第2节 DNA的结构
【学习目标】
1.概述DNA结构的主要特点; 2.制作DNA双螺旋结构模型;
3.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论,认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。
聚焦·学案一 DNA的结构
[学案设计]
(一)理清DNA双螺旋结构模型构建的过程
1.构建者: 。
2.构建历程
3.新模型的特点
(1)A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径。
(2)组成的DNA分子具有 。
(3)模型与基于X射线衍射照片推算出的 相符。
(二)分析DNA的结构特点
|探|究|学|习|
坐落在北京中关村高科技园区的DNA雕塑(如图),以它简洁而独特的双螺旋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 键连接。
(2)该双螺旋模型代表的双链长度 (填“相等”或“不相等”),原因是
。
(3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪种成分中
(4)DNA分子中,每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗
|认|知|生|成|
1.结构特点
项目 特点
整体 结构 由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
基本 骨架 由脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架
碱基 配对 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,排列在内侧,并且遵循碱基互补配对原则:A与T配对、G与C配对
2.特点分析
结构图示 注:图2是图1的简化形式,其中①是磷酸二酯键,②是氢键。
数量 关系 ①每个DNA分子片段中,游离的磷酸基团有2个; ②脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数; ③A—T碱基对有2个氢键,G—C碱基对有3个氢键
位置 关系 ①单链中相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接; ②互补链中相邻碱基通过氢键相连
化学键 ①氢键:连接互补链中相邻的碱基; ②磷酸二酯键:连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的化学键
水解 产物 DNA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
[典例] 下图是DNA的一个片段示意图,下列相关叙述错误的是 ( )
A.该DNA片段的碱基对中具有10个氢键
B.④的名称是胸腺嘧啶脱氧核苷酸
C.图中核糖和磷酸分子交替连接构成基本骨架
D.上图表示DNA的平面结构
尝试解答:选
[思维建模]
“三看法”判断DNA结构的正误
(三)尝试制作DNA双螺旋结构模型
目的 要求 通过制作 模型,加深对DNA结构特点的认识和理解
实验 原理 DNA的脱氧核苷酸双链反向 ,磷酸与 交替连接,排列在外侧,碱基排列在内侧,互补配对,并通过 相连
制作 程序
[迁移训练]
1.判断下列叙述的正误
(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)DNA中A与T碱基对所占的比例越高,该DNA稳定性越强。 ( )
(3)一个DNA分子中1个磷酸均与2个脱氧核糖相连。 ( )
(4)DNA两条链上配对的碱基通过氢键相连。 ( )
(5)DNA是由四种核糖核苷酸连接而成的。 ( )
2.在制作DNA双螺旋结构模型活动中,可采用不同形状和颜色的纸片,分别代表脱氧核糖、磷酸和不同碱基,用订书针作为连接物。现制作一个含10个碱基对(其中胞嘧啶有4个)DNA分子片段模型,下列叙述正确的是 ( )
A.制作该模型需要82个订书针
B.在制作脱氧核苷酸模型时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
C.制成的模型中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和等于鸟嘌呤与胞嘧啶之和
D.可构建410种不同碱基序列的DNA片段
3.如图为DNA分子部分结构示意图,有关叙述正确的是 ( )
A.④是一个胞嘧啶脱氧核苷酸
B.⑥和⑦均为氢键
C.A与T之间含2个⑤,故⑤为磷酸二酯键
D.DNA的两条链方向相反,其中磷酸和脱氧核糖交替排列,排列在外侧
聚焦·学案二 DNA分子中有关碱基数量的计算
[学案设计]
|探|究|学|习|
已知DNA分子由两条链构成,并且两条链之间的碱基遵循碱基互补配对原则,如果将两条链分别命名为H1、H2,则存在下列数量关系:A1=T2,T1=A2,C1=G2,G1=C2。如图所示:
(1)上述A1、T1、G1、C1、A2、T2、G2、C2分别表示什么含义
(2)如果H1中(A+C)/(T+G)=m,那么H2中(A+C)/(T+G)的值是多少 在整个双链DNA分子中(A+C)/(T+G)的值又是多少
(3)在双链DNA中,若H1中(A+T)/(G+C)=n,则那么H2中(A+T)/(G+C)的值是多少 在整个双链DNA分子中(A+T)/(G+C)的值是多少
(4)若某DNA中,A≠T,G≠C,可能的原因是什么
|认|知|生|成|
1.碱基互补配对原则
在双链DNA分子中,A=T,G=C,A1=T2,T1=A2,G1=C2,C1=G2。如图:
2.DNA分子中碱基的数量关系规律
规律一:在双链DNA分子中,嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数,各占全部碱基数的一半,或不互补碱基之和相等,比值为1。即:
A+G=T+C=A+C=G+T或
(A+G)/(T+C)=(A+C)/(G+T)=1。
规律二:在双链DNA分子中,互补碱基之和的比值在两条链中和整个DNA分子中相等。即:
若(A1+T1)/(G1+C1)=m,则(A2+T2)/(G2+C2)=(A+T)/(G+C)=m。
规律三:在双链DNA分子中,不互补碱基之和的比值在两条链中互为倒数,在整个DNA分子中为1。即:
若(A1+G1)/(T1+C1)=n,则(A2+G2)/(T2+C2)=1/n,双链DNA分子中(A+G)/(T+C)=1。
微点拨:规律二和规律三可巧记为“补则等,不补则倒”。
[典例] 某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%,α链中腺嘌呤占28%。下列叙述错误的是 ( )
A.β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
B.β链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等,均是28%
C.α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%,占双链DNA分子的8%
D.α链中(G+C)/(A+T)=14/11,β链中(A+T)/(G+C)=11/14
尝试解答:选
[思维建模]
解答DNA分子中有关碱基计算题目的“三步曲”
[迁移训练]
1.某生物双链DNA分子的一条链中腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占该链碱基总数的40%,该DNA分子在限制酶(使磷酸二酯键断开)的作用下被切成D1和D2两个DNA片段(酶切位点如图所示),下列叙述正确的是 ( )
A.该DNA分子中A+T占碱基总数的50%
B.若D1中的A/C=m,则D2中的A/C=1/m
C.D1和D2片段中(A+C)/(T+G)的值相等
D.D2片段中一条链上的碱基通过氢键相互连接
2.在一个双链DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的54%。若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的22%,胸腺嘧啶占28%,则另一条链上,胞嘧啶、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的 ( )
A.24%、26% B.22%、28%
C.27%、23% D.20%、30%
3.在一个双链DNA中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n,G与C之间形成3个氢键,A与T之间形成2个氢键。则下列有关叙述正确的是 ( )
