条链上含有50个碱基A，100个碱基T，150个碱基G，200个碱基C，根据碱基互补配对原则可知该DNA分子中共含有150个碱基A，150个碱基T，350个碱基G，350个碱基C，可形成150个A一T碱基对和350个G一C碱基对，每个A一T碱基对之间形成两个氢键，每个G一C碱基对之间形成三个氢键，故该DNA分子中可形成150×2+350×3=1350（个）氢键，A正确，B错误；一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团，C错误；根据碱基互补配对原则，该DNA分子另一条链上A:T:G:C=2:1:4:3，D错误。
6.答案：B
解析：根据题意可知，由于DNA-E47是单链DNA分子，其中的嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数，A错误；无论是单链DNA分子还是双链DNA分子，其基本组成单位都是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸分子由一分子碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成，因此在DNA-47中，碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数，B正确；在单链DNA分子中，相邻的碱基由“一脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖一”连接，C错误；在单链DNA分子中，除其中的一端外，每个脱氧核糖上均连有两个磷酸基团和一个含氮碱基，D错误。