2 第2节 DNA的结构-【金版新学案】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 多选）

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.理解碱基互补配对原则，掌握DNA结构的相关计算。 知识点一　DNA双螺旋结构模型的构建 1．构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。 2．构建历程 3．新模型的特点及意义 [判断正误] 1．查哥夫提出DNA分子中A＝G、C＝T。(×) 2．威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈螺旋结构。(×) 学生用书第73页 3.沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构模型中，脱氧核糖—磷酸骨架排列在螺旋外部，碱基排列在双链螺旋内部。(√) 4．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。(√) 任务　分析资料，探究DNA结构特点 1.DNA的两条单链由位于内侧的碱基连接而成还是由“脱氧核糖—磷酸”的基本骨架连接而成？请结合资料一判断。（在科学的模型下画“√”，反之画“×”） 资料一　嘌呤和嘧啶碱基具有疏水性，脱氧核糖和磷酸具有亲水性。 2．两条链中的碱基排列在内侧，是相同的碱基两两相连吗？请结合资料二、三分析： 资料二　DNA螺旋的直径是固定的，均为2 nm。 资料三　嘌呤和嘧啶的分子结构图。 结论：不是相同的碱基两两相连，应是嘌呤与嘧啶相连。 3．请根据查哥夫碱基数据表猜测应是哪两种碱基配对？ 来源 碱基的相对含量 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 人 30.9 19.9 19.8 29.4 牛 27.9 22.7 22.1 27.3 酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9 结核分枝杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6 结论：A与T配对，G与C配对。 应用1.（2023·石家庄期末）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结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是(　　) A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像 B．沃森和克里克提出了DNA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DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量 答案：B 解析：在DNA结构模型构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱，A错误；查哥夫发现了在双链DNA中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，还构建了DNA双螺旋结构模型，B正确，C、D错误。 应用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(多选)(　　) A．证明DNA是遗传物质 B．确定DNA是染色体的组成成分 C．发现DNA如何储存遗传信息 D．解释A、T、G、C的数量关系 答案：CD 解析：在沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型之前，已经证明了DNA是遗传物质，A错误；沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型之前，就已经明确了染色体的组成成分，B错误；结构决定功能，清楚了DNA双螺旋结构，就可以发现DNA如何储存遗传信息，C正确；清楚了DNA双螺旋结构，就可以知道A的量总是等于T的量，C的量总是等于G的量，能够解释A、T、C、G的数量关系，D正确。 学生用书第74页 知识点二　DNA的结构 1．DNA的结构 (1)平面结构 (2)空间结构 2．制作DNA双螺旋结构模型 [精通教材] 1．（教材P50图3-8） DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′-端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′-端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端开始，一条单链是从5′-端到3′-端的，另一条单链则是从3′-端到5′-端的。 2．（教材P52“科学·技术·社会”）在现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行DNA指纹鉴定。此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。下图是DNA指纹图谱，根据下面的DNA指纹图谱判断，下列怀疑对象中谁是犯罪嫌疑人？ 提示：3号是犯罪嫌疑人。 任务一　分析DNA双螺旋结构模型 1．分析教材P50“图3-8　DNA的结构模式图”，回答有关问题。 (1)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？ 提示：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。 (2)每个DNA片段中，游离的磷酸基团数是多少？磷酸数∶脱氧核糖数∶含氮碱基数是多少？ 提示：2个；1∶1∶1。 学生用书第75页 (3)由DNA的结构可知，一条单链中的相邻碱基是怎样连接的？两条单链中相邻碱基是怎样连接的？ 