2.2.1 DNA分子的结构-【步步高】2023-2024学年高一生物学必修2 遗传与进化（苏教版2019）

第二节　DNA分子的结构和复制 第1课时　DNA分子的结构 [学习目标]　1.概述DNA结构的主要特点。2.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。3.制作DNA双螺旋结构模型。 一、DNA分子双螺旋的探索及结构模型 1．沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜 2．DNA分子的基本组成单位——脱氧核苷酸 3．DNA分子的立体结构(双螺旋结构) 提醒　在碱基对中，A和T之间形成两个氢键，G和C之间形成三个氢键。所以碱基对G—C占比较高的DNA分子稳定性较高。 4．遗传信息 判断正误 (1)富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，提出DNA分子的双螺旋结构模型(　　) (2)查哥夫发现DNA分子中腺嘌呤(A)的量总是与胸腺嘧啶(T)的量相当，鸟嘌呤(G)的量总是与胞嘧啶(C)的量相当(　　) (3)DNA中A与T碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强(　　) (4)一个DNA分子中1个磷酸均与2个脱氧核糖相连(　　) (5)DNA两条链上的碱基通过氢键相连(　　) (6)每个DNA分子中，脱氧核糖数＝磷酸数＝含氮碱基数(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 任务一：DNA分子双螺旋结构模型与碱基互补配对的相关计算 1．如图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题： (1)图中的1、2、5、7的名称分别是什么？ 提示　1为碱基对、2为一条脱氧核苷酸单链片段、5为腺嘌呤脱氧核苷酸、7为氢键。 (2)该片段中，游离的磷酸基团有几个？ 提示　该片段中有2个游离的磷酸基团。 (3)现有M、N两个均含有200个碱基的双链DNA分子，其中M分子中共有260个氢键，N分子中含有20个腺嘌呤，那么M分子中有C—G碱基对多少个？这两个DNA分子中哪个结构更稳定？ 提示　M分子中有C—G碱基对共60个；N分子结构更稳定。 易错警示　准确辨析DNA结构中的数量、位置关系及连接方式 2．回答下列有关碱基互补配对原则应用的问题： 设DNA一条链为1链，互补链为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＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。 即：双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋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＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。 ＝＝(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)与的关系是互为倒数。 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＝(a＋b)。 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。 方法规律　解答有关碱基计算的“三步曲” 1．(2023·常州高一质检)下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是(　　) A．双链DNA分子中含有两个游离的磷酸基团 B．DNA的一条单链上相邻的碱基A与T之间通过氢键连接 C．嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定 D．DNA分子两条链反向平行 答案　B 解析　DNA的一条单链上相邻的碱基A与T之间通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接。 2．如图为DNA分子结构示意图，下列有关该图的叙述正确的是(　　) a．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架 b．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 c．⑨是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则 d．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息 e．③占的比例越大，DNA分子越不稳定 f．⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T A．b、c、d、f B．c、d、f C．a、b、c、f D．