①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=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 ④G的数量为m-n
A.①②③④ B.②③④
C.③④ D.①②③
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1.DNA是如何维系它的结构稳定性的
。
2.在DNA分子加热解链时,DNA分子中G+C的比例越高,需要解链温度越高。原因是
。
三、综合检测反馈
1.下列关于DNA分子的叙述,错误的是 ( )
A.双链DNA分子中,每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团
B.查哥夫发现在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
C.同种生物不同个体的细胞中,双链DNA分子的(A+G)/(T+C)的值一般相同
D.沃森和克里克根据DNA分子的X射线衍射图谱推算出DNA呈螺旋结构
2.下表为几种生物体内的DNA中各种碱基的比例统计结果。下列说法错误的是 ( )
生物 猪 牛
器官 肝 脾 胰 肺 肾 胃
(A+T)/ (C+G) 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30
A.猪肝细胞的DNA中A/C、T/G、A/G、T/C的值均为1.43
B.同种生物不同器官细胞的DNA中嘌呤、嘧啶比例约为1
C.同种生物不同器官细胞的DNA中(A+T)/(C+G)基本相同,说明DNA的碱基组成具有一致性
D.牛的肾脏细胞的核酸中(A+G)/(C+T)的值小于1
3.某活动小组在构建DNA 双螺旋结构的模型过程中,一共制备了30个脱氧核糖、15个磷酸、15个A、10个T、5个G、15个C。关于该实验过程的说法,正确的是 ( )
A.利用所给材料制作出的DNA 双链模型最多能有415种碱基排列方式
B.构建的DNA 分子最多含有4种脱氧核苷酸、15个碱基对、35个氢键
C.用制备好的材料制作出的 DNA 双链模型最多能含有14个脱氧核苷酸
D.DNA 的一条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键
4.科研团队解析了一种特殊DNA的合成机制,这类特殊的DNA用二腺嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤(A),与胸腺嘧啶(T)配对,该碱基对之间形成更稳定的三个氢键,极大地改变了DNA的物理化学特征。研究发现某种噬菌体中含有这种特殊的DNA。下列关于这种特殊DNA的叙述,错误的是 ( )
A.该种DNA结构中碱基的种类增加,嘌呤的比例也增大
B.该种DNA结构热稳定性更高,拓展了DNA的应用范围
C.该种DNA复制所需酶的种类可能增加,涉及Z的合成,A的消除
D.该种DNA可能不会被细菌的防御机制识别,对细菌具有更强的杀伤力
5.科学家在人体活细胞内发现了一种新的DNA结构——DNA纽结(如图)。这表明除了双螺旋结构外,人类DNA还拥有更复杂的结构,下列有关说法错误的是 ( )
A.“DNA纽结”含有C、H、O、N、P五种元素
B.DNA链配对既可以反向平行,也可同向平行
C.磷酸与脱氧核糖交替排列形成了DNA的基本骨架
D.构成DNA的每个磷酸基团都同时连接2个脱氧核糖
第2节 DNA的结构
聚焦·学案一
[学案设计]
(一)1.沃森和克里克 2.脱氧核苷酸 DNA衍射图谱 A=T G=C T C 相反 碱基 3.(2)恒定的直径
(3)DNA双螺旋结构
(二)(1)氢 (2)相等 两条链上的碱基通过氢键互补配对,所以两条链的脱氧核苷酸数目相等,故双链长度相等
(3)提示:N存在于含氮碱基中,P存在于磷酸基团中。
(4)提示:DNA分子中,每个脱氧核糖均连接一个碱基;而除3'端的脱氧核糖只连接一个磷酸外,其他部位的脱氧核糖均连接两个磷酸。
[典例] 选C 该DNA片段中有2个A与T构成的碱基对,有2个G与C构成的碱基对,而每个A与T之间有2个氢键,每个G与C之间有3个氢键,因此该DNA片段的碱基对中具有10个氢键,A正确;④是由1分子的①(胸腺嘧啶)、1分子的②(脱氧核糖)、1分子的③(磷酸)组成的,因此④的名称是胸腺嘧啶脱氧核苷酸,B正确;题图中脱氧核糖和磷酸分子交替连接排列在外侧,构成基本骨架,C错误;题图表示DNA的平面结构,D正确。
(三)DNA双螺旋结构 平行 脱氧核糖 氢键 双螺旋
[迁移训练]
1.(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
2.选A 若该模型中有4个胞嘧啶,则含有A—T碱基对6个,C—G碱基对4个,其中A和T之间有2个氢键,C—G之间有3个氢键,则需要2×6+4×3+(10-1)×2+20×2=82个订书针,A正确;在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,碱基不会与磷酸连接,B错误;制成的模型中(DNA双螺旋结构),腺嘌呤与鸟嘌呤之和等于胞嘧啶和胸腺嘧啶之和,而该模型中腺嘌呤与胸腺嘧啶之和为12个,鸟嘌呤与胞嘧啶之和为8个,C错误;由于碱基比例已经确定,故该DNA片段的碱基排列方式少于410种,D错误。
3.选D ④包括一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基,但磷酸与脱氧核糖和含氮碱基不位于同一个核苷酸内,则④不是一分子胞嘧啶脱氧核苷酸,A错误;⑤为氢键,⑥和⑦构成磷酸二酯键,B、C错误;DNA的两条链的方向相反,磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧,形成基本骨架,D正确。
聚焦·学案二
[学案设计]
(1)提示:A1表示H1上所有A的总数,同理A2表示H2上所有A的总数,以此类推。
(2)提示:1/m;1。
(3)提示:n;n。
(4)提示:该DNA不是双链结构,而是单链结构。
[典例] 选B 双链DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%,则腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占全部碱基总数的44%,互补碱基之和在单双链中比值相等,A正确;根据鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比例不能确定每条链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例,两者不一定是等分的,B错误;α链中胸腺嘧啶所占的比例是1-56%-28%=16%,则占双链DNA分子的比例是16%÷2=8%,C正确;α链中(G+C)/(A+T)=14/11,根据碱基互补配对原则,β链中(A+T)/(G+C)=11/14,D正确。
[迁移训练]
1.选C DNA分子的一条链中腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占该链碱基总数的40%,则该DNA分子中腺嘌呤和胸腺嘧啶之和也占碱基总数的40%,A错误;D1与D2是不同的DNA片段,无直接关系,故无法判断D1和D2中A/C的关系,B错误;由题图可知,在限制酶作用下将一个DNA片段切割成2个DNA片段,这两个片段仍遵循碱基互补配对原则,DNA双链中,A=T,G=C,故D1和D2片段中(A+C)/(T+G)的值均等于1,C正确;D2片段中一条链上的碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接,D错误。
2.选A 已知双链DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的54%,即A+T=54%,则G+C=46%。又已知一条链上的胞嘧啶占该链碱基总数的22%,胸腺嘧啶占28%,即C1=22%,T1=28%,根据碱基互补配对原则,C2=G1=46%-C1=24%,T2=A1=54%-T1=26%。
3.选D 每个脱氧核苷酸分子都含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基,所以脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=m,①正确;因为A和T之间有2个氢键、C和G之间有3个氢键,根据碱基互补配对原则,A=T=n,则C=G=(m-2n)/2,所以碱基之间的氢键数为2n+3[(m-2n)/2]=(3m-2n)/2,②正确,④错误;双链DNA中,A=T=n,则根据碱基互补配对原则,一条链中A+T的数量为n,③正确。
随堂小结
二、融通科学思维
1.脱氧核糖和磷酸交替连接,构成DNA两条链的基本骨架;两条链上碱基之间的氢键维持了双螺旋结构的稳定性
2.A—T碱基对有2个氢键,G—C碱基对有3个氢键,所以DNA分子中G+C的比例越高,含有的氢键数越多,DNA结构越稳定,则需要解链温度越高
