2019-2020学年高中生物 第三章 遗传的分子基础 第二节 DNA的分子结构和特点学案 浙科版必

1第二节DNA的分子结构和特点1.简述核酸的分子组成。2.概述DNA分子结构及其特点，认识到多学科合作研究的重要性。3.在进行“活动：制作DNA双螺旋结构模型”时，运用构建模型的科学方法，感悟DNA双螺旋结构对称、简洁、和谐的科学美。1．DNA的分子结构(1)基本组成元素：C、H、O、N、P五种元素。(2)基本单位：脱氧核苷酸。(3)脱氧核苷酸分子组成：磷酸、脱氧核糖、碱基(A、T、G、C)。(4)脱氧核苷酸的种类①碱基组成：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。②种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。2．DNA分子的结构特点(1)整体：由两条长链按反向平行方式盘旋而成的双螺旋结构。(2)主链由脱氧核糖和另一个核苷酸上的磷酸基团交替连接，排列在主链外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。(3)碱基互补配对原则：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连。(4)卡伽夫法则：在DNA分子中，A与T的分子数相等，G与C的分子数相等，(A＋G)等于(T＋C)；但(A＋T)不一定等于(G＋C)。判断下列叙述是否正确。(1)构成烟草花叶病毒、噬菌体、大肠杆菌的核苷酸分别有4、4、8种(√)(2)DNA分子中，G—C碱基对的比例越大，DNA分子越相对稳定(√)(3)DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成(×)(4)DNA分子中的碱基一定存在如下数量关系：C＝T，A＝G(×)(5)DNA单链中的A与T的数量一定相等(×)DNA分子的结构和特点[学生用书P44]21．DNA分子的结构层次2．DNA分子的结构分析(1)DNA单链：脱氧核苷酸链。每条链中，脱氧核苷酸分子之间的连接如图：即一个脱氧核苷酸分子中脱氧核糖上的3号碳原子与另一个脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连。(2)DNA双链：两条脱氧核苷酸单链以氢键相连形成双链。两条单链之间的连接如图：①碱基之间的配对方式有两种，即上图所示的A一定与T配对，G一定与C配对。②配对的碱基之间以氢键相连，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。③配对的两个脱氧核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。(3)立体结构——规则的双螺旋：两条长链反向平行盘旋形成规则的双螺旋结构。如图：①两条链反向平行。②脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在主链外侧；碱基排列在主链内侧，且遵循碱基互补配对原则。3．DNA结构的特点(1)稳定性：指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。与其相对稳定有关的因素主要有以下几点：①DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定。②DNA分子中碱基与碱基之间形成氢键，从而维持了双螺旋结构的稳定。③DNA分子中碱基互补配对的原则严格不变。3④每个特定的DNA分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不变。(2)多样性尽管组成DNA分子的碱基只有四种，而且四种碱基的配对方式只有两种，但是碱基对的排列顺序可以千变万化，因而构成了DNA分子的多样性。(3)特异性每个特定的DNA分子中都有特定的碱基对排列顺序，而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息，这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。1．(2019·浙江6月学考)下图是DNA片段的结构示意图。下列叙述正确的是()A．该片段中A＋T的含量等于G＋C的含量B．②与③结合在一起的结构是脱氧核苷C．③和④通过磷酸二酯键直接相连D．RNA分子中也存在③和④答案：B与DNA分子结构有关的计算[学生用书P45]在双链DNA分子中，两条链分别是a链和b链，根据卡伽夫法则可以得出以下碱基之间含量关系式：(1)A＝T，C＝G。(2)A＋G＝C＋T＝50%，即嘌呤碱基分子总数等于嘧啶碱基的分子总数。(3)(A＋G)/(T＋C)＝1，此比例不因生物种类的不同而不同。(4)若A＝m%，则T＝m%，C＝G＝(1－2m%)/2＝50%－m%。(5)在a链中(A＋G)/(T＋C)＝n，则b链中(A＋G)/(T＋C)＝1/n，整个双链分子中(A＋G)/(T＋C)＝1。(6)在a链中(A＋T)/(C＋G)＝n，则b链中(A＋T)/(C＋G)＝n，整个DNA分子中(A＋T)/(C＋G)＝n。4(7)a链中A＋G＝m%，则a链中T＋C＝1－m%；b链中A＋G＝1－m%，b链中T＋C＝m%，整个DNA分子中A＋G＝T＋C＝50%。(8)a链中A＋T＝m%，则b链中A＋T＝m%，整个分子中A＋T＝m%。a链中C＋G＝n%，则b链中C＋G＝n%，整个分子中C＋G＝n%。(9)在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于每条链中的平均值。2．在一个DNA分子片段中有200个碱基对，其中腺嘌呤有90个，则这个DNA片断中含有游离的磷酸基的数目和氢键的数目依次为()A．200个和400个B．400个和510个C．2个和510个D．2个和400个解析：选C。解答本题的关键是正确理解关键词“游离的磷酸基”——并不是脱氧核苷酸中含有的磷酸基数目。在DNA中，磷酸基团同时与两个脱氧核糖相连，每条脱氧核苷酸链中，只有最末端有一个游离的磷酸基，因此一个DNA分子中，只有2个游离的磷酸基。A＝90，即有90对A—T对，则G—C对为110对，氢键数为90×2＋110×3＝510个。3．从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的()A．26%B．24%C．14%D．11%解析：选A。解此题时，为理清解题思路应先绘出两条链及碱基符号，并注明含量，这样非常直观，便于推导和分析，寻求解题方法。明确DNA的两条链所含碱基数目相同，且A＝T，G＝C，一条链中的A、T、G、C数目等于另一条链中的T、A、C、G数目，由此可列出方程组来解题：假定每条链中有100个碱基，则双链DNA中(G＋C)＝100×2×46%＝92(个)，所以A＋T＝200－92＝108(个)。