《创新课堂》第3章第2节 DNA的结构 讲义（教师版）-高中生物学必修2（人教版）同步讲练测

第2节　DNA的结构
[课标内容]
1．用结构与功能观，理解DNA分子的结构特点。　2.通过制作DNA分子模型，培养学生的观察力、空间想象力等。　3.基于DNA分子结构的研究，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用，体会持之以恒的科学精神。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1．构建者：________________。
2．构建过程
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二、DNA的结构
1．DNA的基本组成单位——__________________________
(1)结构模式
(2)分子构成：1分子磷酸＋1分子_______________________＋1分子碱基。
(3)基本种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、____________脱氧核苷酸、____________脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸。
2．DNA双螺旋结构的主要特点
(1)DNA是由________条单链组成的，这____________按反向平行方式盘旋成____________结构。
(2)DNA中的________________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，并且碱基配对具有一定的规律：A(腺嘌呤)一定与________________配对，G(鸟嘌呤)一定与____________配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作______________原则。
[答案自填] 沃森和克里克　脱氧核苷酸　DNA衍射图谱　T　C　脱氧核苷酸　脱氧核糖　胸腺嘧啶　鸟嘌呤　两　两条链　双螺旋　脱氧核糖和磷酸　碱基　氢键　T(胸腺嘧啶)　C(胞嘧啶)　碱基互补配对
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(1)每个DNA分子中，碱基数＝磷酸数＝脱氧核糖数。(　　)
(2)DNA分子单链中相邻的碱基之间均通过氢键连接。(　　)
(3)DNA双螺旋结构模型中两条链的碱基数相等。(　　)
(4)在DNA分子中，A＋T的量一定等于C＋G的量。(　　)
(5)DNA的两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(　　)
(6)DNA中A—T碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强。(　　)
提示：(1)√
(2)×　DNA分子单链中相邻碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接。
(3)√
(4)×　在DNA分子中，A和T的量相等，C和G的量相等，但A＋T的量不一定等于C＋G的量。
(5)√
(6)×　A与T之间由两个氢键相连，C与G之间由三个氢键相连，故DNA中C—G碱基对所占的比例越高，DNA稳定性越强。
【知识框架】
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核心点一　DNA的结构和制作DNA双螺旋结构模型[学生用书P64]
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下图为大肠杆菌DNA分子结构示意图(片段)。请根据图示分析并回答下列问题。
(1)如果DNA进行初步水解，产物是什么？如果DNA进行彻底水解，产物是什么？
(2)DNA是由两条单链按照反向平行方式盘旋成的双螺旋结构，如何理解“反向”的含义？
(3)什么是碱基互补配对原则？哪种碱基对的数量对DNA分子结构的稳定性影响更大？
(4)DNA是如何维持它的遗传稳定性的？
(5)某小组利用材料制作了DNA双螺旋结构模型，请将合理的制作顺序排列出来：____________________。
①组装“脱氧核苷酸模型”　②组成多核苷酸长链　③制作若干个磷酸、碱基和脱氧核糖
④获得DNA分子的立体结构　⑤制作DNA分子平面结构
提示：(1)4种脱氧核苷酸。磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
(2)DNA的每一条链都有两个末端，有游离的磷酸基团的一端称作5′端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′端，DNA的这两条单链走向是相反的，从双链的一端起始，一条链是从5′端到3′端，另一条链是从3′端到5′端。
(3)在DNA的内部，A总是与T配对，C总是与G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。由于A与T之间由两个氢键相连，G与C之间由三个氢键相连，DNA中G—C碱基对越多，结构越稳定。
(4)两条链上的碱基之间的氢键和每条链上的磷酸二酯键共同维持双螺旋结构的稳定性。
(5)③①②⑤④
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DNA的结构
(1)数量关系
①每个链状DNA片段中，游离的磷酸基团有两个，有游离磷酸基团的一端称为5′端。
②A—T碱基对之间有两个氢键，G —C碱基对之间有三个氢键。
③脱氧核糖数＝磷酸数＝碱基数。
(2)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。
(3)化学键的作用
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脱氧核糖和磷酸。