三、综合检测反馈
1.选A DNA分子大多数脱氧核糖与两个磷酸基团相连,但3'端的脱氧核糖只连接一个磷酸基团,A错误;奥地利生物化学家查哥夫对DNA分子进行了定量分析,发现在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,B正确;双链DNA分子中,A=T,G=C,同种生物不同个体的细胞中,DNA分子的(A+G)/(T+C)的值一般相同,都是1,C正确;沃森和克里克依据威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱及有关数据,推算出DNA分子呈螺旋结构,D正确。
2.选D 猪肝细胞的DNA中(A+T)/(C+G)=1.43,由于A=T,C=G,所以A/C、T/G、A/G、T/C的值均为1.43,A正确;由于DNA一般为双链,遵循碱基互补配对原则,所以其中嘌呤(A+G)与嘧啶(T+C)的比例为1,B正确;DNA中(A+T)/(C+G)能反映碱基组成及DNA分子的特异性,同种生物不同器官细胞的DNA中(A+T)/(C+G)基本相同,说明DNA的碱基组成具有一致性,C正确;由于DNA一般为双链,遵循碱基互补配对原则:A与T配对,G与C配对,而RNA通常为单链,含A、U、G、C四种含氮碱基且比例未知,故牛的肾脏细胞的核酸(DNA和RNA)中(A+G)/(C+T)的值可能大于1,D错误。
3.选C 所给材料中碱基的数量有限,因此制作出的DNA双链模型小于415种,A错误;在DNA分子中,A与T配对形成2个氢键,G与C配对形成3个氢键,由于所给磷酸15个,因此制作出的DNA双链模型最多有7个碱基对,可有5个G—C碱基对,2个A—T碱基对,氢键数量最多有5×3+2×2=19个,B错误;由于只有15个磷酸,因此制作出的DNA双链模型最多能含有14个脱氧核苷酸,C正确;DNA的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—”,D错误。
4.选A 分析题意可知,该特殊DNA中用二腺嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤(A),故该种DNA的碱基由A、T、G、C替换为Z、T、G、C,碱基种类并未增加,嘌呤的比例也并未改变,A错误;正常的DNA中A与T配对,但是A与T之间只有两个氢键,而该种DNA的Z与T之间有三个氢键,结构热稳定性更高,拓展了DNA的应用范围,B正确;由于该种DNA需要用Z完全取代A,故复制所需酶的种类可能增加,涉及Z的合成,A的消除,C正确;噬菌体是一种侵染细菌的DNA病毒,结合题意可知,某种噬菌体中含有这种特殊的DNA,且该种DNA的物理化学特征发生了极大改变,故可能不会被细菌的防御机制识别,对细菌具有更强的杀伤力,D正确。
5.选D “DNA纽结”的本质仍为DNA,由C、H、O、N、P元素组成,A正确;由DNA纽结图示可知,在“纽结”内部,配对的两条单链中既有两条3'端→5'端相互配对的部位,也有一条3'端→5'端和另一条5'端→3'端的单链相互配对的部位,故DNA链配对既可以反向平行,也可同向平行,B正确;磷酸与脱氧核糖交替排列形成了DNA的基本骨架,C正确;构成DNA的大部分磷酸基团同时连接2个脱氧核糖,而5'端的磷酸基团和1个脱氧核糖相连,D错误。
2 / 10(共93张PPT)
第2节
DNA的结构
1.概述DNA结构的主要特点；
2.制作DNA双螺旋结构模型；
3.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。
学习目标
CONTENTS
目录
1
2
3
4
聚焦 学案一 DNA的结构
聚焦 学案二 DNA分子中有关碱基数量的计算
随堂小结——即时回顾与评价
课时跟踪检测
NO.1
聚焦 学案一 DNA的结构
学案设计
(一)理清DNA双螺旋结构模型构建的过程
1.构建者：_______________。
沃森和克里克
2.构建历程
3.新模型的特点
(1)A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径。
(2)组成的DNA分子具有____________。
(3)模型与基于X射线衍射照片推算出的_________________相符。
恒定的直径
DNA双螺旋结构
(二)分析DNA的结构特点
|探|究|学|习|
坐落在北京中关村高科技园区的DNA雕塑
(如图)，以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过
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_____键连接。
(2)该双螺旋模型代表的双链长度______(填“相等”或“不相等”)，原因是____________________________________________
_____________________________________。
氢
相等
两条链上的碱基通过氢键互补配对，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等，故双链长度相等
(3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪种成分中
提示：N存在于含氮碱基中，P存在于磷酸基团中。
(4)DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗
提示：DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个碱基；而除3'端的脱氧核糖只连接一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连接两个磷酸。
|认|知|生|成|
1.结构特点
项目 特点
整体结构 由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
基本骨架 由脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架
碱基配对 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧，并且遵循碱基互补配对原则：A与T配对、G与C配对
2.特点分析
结构图示
注：图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，②是氢键。
续表
数量 关系 ①每个DNA分子片段中，游离的磷酸基团有2个；
②脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数；
③A—T碱基对有2个氢键，G—C碱基对有3个氢键
位置 关系 ①单链中相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接；
②互补链中相邻碱基通过氢键相连
续表
化学键 ①氢键：连接互补链中相邻的碱基；
②磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的化学键
水解 产物 DNA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
[典例] 如图是DNA的一个片段示意图，下列相关叙述错误的是 ( )
A.该DNA片段的碱基对中具有10个氢键
B.④的名称是胸腺嘧啶脱氧核苷酸
C.图中核糖和磷酸分子交替连接构成基本骨架
D.上图表示DNA的平面结构
√
[解析] 该DNA片段中有2个A与T构成的碱基对，有2个G与C构成的碱基对，而每个A与T之间有2个氢键，每个G与C之间有3个氢键，因此该DNA片段的碱基对中具有10个氢键，A正确；④是由1分子的①(胸腺嘧啶)、1分子的②(脱氧核糖)、1分子的③(磷酸)组成的，因此④的名称是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，B正确；题图中脱氧核糖和磷酸分子交替连接排列在外侧，构成基本骨架，C错误；题图表示DNA的平面结构，D正确。
[思维建模]
“三看法”判断DNA结构的正误
(三)尝试制作DNA双螺旋结构模型
目的 要求 通过制作________________模型，加深对DNA结构特点的认识和理解
实验 原理 DNA的脱氧核苷酸双链反向_______，磷酸与_________交替连接，排列在外侧，碱基排列在内侧，互补配对，并通过______相连
DNA双螺旋结构
平行
脱氧核糖
氢键
制作 程序
续表
迁移训练
1.判断下列叙述的正误
(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)DNA中A与T碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强。( )
(3)一个DNA分子中1个磷酸均与2个脱氧核糖相连。( )