b、c、e 答案　B 解析　DNA分子是反向平行的双螺旋结构，①磷酸与②脱氧核糖交替连接排列在外侧，构成了DNA的基本骨架；④中的②③及②下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸，①磷酸属于上一胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，不属于④；两条脱氧核苷酸链间碱基互补配对，配对碱基之间通过氢键相连； G与C之间形成3个氢键，G与C所占比例越大，DNA分子越稳定；根据碱基互补配对原则，⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T。 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，则与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的比例为(　　) A．26% B．24% C．14% D．11% 答案　A 解析　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，图解如下： 该DNA分子中，G＋C＝46%，则A＋T＝1－46%＝54%，在对应链中，A对＋T对＝54%，T对＝AH＝28%，A对＝54%－28%＝26%。即：A对占该链全部碱基数的比例为26%。 二、设计和制作DNA分子双螺旋结构模型 判断正误 (1)磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA分子的基本骨架(　　) (2)DNA分子中的碱基一定存在如下数量关系：A＋T＝G＋C(　　) 答案　(1)√　(2)× 任务二：设计和制作DNA分子双螺旋结构模型 以下为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，请找出图中的错误有几处？分别是什么？ 提示　有3处错误；核糖应是脱氧核糖、碱基U应为T、磷酸二酯键连接位置错误。 4.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，下列有关叙述不正确的是(　　) A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或b B．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③连接起来 D．从碱基上看，缺少的碱基是T 答案　A 解析　图中所示a表示的是一个完整的脱氧核苷酸；图中③处表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸之间通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T。 5．(多选)在制作DNA双螺旋结构模型时，所提供的卡片种类和数量如表，下列相关叙述错误的是(　　) 卡片种类 磷酸 脱氧核糖 碱基 A T C G 卡片数量 12 12 3 3 4 2 A.构成的DNA片段，最多含有氢键12个 B．最多可构建45种碱基序列的DNA C．最多可构建4种脱氧核苷酸 D．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连 答案　BD 解析　这些卡片最多可形成3对A—T碱基对，2对C—G碱基对，而A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，因此构成的双链DNA片段最多有12个氢键，A正确；由于碱基对种类和数目确定，因此可构建的DNA碱基序列远少于45种，B错误；表中所给碱基共有四种，因此最多可构建4种脱氧核苷酸，C正确；DNA中绝大多数脱氧核糖与2分子磷酸相连，只有末端的脱氧核糖与1分子磷酸相连，D错误。 题组一　沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜 1．下列有关DNA结构模型的构建的叙述，错误的是(　　) A．沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构模型属于物理模型 B．DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链 C．研究DNA结构常用的方法是X射线晶体衍射法 D．威尔金斯和查哥夫应用X射线衍射技术获得了DNA衍射图谱 答案　D 解析　DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G 4种碱基，B正确；威尔金斯和富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱，D错误。 2．1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于(　　) ①证明DNA是遗传物质　②确定DNA是染色体的组成成分　③发现DNA如何储存遗传信息　④为DNA复制机制的阐明奠定基础 A．①③ B．②③ C．②④ D．③④ 答案　D 解析　DNA双螺旋结构模型的构建为DNA复制机制的阐明奠定了基础；DNA双螺旋结构模型的构建使人们认识到DNA通过碱基对的排列顺序来储存遗传信息，③④符合题意。 题组二　DNA分子的双螺旋结构模型 3．下列各图中，图形分别代表磷酸、脱氧核糖和碱基，在形成脱氧核苷酸时，连接正确的是(　　) 答案　C 解析　组成脱氧核苷酸的磷酸和含氮碱基连接在脱氧核糖上，其中含氮碱基与脱氧核糖连接处的碳原子为脱氧核糖的1号碳，磷酸和脱氧核糖连接处的碳原子(位于脱氧核糖的环外)为脱氧核糖的5号碳，C正确。 4．