提示：一条单链中的相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相互连接，两条单链中相邻碱基是通过氢键连接的。 2.在制作的DNA模型中，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。 3.右图为某同学制作的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：2处；①核糖应是脱氧核糖；②磷酸二酯键连接位置，应与五碳糖的3号碳相连。 应用3.（2023·安徽宣城高一期末）如图表示DNA分子结构示意图，有关分析错误的是(　　) A．图中1所指的末端是DNA单链的3′-端 B．图中2的存在增加了DNA结构的稳定性 C．图中3连接的是磷酸基团和脱氧核糖 D．图中4代表的名称是鸟嘌呤脱氧核苷酸 答案：A 解析：图中1所指的末端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′-端，A错误；图中2为氢键，氢键的存在增加了DNA结构的稳定性，B正确；图中3为磷酸二酯键，磷酸二酯键连接的是磷酸基团和脱氧核糖，C正确；根据碱基互补配对原则，图中4的碱基为G（鸟嘌呤），故图中4代表的名称是鸟嘌呤脱氧核苷酸，D正确。 应用4.某生物兴趣小组在构建DNA平面结构模型时，所提供的卡片名称和数量如表所示，下列说法不正确的是(多选)(　　) 卡片名称 磷酸 脱氧核糖 碱基 A G T C 卡片数量 12 10 3 3 2 2 A.最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对 B．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连 C．可构建的DNA种类数少于44种 D．构成的双链DNA片段最多有12个氢键 答案：ABD 解析：卡片中只有2个T、2个C，所以，最多可构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对，A错误；DNA中绝大多数脱氧核糖与2分子磷酸相连，只有3′末端的脱氧核糖与1分子磷酸相连，B错误；这些卡片可形成2对A－T碱基对，2对C－G碱基对，由于碱基对种类和数目确定，可构建的碱基序列种类应小于44，C正确；由表格中卡片数量分析可知，这些卡片最多可形成2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10个氢键，D错误。 任务二　探究DNA碱基数目的相关计算 4.结合DNA分子双螺旋结构模型的特点思考下列问题： (1)为什么DNA分子中嘌呤和嘧啶数量相等？ 提示：碱基互补配对原则中，A总是和T配对，G总是和C配对，所以A＝T，G＝C，A＋G＝C＋T。 (2)如果一条链上＝m，则其互补链上比值是多少？ 提示：双链DNA分子的一条链上：＝m，因为＝＝m，所以互补链上＝。 (3)运用碱基互补配对原则分析，在所有的双链DNA分子中，(A＋G)/(T＋C)的值相同吗？在DNA分子的一条链中是否存在同样的规律？ 提示：相同；在双链DNA分子中，由于A＝T，G＝C，所以嘌呤数等于嘧啶数，即A＋G＝T＋C，可得(A＋G)/(T＋C)＝1，因此双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)的值相同。在单链DNA分子中不存在同样的规律，因为A与T，G与C不一定相等。 (4)DNA的两条链之间，哪些比例是相等的？哪些比例互为倒数？ 提示：能配对的两个碱基之和所占的比例，即(A＋T)或(G＋C)在每条链上占的比例相等。不配对的两个碱基之和的比值，即或在互补链上的比值互为倒数。 [核心归纳] DNA分子中的碱基数量计算的三大规律 学生用书第76页 应用5.（2023·广东深圳高一期中）下列关于生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值的叙述，正确的是(　　) A．碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同 B．后一个比值可体现双链DNA分子的特异性 C．若一个双链DNA分子中，A＋T之和占全部碱基的比例为44%，其中一条链中C占该链碱基总数的21%，则另一条互补链中C占DNA分子碱基总数的比例是17.5% D．当这两个比值相同时，这个DNA分子一定是单链 答案：C 解析：双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T，C＝G，则A＋C＝G＋T，即(A＋C)/(G＋T)为1，因此，碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值相同，A错误；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)/(G＋C)的比值不同，该比值体现了不同生物DNA分子的特异性，即前一个比值可体现双链DNA分子的特异性，B错误；双链DNA中的A＋T占整个DNA碱基总数的44%, 则G＋C占整个DNA碱基总数的56%，又因每条单链中G＋C的比例与整个DNA分子中G＋C的比例相等，可知该链上G1＋C1＝56%，又因C1＝21%，故G1＝35%，根据G1＝C2＝35%，则另一条互补链中C占DNA分子碱基总数的比例是35%÷2＝17.5%，C正确；当这两个比值相同时，这个DNA分子可能是单链，也可能是双链，D错误。 应用6.（2023·河南高一联考）已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的C占该链碱基总数的17.1%，则在它的互补链中，C占该链碱基总数的(　　) A．17.1% B．18.7% C．31.3% D．32.9% 答案：B 解析：由于DNA分子中G与C之和占全部碱基总数的35.8%，G和C互补，故DNA的每一条链中的G与C之和占该链碱基总数的35.8%，其中一条链的C占该链碱基总数的17.1%，故该链中G占35.8%－17.1%＝18.7%。