(4)DNA两条链上配对的碱基通过氢键相连。( )
(5)DNA是由四种核糖核苷酸连接而成的。( )
√
×
×
√
×
2.在制作DNA双螺旋结构模型活动中，可采用不同形状和颜色的纸片，分别代表脱氧核糖、磷酸和不同碱基，用订书针作为连接物。现制作一个含10个碱基对(其中胞嘧啶有4个)DNA分子片段模型，下列叙述正确的是 ( )
A.制作该模型需要82个订书针
B.在制作脱氧核苷酸模型时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
C.制成的模型中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和等于鸟嘌呤与胞嘧啶之和
D.可构建410种不同碱基序列的DNA片段
√
解析：若该模型中有4个胞嘧啶，则含有A—T碱基对6个，C—G碱基对4个，其中A和T之间有2个氢键，C—G之间有3个氢键，则需要2×6+4×3+(10-1)×2+20×2=82个订书针，A正确；在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，碱基不会与磷酸连接，B错误；制成的模型中(DNA双螺旋结构)，腺嘌呤与鸟嘌呤之和等于胞嘧啶和胸腺嘧啶之和，而该模型中腺嘌呤与胸腺嘧啶之和为12个，鸟嘌呤与胞嘧啶之和为8个，C错误；由于碱基比例已经确定，故该DNA片段的碱基排列方式少于410种，D错误。
3.如图为DNA分子部分结构示意图,有关叙述正确的是 ( )
A.④是一个胞嘧啶脱氧核苷酸
B.⑥和⑦均为氢键
C.A与T之间含2个⑤，故⑤为磷酸二酯键
D.DNA的两条链方向相反，其中磷酸和脱氧核糖交替排列，排列在外侧
√
解析： ④包括一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基,但磷酸与脱氧核糖和含氮碱基不位于同一个核苷酸内,则④不是一分子胞嘧啶脱氧核苷酸,A错误;⑤为氢键,⑥和⑦构成磷酸二酯键,B、C错误;DNA的两条链的方向相反,磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧,形成基本骨架,D正确。
NO.2
聚焦 学案二 DNA分子中有关
碱基数量的计算
学案设计
|探|究|学|习|
已知DNA分子由两条链构成，并且两条链之间的碱基遵循碱基互补配对原则，如果将两条链分别命名为H1、H2，则存在下列数量关系：A1=T2，T1=A2，C1=G2，G1=C2。如图所示：
(1)上述A1、T1、G1、C1、A2、T2、G2、C2分别表示什么含义
提示：A1表示H1上所有A的总数，同理A2表示H2上所有A的总数，以此类推。
(2)如果H1中(A+C)/(T+G)=m，那么H2中(A+C)/(T+G)的值是多少 在整个双链DNA分子中(A+C)/(T+G)的值又是多少
提示：1/m；1。
(3)在双链DNA中，若H1中(A+T)/(G+C)=n，则那么H2中(A+T)/(G+C)的值是多少 在整个双链DNA分子中(A+T)/(G+C)的值是多少
提示：n；n。
(4)若某DNA中，A≠T，G≠C，可能的原因是什么
提示：该DNA不是双链结构，而是单链结构。
|认|知|生|成|
1.碱基互补配对原则
在双链DNA分子中，A=T，G=C，A1=T2，T1=A2，G1=C2，C1=G2。如图：
2.DNA分子中碱基的数量关系规律
规律一：在双链DNA分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的一半，或不互补碱基之和相等，比值为1。即：
A+G=T+C=A+C=G+T或(A+G)/(T+C)=(A+C)/(G+T)=1。
规律二：在双链DNA分子中，互补碱基之和的比值在两条链中和整个DNA分子中相等。即：
若(A1+T1)/(G1+C1)=m，则(A2+T2)/(G2+C2)=(A+T)/(G+C)=m。
规律三：在双链DNA分子中，不互补碱基之和的比值在两条链中互为倒数，在整个DNA分子中为1。即：
若(A1+G1)/(T1+C1)=n，则(A2+G2)/(T2+C2)=1/n，双链DNA分子中(A+G)/(T+C)=1。
微点拨：规律二和规律三可巧记为“补则等，不补则倒”。
[典例] 某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%，α链中腺嘌呤占28%。下列叙述错误的是 ( )
A.β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
B.β链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等，均是28%
C.α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%，占双链DNA分子的8%
D.α链中(G+C)/(A+T)=14/11，β链中(A+T)/(G+C)=11/14
√
[解析] 双链DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%，则腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占全部碱基总数的44%，互补碱基之和在单双链中比值相等，A正确；根据鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比例不能确定每条链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例，两者不一定是等分的，B错误；α链中胸腺嘧啶所占的比例是1-56%-28%=16%，则占双链DNA分子的比例是16%÷2=8%，C正确；α链中(G+C)/(A+T)=14/11，根据碱基互补配对原则，β链中(A+T)/(G+C)=11/14，D正确。
[思维建模]
解答DNA分子中有关碱基计算题目的“三步曲”
迁移训练
1.某生物双链DNA分子的一条链中腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占该链碱基总数的40%，该DNA分子在限制酶(使磷酸二酯键断开)的作用下被切成D1和D2两个DNA片段(酶切位点如图所示)，下列叙述正确的是 ( )
A.该DNA分子中A+T占碱基总数的50%
B.若D1中的A/C=m，则D2中的A/C=1/m
C.D1和D2片段中(A+C)/(T+G)的值相等
D.D2片段中一条链上的碱基通过氢键相互连接
√
解析：DNA分子的一条链中腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占该链碱基总数的40%，则该DNA分子中腺嘌呤和胸腺嘧啶之和也占碱基总数的40%，A错误；D1与D2是不同的DNA片段，无直接关系，故无法判断D1和D2中A/C的关系，B错误；由题图可知，在限制酶作用下将一个DNA片段切割成2个DNA片段，这两个片段仍遵循碱基互补配对原则，DNA双链中，A=T，G=C，故D1和D2片段中(A+C)/(T+G)的值均等于1，C正确；D2片段中一条链上的碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，D错误。
2.在一个双链DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的54%。若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的22%，胸腺嘧啶占28%，则另一条链上，胞嘧啶、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的 ( )
A.24%、26% B.22%、28%
C.27%、23% D.20%、30%
√
解析：已知双链DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的54%，即A+T=54%，则G+C=46%。又已知一条链上的胞嘧啶占该链碱基总数的22%，胸腺嘧啶占28%，即C1=22%，T1=28%，根据碱基互补配对原则，C2=G1=46%-C1=24%，T2=A1=54%-T1=26%。
3.在一个双链DNA中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键。则下列有关叙述正确的是 ( )
①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=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 ④G的数量为m-n
A.①②③④ B.②③④
C.③④ D.①②③
√