DNA由反向平行的两条脱氧核苷酸长链组成。如果DNA的一条链上某碱基序列是5′—AGCTGCG—3′，则另一条链与之配对的部分是(　　) A．5′—CGCAGCT—3′ B．5′—TCGACGC—3′ C．5′—AGCTGCG—3′ D．5′—GCGTCGA—3′ 答案　A 5．如图为某真核生物DNA片段结构模式图，下列叙述正确的是(　　) A．①和②可以是G和C或者A和T B．②和③交替连接构成DNA分子的基本骨架 C．②③④构成了一个完整的脱氧核苷酸分子 D．DNA的两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构 答案　D 解析　双链DNA分子中，A与T之间有两个氢键，G和C之间有三个氢键，图中①和②之间有两个氢键，①和②只能是A和T，A错误；③脱氧核糖和④磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架，B错误；②③和连在③的5号碳位置上的磷酸构成一个完整的脱氧核苷酸分子，C错误。 6．某DNA分子中，G＋C占全部碱基的35.8%，一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的(　　) A．32.9%和17.1% B．31.3%和18.7% C．18.7%和31.3% D．17.1%和32.9% 答案　B 解析　由于DNA分子中G＋C在整体中的比例与在单链DNA中的比例均相等，可推出该已知链中G＋C＝35.8%，又因T与C分别占32.9%与17.1%，可求出该链中的A为1－(G＋C＋T)＝1－(35.8%＋32.9%)＝31.3%，G＝35.8%－17.1%＝18.7%。其互补链中T和C应与该链中A与G的含量相等。 7．从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是(　　) A．碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性 B．碱基对特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性 C．一个含2 000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41 000种 D．人体内控制β­珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种 答案　D 解析　β­珠蛋白基因碱基对的排列顺序是特定的，D错误。 题组三　设计和制作DNA分子双螺旋结构模型 8.同学们用如图所示的4种卡片分两组搭建DNA模型。有一组的卡片中有20个T和40个C；另一组同学有20个A和40个G。两组所取的卡片都恰好够搭建模型，这两组同学搭建的DNA模型最可能(　　) A．长度一样，顺序也一样 B．长度一样，顺序不一样 C．长度不一样，顺序一样 D．长度不一样，顺序也不一样 答案　B 解析　根据DNA分子结构特点，碱基A与T配对，碱基C与G配对，说明双链DNA中A＝T，G＝C。结合题干信息“两组所取的卡片都恰好够搭建模型”，说明前一组制作的DNA模型中A＝T＝20(个)，C＝G＝40(个)，共60个碱基对，但它们的排列顺序无法确定。后一组制作的DNA模型中A＝T＝20(个)，G＝C＝40(个)，共60个碱基对，它们的碱基对排列顺序也无法确定。综合上述分析，两组同学制作的DNA模型的长度相同，但顺序可能不同。 9．在设计和制作DNA分子双螺旋结构模型时，如图为两个脱氧核苷酸的模型，○代表磷酸，下列叙述正确的是(　　) A．可能代表A、T、C、U四种含氮碱基 B．两个○可用别针(代表共价键)连接，以形成DNA的侧链 C．别针(代表共价键)应连接在一个核苷酸的和另一个核苷酸的○上 D．如果两个脱氧核苷酸分别位于链的两侧，则两个模型方向相同 答案　C 解析　本题是设计和制作DNA分子双螺旋结构模型，碱基包含A、T、C、G，没有碱基U，A错误；磷酸二酯键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脱去1分子水形成的，不是两个脱氧核苷酸的两个磷酸基团形成的，B错误，C正确；DNA分子的两条链是反向平行的，若两个脱氧核苷酸分别位于链的两侧，则两个模型方向相反，D错误。 10．下列对双链DNA分子的叙述，不正确的是(　　) A．若一条链G的数目为C的2倍，则另一条链G的数目为C的0.5倍 B．若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等 C．若一条链的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链相应碱基比为2∶1∶4∶3 D．若一条链的G∶T＝1∶2，另一条链的C∶A＝2∶1 答案　D 解析　根据碱基互补配对原则，双链DNA分子中，一条链的T＝另一条链的A，一条链的G＝另一条链的C，若一条链的G∶T＝1∶2，则另一条链的C∶A＝1∶2，D错误。 11．