因为A对＋TH＝(A＋T)－(AH＋T对)，AH＝T对＝28(个)，所以A对＝TH＝1/2[(A＋T)－(AH＋T对)]＝1/2[108－(28＋28)]＝26(个)。即：A对占该链全部碱基数的26%。三步破解与DNA分子结构有关的计算5第一步：弄清题干所给的碱基比例是占整个DNA分子的比例，还是占一条链的碱基比例。第二步：画一个DNA分子简图，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。第三步：根据碱基互补配对原则及其推论进行解答。制作DNA双螺旋结构模型[学生用书P45]1．实验原理依据DNA的结构特点，每个DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则双螺旋结构；DNA分子的外侧(基本骨架)是脱氧核糖和磷酸交替连接而成的；两条链的内侧是碱基对，碱基对之间严格按碱基互补配对原则配对，并通过氢键相连接。2．方法步骤从小到大依次完成(共分五步)：3．制作DNA双螺旋结构模型时应注意的问题(1)严格按照实验操作程序，按结构层次从小到大，从简单到复杂依次完成。(2)制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时，注意各分子的大小比例。(3)制作含氮碱基模型时：①腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的一端应剪成相互吻合的形状。同理，鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的一端也应剪成另一种相互吻合的形状。②这两种碱基对模型的长度应相等，以保证DNA分子中两条平行链之间的距离相等。(4)制作脱氧核苷酸长链模型时，要注意三点：①两条长链中脱氧核苷酸的个数必须相同；②两条长链并排时，必须保证碱基之间能够相互配对；③两条长链走向要相反。(5)旋转平面结构成立体结构时，如发现某结构部件有扭曲现象，应予以矫正。(6)整个制作过程，各零件之间的连接应保持足够的牢固性，以免旋转时零件脱落。4．(2016·浙江4月选考)下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型(表示脱氧核糖、▭表示碱基、○P表示磷酸基团)，其中正确的是()6解析：选D。每1个脱氧核苷酸是由1个脱氧核糖、1个磷酸基团和1个碱基构成，碱基可能是A或C或G或T，不可能是U，A项错误；脱氧核糖是戊糖，其中1号碳上连着碱基，5号碳上连着磷酸基团，B项、C项错误，D项正确。5．如图表示某同学制作的DNA双螺旋结构模型的一个片段。其中存在的错误有()A．3处B．5处C．7处D．8处解析：选C。该DNA双螺旋模型中存在7处错误：①4个核糖应改为4个脱氧核糖(4处错误)；②不存在尿嘧啶；③腺嘌呤和胸腺嘧啶间有两个氢键；④胞嘧啶和鸟嘌呤之间有三个氢键。“三看法”判断DNA分子结构的正误一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基团与相邻核苷酸的3号碳原子之间；二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。核心知识小结[要点回眸][规范答题]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．．．．．．．基团交替连接，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。2.双链DNA分子中，嘌呤碱基数．．．．．＝嘧啶碱基．．．．数．，即A．＋．G．＝．T．＋．C．。3.互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA分子中都相等．．。4.在DNA分子中，含G．—．C．碱基对越多．．．．．的DNA7分子相对越稳定．．．。5.非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数．．，而在整个DNA分子中比值为．．．1．。[随堂检测][学生用书P46]1.(2017·浙江4月选考)与DNA分子相比，RNA分子特有的碱基是()A．鸟嘌呤(G)B．胞嘧啶(C)C．尿嘧啶(U)D．腺嘌呤(A)解析：选C。DNA分子含有的碱基是A、C、G、T，RNA分子含有的碱基是A、C、G、U。因此，与DNA分子相比，RNA分子特有的碱基是U。2.如图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是()A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或bB．图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个C．相邻脱氧核苷酸之间通过化学键②连接起来D．从碱基上看，缺少的碱基是T解析：选A。图中所示只有a表示的是一个完整的脱氧核苷酸；图中与五碳糖直接相连的碱基只有1个；②表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T。3．某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是()8解析：选C。A项，无论DNA分子的一条单链中(A＋C)/(T＋G)的值为多少，整个DNA分子中(A＋C)/(T＋G)都等于1。B项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中(A＋C)/(T＋G)的值与其互补链中的(A＋C)/(T＋G)的值互为倒数。C项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中(A＋T)/(G＋C)的值与整个DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值相等。D项，由于双链DNA分子中A与T配对，G与C配对，故一条单链中(A＋T)/(G＋C)的值与其互补链中(A＋T)/(G＋C)的值相等。4．根据DNA分子结构模式图回答下列问题：(1)写出①～⑥的名称：①_________；②_________；③_________；④_________；⑤_________；⑥_________。(2)分析这种结构的主要特点：①构成DNA分子的两条链按________盘旋成双螺旋结构。②DNA分子的基本骨架由________________________________________而成。③DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对。(3)DNA分子中的碱基有________种，碱基间配对方式有________种，但由于__