解析：每个脱氧核苷酸分子都含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基，所以脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=m，①正确；因为A和T之间有2个氢键、C和G之间有3个氢键，根据碱基互补配对原则，A=T=n，则C=G=(m-2n)/2，所以碱基之间的氢键数为2n+3[(m-2n)/2]=(3m-2n)/2，②正确，④错误；双链DNA中，A=T=n，则根据碱基互补配对原则，一条链中A+T的数量为n，③正确。
随堂小结——即时回顾与评价
NO.3
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1.DNA是如何维系它的结构稳定性的
______________________________________________________
______________________________________________。
脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA两条链的基本骨架；两条链上碱基之间的氢键维持了双螺旋结构的稳定性
2.在DNA分子加热解链时，DNA分子中G+C的比例越高，需要解链温度越高。原因是__________________________________________
__________________________________________________________________________________________。
A—T碱基对有2个氢键，G—C碱基对有3个氢键，所以DNA分子中G+C的比例越高，含有的氢键数越多，DNA结构越稳定，则需要解链温度越高
三、综合检测反馈
1.下列关于DNA分子的叙述，错误的是 ( )
A.双链DNA分子中，每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团
B.查哥夫发现在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
C.同种生物不同个体的细胞中，双链DNA分子的(A+G)/(T+C)的值一般相同
D.沃森和克里克根据DNA分子的X射线衍射图谱推算出DNA呈螺旋结构
√
解析：DNA分子大多数脱氧核糖与两个磷酸基团相连，但3'端的脱氧核糖只连接一个磷酸基团，A错误；奥地利生物化学家查哥夫对DNA分子进行了定量分析，发现在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，B正确；双链DNA分子中，A=T，G=C，同种生物不同个体的细胞中，DNA分子的(A+G)/(T+C)的值一般相同，都是1，C正确；沃森和克里克依据威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱及有关数据，推算出DNA分子呈螺旋结构，D正确。
2.下表为几种生物体内的DNA中各种碱基的比例统计结果。下列说法错误的是 ( )
生物 猪 牛 器官 肝 脾 胰 肺 肾 胃
(A+T)/(C+G) 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30
A.猪肝细胞的DNA中A/C、T/G、A/G、T/C的值均为1.43
B.同种生物不同器官细胞的DNA中嘌呤、嘧啶比例约为1
C.同种生物不同器官细胞的DNA中(A+T)/(C+G)基本相同，说明DNA的碱基组成具有一致性
D.牛的肾脏细胞的核酸中(A+G)/(C+T)的值小于1
√
解析：猪肝细胞的DNA中(A+T)/(C+G)=1.43，由于A=T，C=G，所以A/C、T/G、A/G、T/C的值均为1.43，A正确；由于DNA一般为双链，遵循碱基互补配对原则，所以其中嘌呤(A+G)与嘧啶(T+C)的比例为1，B正确；DNA中(A+T)/(C+G)能反映碱基组成及DNA分子的特异性，同种生物不同器官细胞的DNA中(A+T)/(C+G)基本相同，说明DNA的碱基组成具有一致性，C正确；由于DNA一般为双链，遵循碱基互补配对原则：A与T配对，G与C配对，而RNA通常为单链，含A、U、G、C四种含氮碱基且比例未知，故牛的肾脏细胞的核酸(DNA和RNA)中(A+G)/(C+T)的值可能大于1，D错误。
3.某活动小组在构建DNA 双螺旋结构的模型过程中，一共制备了30个脱氧核糖、15个磷酸、15个A、10个T、5个G、15个C。关于该实验过程的说法，正确的是 ( )
A.利用所给材料制作出的DNA 双链模型最多能有415种碱基排列方式
B.构建的DNA 分子最多含有4种脱氧核苷酸、15个碱基对、35个氢键
C.用制备好的材料制作出的 DNA 双链模型最多能含有14个脱氧核苷酸
D.DNA 的一条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键
√
解析：所给材料中碱基的数量有限，因此制作出的DNA双链模型小于415种，A错误；在DNA分子中，A与T配对形成2个氢键，G与C配对形成3个氢键，由于所给磷酸15个，因此制作出的DNA双链模型最多有7个碱基对，可有5个G—C碱基对，2个A—T碱基对，氢键数量最多有5×3+2×2=19个，B错误；由于只有15个磷酸，因此制作出的DNA双链模型最多能含有14个脱氧核苷酸，C正确；DNA的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—”，D错误。
4.科研团队解析了一种特殊DNA的合成机制，这类特殊的DNA用二腺嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤(A)，与胸腺嘧啶(T)配对，该碱基对之间形成更稳定的三个氢键，极大地改变了DNA的物理化学特征。研究发现某种噬菌体中含有这种特殊的DNA。下列关于这种特殊DNA的叙述，错误的是 ( )
A.该种DNA结构中碱基的种类增加，嘌呤的比例也增大
B.该种DNA结构热稳定性更高，拓展了DNA的应用范围
C.该种DNA复制所需酶的种类可能增加，涉及Z的合成，A的消除
D.该种DNA可能不会被细菌的防御机制识别，对细菌具有更强的杀伤力
√
解析：分析题意可知，该特殊DNA中用二腺嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤(A)，故该种DNA的碱基由A、T、G、C替换为Z、T、G、C，碱基种类并未增加，嘌呤的比例也并未改变，A错误；正常的DNA中A与T配对，但是A与T之间只有两个氢键，而该种DNA的Z与T之间有三个氢键，结构热稳定性更高，拓展了DNA的应用范围，B正确；由于该种DNA需要用Z完全取代A，故复制所需酶的种类可能增加，涉及Z的合成，A的消除，C正确；噬菌体是一种侵染细菌的DNA病毒，结合题意可知，某种噬菌体中含有这种特殊的DNA，且该种DNA的物理化学特征发生了极大改变，故可能不会被细菌的防御机制识别，对细菌具有更强的杀伤力，D正确。
5.科学家在人体活细胞内发现了一种
新的DNA结构——DNA纽结(如图)。这表
明除了双螺旋结构外，人类DNA还拥有
更复杂的结构，下列有关说法错误的是 ( )
A.“DNA纽结”含有C、H、O、N、P五种元素
B.DNA链配对既可以反向平行，也可同向平行
C.磷酸与脱氧核糖交替排列形成了DNA的基本骨架
D.构成DNA的每个磷酸基团都同时连接2个脱氧核糖
√
解析：“DNA纽结”的本质仍为DNA，由C、H、O、N、P元素组成，A正确；由DNA纽结图示可知，在“纽结”内部，配对的两条单链中既有两条3'端→5'端相互配对的部位，也有一条3'端→5'端和另一条5'端→3'端的单链相互配对的部位，故DNA链配对既可以反向平行，也可同向平行，B正确；磷酸与脱氧核糖交替排列形成了DNA的基本骨架，C正确；构成DNA的大部分磷酸基团同时连接2个脱氧核糖，而5'端的磷酸基团和1个脱氧核糖相连，D错误。
课时跟踪检测
NO.4
(A级选择题每小题2分,B级选择题每小题4分,本检测满分50分)
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√
A级 强基固本
1.下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是( )
A.游离的磷酸基团位于DNA分子一条链的5'端
B.同一条脱氧核苷酸链上的A与T配对
C.DNA分子的两条链由肽键连接成双螺旋结构
D.DNA分子中每个磷酸基团都与含氮碱基相连
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解析：游离的磷酸基团位于DNA分子的一条链的5'端，A正确；在双链DNA分子中，两条脱氧核苷酸链上的A与T配对，一条链上的A与T不能配对，B错误；DNA分子的两条链通过氢键连接形成双螺旋结构，C错误；DNA分子中磷酸基团与脱氧核糖相连，脱氧核糖和含氮碱基相连，磷酸基团与含氮碱基无法连接，D错误。