(多选)在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤数为n，则下列有关叙述正确的是(　　) 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 答案　ABC 解析　每个脱氧核苷酸分子均有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基，所以脱氧核糖数＝磷酸数＝碱基总数＝m，A正确；在该DNA分子中，A＝T，C＝G，由此推出C＝G＝(m－2n)/2，又因C与G之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，故总氢键数为3×(m－2n)/2＋2n＝(3m－2n)/2，B正确，D错误；在该双链DNA分子中，A＝T＝n，根据碱基互补配对原则，一条链中A＋T的数量为n，C正确。 12．(多选)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双链中，嘌呤总数等于嘧啶总数 答案　AD 13．(多选)下列有关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，正确的是(　　) 答案　ABD 解析　在双链DNA分子中，由于A＝T，C＝G，所以(A＋C)/(T＋G)一定等于1，A正确；在DNA分子中，存在(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)，B、D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错误。 14．(2023·无锡高一期中)如图是某DNA分子(片段)结构模式图，请据图回答下列问题： (1)若以15N标记该DNA，则①②③中的__________(填“①”“②”或“③”)结构中将出现较高含量的15N。 (2)写出以下碱基的名称：⑤____________，⑦____________。 (3)DNA分子结构组成的基本单位是脱氧核苷酸。如图①②③④中，能够构成一个基本单位脱氧核苷酸的序号组成是____________，此基本单位名称叫____________________。 (4)上述结构模式图中，一条DNA单链片段的序列是5′—AGCT—3′，则它的互补链的序列是____________(填字母)。 a．5′—TCGA—3′ b．5′—AGCT—3′ c．5′—UGCT—3′ (5)DNA的基本骨架为_______________________________________________________。 答案　(1)③　(2)腺嘌呤　胸腺嘧啶　(3)②③④　胞嘧啶脱氧核苷酸　(4)b　(5)交替排列的磷酸和脱氧核糖 解析　(1)由题图分析可知，①表示磷酸；②表示脱氧核糖；③表示含氮碱基，含有N元素，故若以15N标记该DNA，则③结构中将出现较高含量的15N。(3)DNA分子结构组成的基本单位是脱氧核苷酸，一个脱氧核苷酸分子是由一分子的磷酸、一分子的脱氧核糖、一分子的含氮碱基构成的，如图①②③④中，能够构成一个基本单位脱氧核苷酸的序号组成是②③④，此基本单位名称叫胞嘧啶脱氧核苷酸。(4)DNA两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，两条链上的碱基按照碱基互补配对的原则，通过氢键连接成碱基对，一条DNA单链片段的序列是5′—AGCT—3′，则它的互补链的序列是5′—AGCT—3′，故选b。 15．某同学对DNA的结构进行了研究，相关信息如图所示。 注：图甲所示的分子结构式为某种核苷酸；图乙是某核苷酸链示意图。 据图回答下列问题： (1)图甲中核苷酸的名称是__________________________________________________。 (2)图甲中核苷酸是构成____________的原料，该核酸主要分布在____________中。 (3)图乙中②和④的名称分别是____________、____________________。 (4)通常由____________条图乙所示的核苷酸链构成一个分子。 (5)DNA分子具有多样性的原因是____________(填字母)。 A．脱氧核苷酸种类具有多样性 B．脱氧核苷酸排列顺序具有多样性 C．DNA分子空间结构具有多样性 (6)DNA分子中碱基互补配对的原则是__________________________，位于一条DNA分子上的长度为5个碱基对的DNA片段有__________种类型。 答案　(1)腺嘌呤核糖核苷酸　(2)RNA　细胞质　(3)胞嘧啶　胞嘧啶脱氧核苷酸　(4)2(两)　(5)B (6)A与T配对，G与C配对　45 解析　(1)图甲为某核苷酸的结构示意图，该核苷酸含有的五碳糖是核糖，含氮碱基为腺嘌呤，所以该核苷酸为腺嘌呤核糖核苷酸。(3)图乙为某核苷酸链示意图，该核苷酸链中含有碱基T，推测该核苷酸链属于构成DNA的脱氧核苷酸链，其中①为脱氧核糖、②为含氮碱基(胞嘧啶)、③为磷酸、④是胞嘧啶脱氧核苷酸。(4)图乙中的⑤为脱氧核苷酸链，DNA分子通常由2(两)条脱氧核苷酸链构成。(5)作为双链的DNA分子，都是由四种脱氧核苷酸构成的，这不是DNA分子具有多样性的原因，A不符合题意；DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，这不是DNA分子具有多样性的原因，C不符合题意。(6)DNA分子中碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A与T配对，G与C配对。由于DNA是双链结构，所以一个具有n个碱基对的DNA分子片段理论上具有4n种排列顺序，故位于一条DNA分子上的长度为5个碱基对的DNA片段有45种类型。 学科网（北京）股份有限公司 $$