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1．(2021·广东选择考改编)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(　　)
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA衍射图谱
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④艾弗里的肺炎链球菌转化实验
A．①②　　　　　　　 B．②③
C．③④ D．①④
解析：选B。艾弗里的肺炎链球菌转化实验、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验均证明了DNA是遗传物质，但不能为DNA双螺旋结构模型的构建提供依据，①④不符合题意；富兰克林等拍摄的DNA衍射图谱可为DNA双螺旋结构模型的构建提供依据，②符合题意；查哥夫发现的DNA中腺嘌呤(A)的量＝胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量＝胞嘧啶(C)的量，即嘌呤(A＋G)含量与嘧啶(T＋C)含量相等，可为DNA双螺旋结构模型的构建提供依据，③符合题意。
2．(2024·吉林长春高一期末)下图所示为DNA的某一片段，下列相关叙述正确的是(　　)
A．每个脱氧核糖上均连着2个磷酸和1个碱基
B．DNA中⑤相对含量越多越稳定
C．图中④的种类由③决定，共有5种
D．⑥构成DNA分子的基本骨架
解析：选B。大多数脱氧核糖上连着2个磷酸和1个碱基，但每条链末端的脱氧核糖上只连接1个磷酸，A错误；⑤为氢键，氢键数目越多，DNA分子越稳定，B正确；题图中④(脱氧核苷酸)的种类由③(含氮碱基)决定，共有4种，C错误；⑥不是构成DNA的基本骨架，脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA的基本骨架，D错误。
核心点二　DNA分子中的相关计算[学生用书P65]
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下图DNA分子中一条链为1链，另一条链为2链。
根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
(1)A1＋A2＝________；G1＋G2＝________。
即：双链中A＝________，G＝________，A＋G＝__________＝__________＝__________＝(A＋G＋T＋C)。
规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
(2)A1＋T1＝________；G1＋C1＝________。
＝＝(N为相应的碱基总数)，＝＝。
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。
(3)与的关系是____________________。
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。
(4)若＝a，＝b，则＝________。
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
提示：(1)T1＋T2　C1＋C2　T　C　T＋C　A＋C　T＋G
(2)A2＋T2　G2＋C2　(3)互为倒数　(4)(a＋b)
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解答DNA分子中有关碱基计算题目的“三步曲”
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1．某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。下列叙述正确的是(　　)
A．该DNA分子的另一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4　
B．该DNA分子共有腺嘌呤60个
C．该DNA分子共有鸟嘌呤160个
D．其中一条链中(A＋G)/(T＋C)＝4/6，则双链中(A＋G)/(T＋C)＝6/4
解析：选B。根据碱基互补配对原则，该DNA分子的另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3；A＋T占该链碱基总数的30%，G＋C占70%，即DNA分子中A＋T占30%，G＋C占70%，共有A＝T＝400×(30%÷2)＝60(个)，G＝C＝400×(70%÷2)＝140(个)；该DNA分子一条链中(A＋G)/(T＋C)＝4/6，双链中(A＋G)/(T＋C)＝1。
2．若一个双链DNA的G占整个DNA碱基的27%，并测得DNA一条链上的A占这个链碱基的18%，则另一条链上的A的比例是(　　)
A．9%　　　　　　　 B．27%
C．28% D．46%
解析：选C。G占整个DNA碱基的27%，据碱基互补配对原则可知，G＝C＝27%，G＋C＝54%，那么A＋T＝1－54%＝46%，又因为它的任何一条链中A＋T＝46%，其中一条链中的A＝18%，则此链中T＝46%－18%＝28%，另一条链中A＝28%，C符合题意。
3．从某生物组织中提取一个DNA进行分析，其中G＋C占全部碱基的46%，又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是A，24%是C，则与H链相对应的另一条链中，A、C分别占该链全部碱基的(　　)
A.26%、22% B．24%、28%
C．14%、11% D．11%、14%
解析：选A。由DNA中G＋C占全部碱基的46%可知，DNA中A＋T占全部碱基的54%，则在DNA双链中A＝T＝27%，G＝C＝23%，H链中A占28%，C占24%，则与H链相对应的另一条链中，A占该链全部碱基的比例为2×27%－28%＝26%，C占该链全部碱基的比例为2×23%－24%＝22%。