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2.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分子中A—T的比例越高,DNA分子越稳定
√
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解析：据图可知，图中X是磷酸基团，A代表腺嘌呤，A正确；DNA基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接排列在双链的外侧形成的，而N为氢键，B错误；大多数脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基，每条链3'端的一个脱氧核糖只连接一个磷酸和一个碱基，C错误；DNA双链中G—C之间含有三个氢键，而A—T之间含有两个氢键，氢键越多，DNA分子越稳定，故DNA分子中C—G的比例越高，DNA分子越稳定，D错误。
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3.某双链DNA分子中含有400个碱基，其中腺嘌呤和胸腺嘧啶占全部碱基的60%，则该DNA分子中四种碱基的比例A∶T∶C∶G为 ( )
A.2∶2∶3∶3 B.3∶3∶2∶2
C.1∶1∶4∶4 D.3∶2∶3∶2
√
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解析：该DNA分子为双链DNA，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的60%，则A=T=30%，C=G=20%，因此四种碱基的比例为A∶T∶C∶G=3∶3∶2∶2，B正确。
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4.某学习小组利用下表所示材料构建一个含脱氧核苷酸数最多的DNA双螺旋结构模型。各分子之间的连接键及碱基对之间的氢键都用订书针(足够多)代替，一个订书针代表一个键。下列叙述错误的是 ( )
300个 420个 150个 60个 75个 140个
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A.用以上材料能构建一个含270个脱氧核苷酸的DNA双螺旋结构模型
B.在构建该DNA双螺旋结构模型的过程中，一共需要用到885个订书针
C.用以上材料构建出的含脱氧核苷酸最多的DNA双螺旋结构中，若其中一条链中只含A和C，则另一条链中只含T和G
D.该小组可构建出多种(A+T)/(G+C)与(A+G)/(T+C)均相同的DNA模型
√
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解析：根据碱基互补配对原则，只能形成60个A—T碱基对，75个C—G碱基对，即共需要270个碱基，则需要270个脱氧核糖和270个磷酸基团，用以上材料能构建一个含270个脱氧核苷酸的DNA双螺旋结构模型，A正确；在构建该DNA双螺旋结构模型的过程中，一共需要用到订书针的数目为270×2+(135-1)×2+60×2+75×3=1 153个，B错误；
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根据碱基互补配对原则，用以上材料构建出的含脱氧核苷酸最多的DNA双螺旋结构中，若其中一条链中只含A和C，则另一条链中只含T和G，C正确；该小组构建的DNA双螺旋结构模型中，脱氧核糖核苷酸排列顺序可有多种，但都是含有60个A，60个T，75个C，75个G，(A+T)/(G+C)与(A+G)/(T+C)的值均相同，D正确。
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√
5.某DNA中碱基T共a个，约占全部碱基的32%，下列关于此DNA分子的叙述中，不正确的是 ( )
A.G和C的比例都约占全部碱基的18%
B.每条链上的T都约占该链碱基的32%
C.该DNA分子共有G的个数为9/16a个
D.该DNA分子的每条链中(A+T)与(C+G)的比值均相等
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解析：根据碱基互补配对原则可知，该DNA分子中A=T，G=C，所以G和C的比例都约占全部碱基的(1-32%×2)÷2=18%，A正确；该DNA分子中，A=T=32%，但是每条链上的T所占该链碱基的比例无法得知，B错误；该DNA中碱基T共a个，约占全部碱基的32%，而碱基G约占全部碱基的18%，则G的个数为9/16a个，C正确；在双链DNA分子中，互补碱基之和的比值在两条链中和整个DNA分子中均相等，D正确。
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6.科学家发现，癌细胞中存在一种单链DNA分子，可促进癌细胞分裂，该单链DNA分子中富含G，每4个G之间通过氢键连接成一个正方形的“G—4平面”，使该DNA分子形成独特“G—四联体螺旋结构”。下列有关分析正确的是 ( )
A.该单链DNA的“G—四联体螺旋结构”遵循碱基互补配对原则
B.该单链DNA分子中，磷酸、五碳糖和含氮碱基的数量相等
C.与RNA分子相比，该单链DNA分子不含脱氧核糖和尿嘧啶
D.DNA单链形成的“G—四联体螺旋结构”中，(A+G)/(T+C)=1
√
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解析：每4个G之间通过氢键连接成一个正方形的“G—4平面”，该单链DNA的“G—四联体螺旋结构”不遵循碱基互补配对原则，则(A+G)/(T+C)的值不一定等于1，A、D错误；该单链DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，而一分子脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成，因此其磷酸、五碳糖和含氮碱基的数量相等，B正确；该单链DNA分子含有的五碳糖是脱氧核糖，与RNA相比，该单链DNA分子不含核糖和尿嘧啶，C错误。
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7.某DNA分子共含200个碱基对,其中一条链含胞嘧啶30个,另一条链含胞嘧啶20个。下列叙述错误的是 ( )
A.每条链中(A+T)/(C+G)均为3∶1
B.每条链中嘌呤与嘧啶数之比均为1∶1
C.该DNA分子中嘌呤与嘧啶数之比为1∶1
D.该DNA分子中碱基之间的氢键总数为450个
√
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解析：某DNA分子共含200个碱基对，共400个碱基，C1表示1条链的胞嘧啶，其中一条链含胞嘧啶(C1)30个，另一条链含胞嘧啶(C2)20个，根据碱基互补配对原则，G1为20个，G2为30个，一条链含有200个碱基，所以A1+T1=150，A2+T2=150，所以(A1+T1)/(G1+C1)
=150/50=3/1，(A2+T2)/(G2+C2)=150/50=3/1，A正确；
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因为不知道每条链的A、T数量，所以每条链的嘌呤(A+G)与嘧啶数(C+T)之比无法计算，B错误；该DNA分子遵循碱基互补配对原则：A=T，G=C，所以嘌呤(A+G)与嘧啶数(C+T)之比为1∶1，C正确；该DNA分子含有A/T碱基对150个，含有G/C碱基对50个，所以氢键总数=150×2+50×3=450个，D正确。
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8.(12分)分析以下材料，回答有关问题。
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。
材料二 生物学家查哥夫研究不同生物的DNA时发现，DNA分子中的嘧啶总数始终等于嘌呤总数，即A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，但(A+T)与(G+C)的比值是不固定的。
材料三 富兰克林等人对DNA的X射线衍射图谱分析表明，DNA分子由许多“亚单位”组成，每一层的间距为0.34 nm，而且整个DNA分子长链的直径是恒定的。
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(1)DNA分子是由两条 组成的，其基本单位是 。
(2)嘧啶的总数始终等于嘌呤的总数，说明__________________
。
(3)A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，说明______________________________。
脱氧核苷酸长链
脱氧核苷酸
DNA分子中嘌呤与
