2019-2020学年新教材高中生物 第3章 基因的本质 第2节 DNA的结构教学案 新人教版必修第

-1-第2节DNA的结构学习目标核心素养1.了解科学家构建模型的研究历程。2.理解并掌握DNA分子的结构特点，并掌握有关的计算规律。3.学习制作DNA双螺旋结构模型。1.领悟模型构建在研究中的应用，体会持之以恒的科学精神。2.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。一、DNA双螺旋结构模型的构建1．构建者：沃森和克里克。2．构建过程二、DNA的结构1．结构图示2．图示解读基本组成元素C、H、O、N、P组成物质[①]碱基，[②]脱氧核糖，[③]磷酸基本组成单位[④]脱氧核苷酸，共4种整体结构由两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构-2-结构特点外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接组成基本骨架内侧碱基之间通过氢键连接；遵循碱基互补配对原则，即T(胸腺嘧啶)一定与[⑥]腺嘌呤配对，C(胞嘧啶)一定与[⑦]鸟嘌呤配对判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)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分子由两条方向相反的脱氧核苷酸链盘旋而成。()3．组成DNA分子的基本单位是4种脱氧核苷酸，其中所含的碱基是A、U、G、C。()4．在DNA分子中一定存在如下关系：C＝T，A＝G。()5．双链DNA分子中的每个磷酸都与2个五碳糖连接。()提示：1.√2.√3．×U(尿嘧啶)只在RNA中含有，DNA中含有的是T(胸腺嘧啶)。4．×在DNA分子双链上，A和T配对，C与G配对，一定存在如下关系：A＝T，G＝C。5．×双链DNA分子中大多数磷酸与2个五碳糖连接，但位于末端的磷酸只与1个五碳糖连接。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-3-2．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。巧学助记DNA分子结构的“五、四、三、二、一”-4-4．DNA双螺旋结构模型的构建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．下面为含有四种碱基的DNA分子结构示意图，对该图的正确描述是()-5-A．③有可能是碱基AB．②和③相间排列，构成DNA分子的基本骨架C．①②③中特有的元素分别是P、C和ND．与⑤有关的碱基对一定是A—TD[该DNA分子含有四种碱基，且A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，因此与⑤有关的碱基对一定是A—T，与③有关的碱基对一定是G—C，但无法确定③⑤具体是哪一种碱基。DNA分子的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的，应为图中的①②。①中特有的元素是P，③中特有的元素是N，而C并不是②所特有的，③中也含有C。]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。-6-因为A1＝T2、T1＝A2，则A1＋T1＝A2＋T2，A＋T＝(A1＋T1)＋(A2＋T2)，A1＋T1m＝A2＋T2m＝A1＋T1＋A2＋T22m。(3)规律三：在DNA双链中，一条单链的A1＋G1T1＋C1的值与另一条互补单链的A2＋G2T2＋C2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A1＋T1G1＋C1的值，与另一条互补链的A2＋T2G2＋C2的值是相等的，也与整个DNA分子中的A＋TG＋C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A1单链＝b%，则A1双链＝b2%。(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。易错提醒：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。1．下面四个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()-7-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。]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%。]方法规律：关于碱基含量计算的“两点两法”(1)“两点”为两个基本点。①A与T配对，G与C配对(A＝T，G＝C)。②双链DNA分子中，嘌呤总数＝嘧啶总数＝1/2碱基总数(A＋G＝T＋C)。(2)“两法”为双链法和设定系数法。①用两条直线表示DNA分子的双链结构即双链法。②设定系数法即设定一个系数来表示碱基的总数或碱基的数目。[课堂小结]知识网络构建核心语句归纳1.DNA分子的双螺旋结构(1)两条链反向平行。(2)脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。(3)碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。-8-2.双链DNA分子中，嘌呤数＝嘧啶数，即A＋G＝T＋C。3.在DNA分子中，含G－C碱基对越多的DNA分子相对越稳定。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．如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是()A．DNA与RNA的不同点只体现在②处B．若②为核糖，则③可以是胸腺嘧啶C．在T2噬菌体中核苷酸共有8种D．人体内的③有5种，②有2种D[图中①②③分别是磷酸、五碳糖、含氮碱基。DNA与RNA的不同点体现在②③两处，A错误；若②为核糖，则③可以是A、U、C、G，但是不可能是T(胸腺嘧啶)，B错误；T2噬菌体是DNA病毒，只含有一种核酸，4种核苷酸，C错误；人体内有2种核酸，故有2种五碳糖，5种碱基，D正确。]3．某双链DNA分子一条链上(A＋T)/(G＋C)的值为0.3，则在整个DNA分子中A∶T∶G∶C为()A．1∶1∶1∶1B．2∶2∶3∶3C．3∶3∶10∶10D．10∶10∶3∶3C[某双链DNA分子一条链上(A＋T)/(G＋C)的值为0.3，则另一条链上(A＋T)/(G＋C)的值也为0.3。又因A＝T、C＝G，故在整个DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶10∶10，C项正确。]4．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-9-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。]5．如图为DNA片段的结构图，请据图回答：(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，构成了基本骨架。(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教材课后练习与应用教材P52一、概念检测1．(1)√(2)√2．胞嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤胸腺嘧啶脱氧核糖磷酸(胸腺嘧啶)脱氧