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "随堂效果检测LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "随堂效果检测LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5([学生用书P66]))
1．(教材P48～49“思考·讨论”改编)下列关于DNA分子结构的探索历程的叙述，错误的是(　　)
A．查哥夫发现腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量
B．威尔金斯和富兰克林根据DNA衍射图谱的数据，推算出DNA呈螺旋结构
C．在DNA结构的研究中，沃森和克里克最先提出了DNA的双螺旋结构模型
D．DNA双螺旋结构模型的构建，涉及数学、物理、化学和生物等学科的知识
解析：选B。查哥夫发现腺嘌呤(A)的量等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量等于胞嘧啶(C)的量，A正确；沃森和克里克以威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA衍射图谱有关数据为基础推算出DNA呈螺旋结构，B错误；在对DNA分子结构的研究中，沃森和克里克最先提出了DNA的双螺旋结构模型，C正确；在DNA分子双螺旋结构模型的探索过程中，主要涉及物理学(主要是晶体学)、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识，D正确。
2．(2024·四川成都高一月考) 下图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“ INCLUDEPICTURE "白点.TIF" INCLUDEPICTURE "白点.TIF" \* MERGEFORMAT ”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，正确的是(　　)
A．甲说：“物质组成和结构上没有错误”
B．乙说：“只有一处错误，就是U应改为T”
C．丙说：“至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖”
D．丁说：“如果他画的是RNA双链，则该图应是正确的”
解析：选C。DNA中含有的五碳糖应为脱氧核糖，而不是核糖；DNA中不含碱基U，而含碱基T；C和G间的氢键数应为3个；一条单链上两个相邻脱氧核苷酸之间的连接方式不正确，应是一个脱氧核苷酸的脱氧核糖与另一个脱氧核苷酸的磷酸连接。
3．(教材P50图3—8改编)下列关于DNA分子结构的叙述错误的是(　　)
A．DNA分子中脱氧核糖与磷酸的数量比为1∶1
B．DNA分子中嘌呤总数与嘧啶总数之比为1∶1
C．DNA分子中磷酸二酯键与氢键数目之比为1∶1
D．DNA一条单链中(A＋C)与其互补链中(G＋T)之比为1∶1
解析：选C。组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，一分子脱氧核苷酸是由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成的，故DNA分子中脱氧核糖与磷酸的数量比为1∶1，A正确；嘌呤和嘧啶互补配对，故DNA分子中嘌呤总数与嘧啶总数之比为1∶1，B正确；A与T之间形成两个氢键，C与G之间形成三个氢键，而相邻的两个脱氧核苷酸之间形成一个磷酸二酯键，故DNA分子中磷酸二酯键与氢键数目不相等，C错误；DNA分子两条链之间碱基互补配对，即A＝T、C＝G，故DNA一条单链中(A＋C)与其互补链中(G＋T)之比为1∶1，D正确。
4．(教材P51“探究·实践”改编)在搭建DNA分子模型的实验中，若有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，4种碱基塑料片共20个(其中4个C，6个G，3个A，7个T)，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．能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段
B．能搭建出20个脱氧核苷酸
C．能搭建出410种不同的DNA分子模型
D．所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对
解析：选A。假设脱氧核苷酸为n个，则需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物为n＋(n－2)＝14，则n＝8，最多能搭建出8个脱氧核苷酸，即能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段，A项正确，B项错误；所搭建的DNA分子片段最长为4个碱基对，由于A—T有3对，G—C有4对，因此能搭建的DNA分子模型种类少于44种，C、D项错误。
5．在一个双链DNA中，碱基总数为m，腺嘌呤数为n，则下列有关叙述错误的是(　　)
A．脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m
B．碱基之间的氢键数为(3m－2n)/2
C．一条链中A＋T的数量为n
D．G的数量为m－n
解析：选D。每个脱氧核苷酸分子含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基，所以脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m，A正确；双链DNA中，碱基总数为m，腺嘌呤数为n，A＝T＝n，C＝G＝(m－2n)/2，A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，则碱基之间的氢键数为 2n＋[(m－2n)/2]×3＝(3m－2n)/2，B正确，D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，C正确。