嘧啶之间一一对应
A与T一一对应，C与G一一对应
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(4)A与T的总数和G与C的总数的比值不固定，说明____________
_______________________________。
(5)富兰克林等人提出的DNA分子中的“亚单位”事实上是_______；亚单位的间距都为0.34 nm，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，沃森和克里克构建的DNA分子双螺旋结构模型中各对应碱基之间的关系是______________________。
A与T之间的
对应和C与G之间的对应互不影响
碱基对
DNA分子的空间结构非常规则
A与T配对，C与G配对
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9.(9分)如图表示DNA分子结构模式图，请回答下列问题。
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3
4
(1)写出图中序号所代表结构的中文名称：② 、⑦ 。
(2)通常DNA形成的立体结构呈 。
(3)图中一条DNA单链的序列是5' AGTC 3'，则另一条单链的序列是 (序列从5'→3'书写)。
胞嘧啶
腺嘌呤脱氧核苷酸
双螺旋结构
5' GACT 3'
1
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(4)若该DNA分子中一条链的(A+C)/(T+G)为0.5，则它的互补链中(A+C)/(T+G)为 。
(5)某同学制作图中DNA结构模型，仅用订书钉将五碳糖、磷酸、碱基连为一体(每个氢键用一个订书钉表示)，则使用的订书钉个数至少为 个。
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解析：(1)图中的②能够与G(鸟嘌呤)配对，说明②是C，其中文名称是胞嘧啶。⑦是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基A(腺嘌呤)组成，因此⑦的中文名称是腺嘌呤脱氧核苷酸。
(2)通常DNA按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
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(3)图中一条DNA单链的序列是5' AGTC 3'，依据碱基互补配对原则可推知，另一条单链的序列是5' GACT 3'。
(4)在双链DNA分子中，2条链之间的碱基A与T配对、G与C配对，因此一条链中(A+C)/(T+G)的值与其互补链中的(A+C)/(T+G)的值互为倒数。若该DNA分子中一条链的(A+C)/(T+G)为0.5，则它的互补链中(A+C)/(T+G)为2。
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(5)依题意可知：构建一个DNA的基本单位需要2个订书钉；构建一个如题图所示的含4对碱基的DNA双链片段，先要构建8个基本单位，需要16个订书钉；将2个基本单位连在一起，需要1个订书钉，连接4对碱基组成的DNA双链片段，需将8个基本单位连成2条，需要6个订书钉；依据碱基互补配对原则，碱基A和T各有2个，C和G各有2个，碱基对A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，碱基对之间的氢键需要2×2+2×3=10个订书钉。综上所述，共需要16+6+10=32个订书钉。
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B级 发展提能
10.用DNA测序仪测出的某生物的一个DNA分子片段上被标记的一条脱氧核苷酸链的碱基排列顺序(5' TGCGTATTGG 3')如图1所示，图2为某条脱氧核苷酸链的碱基序列示意图。下列相关分析错误的是( )
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A.推测图1所示DNA片段的鸟嘌呤脱氧核苷酸数量是5个
B.图1所示单链的互补链碱基序列为3' ACGCATAACC 5'
C.图2所示单链的互补链碱基序列为5' GGCGCACTGG 3'
D.图1和图2所示单链的相邻碱基之间通过氢键相连
√
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解析：图1所示单链的碱基序列为5‘ TGCGTATTGG 3’，其互补链的碱基序列为3‘ ACGCATAACC 5’，DNA是双链结构，因此图1所示DNA片段中鸟嘌呤脱氧核苷酸数量是5个，A、B正确；根据图1脱氧核苷酸链的碱基排列顺序可知，图中碱基序列应从上向下读，且由左至右的顺序依次是ACGT，所以图2所示单链为5' CCAGTGCGCC 3'，其互补链的碱基序列为5' GGCGCACTGG 3'，C正确；图1和图2所示单链的相邻碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连，两条链之间配对的碱基通过氢键相连，D错误。
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11.(11分)铁皮石斛具有良好的药用和保健价值，但资源濒危、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基因进行检测，结果如下。请回答问题：
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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
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(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 ，而含有T(胸腺嘧啶)。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 (填“两条链”或“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”。
U(或尿嘧啶)
一条单链
1、3、4
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(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____________________________________________________
________________________。已知铁皮石斛matK基因中第1 015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 _______(填“是”或“不是”)铁皮石斛。
无法确定样品2的matK基因的碱基序列是否与铁皮石斛的matK基因的碱基序列一致
不是
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解析：(1)DNA中不含U而含有T，根据表格中A与T不相等、C与G不相等可知，质检人员检测的是该基因的一条单链。
(2)根据表格数据可知，样品1、3、4中各个碱基的比例均与铁皮石斛matK基因有所区别，故推测1、3、4均为假冒品。
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(3)样品2中碱基比例与铁皮石斛中matK基因的碱基比例相同，但由于二者的碱基的排列顺序可能不同，故无法判断样品2一定是铁皮石斛。已知铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T，若样品2在多次随机抽检中该位点均为C，说明二者的碱基序列不同，则可判断样品2不是铁皮石斛。课时跟踪检测(十二) DNA的结构
(A级选择题每小题2分,B级选择题每小题4分,本检测满分50分)
A级 强基固本
1.下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是 ( )
A.游离的磷酸基团位于DNA分子一条链的5'端
B.同一条脱氧核苷酸链上的A与T配对
C.DNA分子的两条链由肽键连接成双螺旋结构
D.DNA分子中每个磷酸基团都与含氮碱基相连
2.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分子中A—T的比例越高,DNA分子越稳定
3.某双链DNA分子中含有400个碱基,其中腺嘌呤和胸腺嘧啶占全部碱基的60%,则该DNA分子中四种碱基的比例A∶T∶C∶G为 ( )
A.2∶2∶3∶3 B.3∶3∶2∶2
C.1∶1∶4∶4 D.3∶2∶3∶2
4.某学习小组利用下表所示材料构建一个含脱氧核苷酸数最多的DNA双螺旋结构模型。各分子之间的连接键及碱基对之间的氢键都用订书针(足够多)代替,一个订书针代表一个键。下列叙述错误的是 ( )
300个 420个 150个 60个 75个 140个
A.用以上材料能构建一个含270个脱氧核苷酸的DNA双螺旋结构模型
B.在构建该DNA双螺旋结构模型的过程中,一共需要用到885个订书针
C.用以上材料构建出的含脱氧核苷酸最多的DNA双螺旋结构中,若其中一条链中只含A和C,则另一条链中只含T和G
D.该小组可构建出多种(A+T)/(G+C)与(A+G)/(T+C)均相同的DNA模型
5.某DNA中碱基T共a个,约占全部碱基的32%,下列关于此DNA分子的叙述中,不正确的是 ( )
A.G和C的比例都约占全部碱基的18%
B.每条链上的T都约占该链碱基的32%
C.该DNA分子共有G的个数为9/16a个
D.该DNA分子的每条链中(A+T)与(C+G)的比值均相等
6.科学家发现,癌细胞中存在一种单链DNA分子,可促进癌细胞分裂,该单链DNA分子中富含G,每4个G之间通过氢键连接成一个正方形的“G—4平面”,使该DNA分子形成独特“G—四联体螺旋结构”。下列有关分析正确的是 ( )
A.该单链DNA的“G—四联体螺旋结构”遵循碱基互补配对原则
B.该单链DNA分子中,磷酸、五碳糖和含氮碱基的数量相等
C.与RNA分子相比,该单链DNA分子不含脱氧核糖和尿嘧啶
D.DNA单链形成的“G—四联体螺旋结构”中,(A+G)/(T+C)=1
7.某DNA分子共含200个碱基对,其中一条链含胞嘧啶30个,另一条链含胞嘧啶20个。下列叙述错误的是 ( )
A.每条链中(A+T)/(C+G)均为3∶1
B.每条链中嘌呤与嘧啶数之比均为1∶1
C.该DNA分子中嘌呤与嘧啶数之比为1∶1
D.该DNA分子中碱基之间的氢键总数为450个
8.(12分)分析以下材料,回答有关问题。
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。
材料二 生物学家查哥夫研究不同生物的DNA时发现,DNA分子中的嘧啶总数始终等于嘌呤总数,即A的总数等于T的总数,G的总数等于C的总数,但(A+T)与(G+C)的比值是不固定的。
材料三 富兰克林等人对DNA的X射线衍射图谱分析表明,DNA分子由许多“亚单位”组成,每一层的间距为0.34 nm,而且整个DNA分子长链的直径是恒定的。
(1)DNA分子是由两条 组成的,其基本单位是 。
(2)嘧啶的总数始终等于嘌呤的总数,说明 。
(3)A的总数等于T的总数,G的总数等于C的总数,说明 。
(4)A与T的总数和G与C的总数的比值不固定,说明 。
(5)富兰克林等人提出的DNA分子中的“亚单位”事实上是 ;亚单位的间距都为0.34 nm,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,沃森和克里克构建的DNA分子双螺旋结构模型中各对应碱基之间的关系是 。
9.(9分)如图表示DNA分子结构模式图,请回答下列问题。
(1)写出图中序号所代表结构的中文名称:② 、⑦ 。
(2)通常DNA形成的立体结构呈 。
(3)图中一条DNA单链的序列是5' AGTC 3',则另一条单链的序列是 (序列从5'→3'书写)。
(4)若该DNA分子中一条链的(A+C)/(T+G)为0.5,则它的互补链中(A+C)/(T+G)为 。
(5)某同学制作图中DNA结构模型,仅用订书钉将五碳糖、磷酸、碱基连为一体(每个氢键用一个订书钉表示),则使用的订书钉个数至少为 个。
B级 发展提能
10.用DNA测序仪测出的某生物的一个DNA分子片段上被标记的一条脱氧核苷酸链的碱基排列顺序(5' TGCGTATTGG 3')如图1所示,图2为某条脱氧核苷酸链的碱基序列示意图。下列相关分析错误的是 ( )
A.推测图1所示DNA片段的鸟嘌呤脱氧核苷酸数量是5个
B.图1所示单链的互补链碱基序列为3' ACGCATAACC 5'
C.图2所示单链的互补链碱基序列为5' GGCGCACTGG 3'
D.图1和图2所示单链的相邻碱基之间通过氢键相连
11.(11分)铁皮石斛具有良好的药用和保健价值,但资源濒危、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基因进行检测,结果如下。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 ,而含有T(胸腺嘧啶)。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 (填“两条链”或“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 。已知铁皮石斛matK基因中第1 015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 (填“是”或“不是”)铁皮石斛。
课时跟踪检测(十二)
1.A 2.A 3.B 4.B
5.选B 根据碱基互补配对原则可知,该DNA分子中A=T,G=C,所以G和C的比例都约占全部碱基的(1-32%×2)÷2=18%,A正确;该DNA分子中,A=T=32%,但是每条链上的T所占该链碱基的比例无法得知,B错误;该DNA中碱基T共a个,约占全部碱基的32%,而碱基G约占全部碱基的18%,则G的个数为9/16a个,C正确;在双链DNA分子中,互补碱基之和的比值在两条链中和整个DNA分子中均相等,D正确。
6.选B 每4个G之间通过氢键连接成一个正方形的“G—4平面”,该单链DNA的“G—四联体螺旋结构”不遵循碱基互补配对原则,则(A+G)/(T+C)的值不一定等于1,A、D错误;该单链DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸,而一分子脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成,因此其磷酸、五碳糖和含氮碱基的数量相等,B正确;该单链DNA分子含有的五碳糖是脱氧核糖,与RNA相比,该单链DNA分子不含核糖和尿嘧啶,C错误。
7.选B 某DNA分子共含200个碱基对,共400个碱基,C1表示1条链的胞嘧啶,其中一条链含胞嘧啶(C1)30个,另一条链含胞嘧啶(C2)20个,根据碱基互补配对原则,G1为20个,G2为30个,一条链含有200个碱基,所以A1+T1=150,A2+T2=150,所以(A1+T1)/(G1+C1)=150/50=3/1,(A2+T2)/(G2+C2)=150/50=3/1,A正确;因为不知道每条链的A、T数量,所以每条链的嘌呤(A+G)与嘧啶数(C+T)之比无法计算,B错误;该DNA分子遵循碱基互补配对原则:A=T,G=C,所以嘌呤(A+G)与嘧啶数(C+T)之比为1∶1,C正确;该DNA分子含有A/T碱基对150个,含有G/C碱基对50个,所以氢键总数=150×2+50×3=450个,D正确。
8.(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
9.(1)胞嘧啶 腺嘌呤脱氧核苷酸 (2)双螺旋结构
(3)5' GACT 3' (4)2 (5)32
10.选D 图1所示单链的碱基序列为5' TGCGTATTGG 3',其互补链的碱基序列为3' ACGCATAACC 5',DNA是双链结构,因此图1所示DNA片段中鸟嘌呤脱氧核苷酸数量是5个,A、B正确;根据图1脱氧核苷酸链的碱基排列顺序可知,图中碱基序列应从上向下读,且由左至右的顺序依次是ACGT,所以图2所示单链为5' CCAGTGCGCC 3',其互补链的碱基序列为5' GGCGCACTGG 3',C正确;图1和图2所示单链的相邻碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连,两条链之间配对的碱基通过氢键相连,D错误。
11.解析:(1)DNA中不含U而含有T,根据表格中A与T不相等、C与G不相等可知,质检人员检测的是该基因的一条单链。
(2)根据表格数据可知,样品1、3、4中各个碱基的比例均与铁皮石斛matK基因有所区别,故推测1、3、4均为假冒品。
(3)样品2中碱基比例与铁皮石斛中matK基因的碱基比例相同,但由于二者的碱基的排列顺序可能不同,故无法判断样品2一定是铁皮石斛。已知铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,若样品2在多次随机抽检中该位点均为C,说明二者的碱基序列不同,则可判断样品2不是铁皮石斛。
答案:(1) U(或尿嘧啶) 一条单链 (2)1、3、4 (3)无法确定样品2的matK基因的碱基序列是否与铁皮石斛的matK基因的碱基序列一致 不是
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