由于两条链中碱基互补，故该链中G所占的比例与它的互补链中 C占的比例相同，为18.7%，综上所述，B正确，A、C、D错误。 解答有关碱基计算的“三步曲” 　　 思维导图 要语必背 1.DNA双螺旋结构的主要特点：①两条脱氧核苷酸链反向平行；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。 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.DNA分子碱基的排列顺序代表了遗传信息，每种DNA都具有不同于其他DNA的特定碱基排列顺序。 1．（2023·河南联考期中）DNA的一级结构是指核苷酸按照一定的排列顺序，连接形成多核苷酸链。核苷酸之间的连接方式是一个核苷酸的3′—OH与下一个核苷酸的5′位磷酸形成3′，5′-磷酸二酯键。如图所示，图中物质代表DNA分子的是(　　) A．① B．② C．③ D．④ 答案：D 解析：据题干信息可知，DNA分子两条链反向平行，且5′-端是磷酸，3′-端是—OH，核苷酸之间的连接方式是一个核苷酸的3′-端(—OH)与下一个核苷酸的5′-端（磷酸）形成3′，5′-磷酸二酯键，一条DNA链中与5′-端（磷酸端）对应的另一端为3′-端（—OH端），同理与3′-端（—OH端）对应的另一端为5′-端（磷酸端），分析图示可知，④是正常的双链DNA分子，D正确，A、B、C错误。 学生用书第77页 2.如图为DNA的部分结构示意图，下列表述错误的是(　　) A．图中含有两个嘌呤碱基 B．图中与每个⑤直接相连的碱基只有1个 C．⑤和⑥交替连接构成DNA分子的基本骨架 D．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的③ 答案：D 解析：图中含有两个嘌呤碱基，即鸟嘌呤(G)和②腺嘌呤(A)，A正确；由图可知，图中与每个⑤直接相连的碱基只有1个，B正确；⑤脱氧核糖和⑥磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架，C正确；③中的磷酸属于另一个脱氧核苷酸，③不构成一个完整的脱氧核苷酸，D错误。 3．用如图6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物、碱基对之间的连接物（代表氢键）若干，搭建一个完整的DNA结构模型，模型中有4个T和6个G。下列有关说法正确的是(　　) A．碱基对之间的连接物（代表氢键）有24个 B．代表胞嘧啶的卡片有4个 C．脱氧核糖和磷酸间的连接物有38个 D．理论上能搭建出410种DNA模型 答案：C 解析：A与T之间有2个氢键；G与C之间有3个氢键，氢键共有4×2＋6×3＝26（个），A错误。双链DNA中G＝C，模型中有6个G，代表胞嘧啶(C)的卡片也有6个，B错误。该DNA片段中，A＝T＝4（个），C＝G＝6（个），故碱基共有20个，脱氧核糖有20个，除每条链3′-端的脱氧核糖连接了一个磷酸，需要1个连接物外，其他的脱氧核糖需要2个连接物，故需要的脱氧核糖和磷酸之间的连接物有20×2－2＝38（个），C正确。该DNA上的碱基比例已确定，理论上能搭建出的DNA模型少于410种，D错误。 4．（2023·广东广州高一联考期末）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链中腺嘌呤占该链28%。下列叙述错误的有(　　) ①β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44% ②β链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等，均是28% ③α链中胸腺嘧啶所占的比例是16% ④α链中嘧啶所占的比例最多为72% ⑤在不同DNA分子中(A＋C)/(G＋T)的比值不同，体现了DNA分子的特异性 A．一项 B．两项 C．三项 D．四项 答案：B 解析：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%，则α链中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占该链全部碱基的56%，α链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的1－56%＝44%，在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A＝T，C＝G，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%，①正确。DNA单链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例不一定相等，②错误。由分析可知，α链中腺嘌呤占28%，则α链中胸腺嘧啶所占的比例是44%－28%＝16%，③正确。由分析可知，若该链无鸟嘌呤，则嘧啶所占的比例最多，即为56%＋16%＝72%，④正确。由于A＝T，C＝G，在不同DNA分子中(A＋C)/(G＋T)的比值均为1；不同DNA分子的(A＋T)与(G＋C)的比值的不同，体现了DNA分子的特异性，⑤错误。综上所述②⑤错误，错误的共有两项，A、C、D错误，B正确。 5．“小卫星DNA”是总长度由几百至几千个碱基组成的串联重复序列，不同个体间存在串联数目的差异，表现出高度的个体特异性。“小卫星DNA”中有一小段序列在所有个体中都一样，称为“核心序列”。若把“核心序列”串联起来作为分子探针，与不同个体的DNA进行分子杂交，就会呈现出各自特有的杂交图谱，被称作“DNA指纹”。下列叙述正确的是(多选)(　　) A．“DNA指纹”中杂交带的位置在亲子代中不会发生变化 B．不同个体的“小卫星 DNA”中嘌呤碱基所占比例相同 C．利用同一个体的不同组织细胞得到的“DNA指纹”相同 D．不同个体的“小卫星DNA”中的“核心序列”碱基排序相同 答案：BCD 解析：“小卫星DNA”是总长度由几百至几千个碱基组成的串联重复序列，不同个体间存在串联数目的差异，表现出高度的个体特异性，所以“DNA指纹”中杂交带的位置在亲子代中会发生变化，A错误；DNA遵循碱基互补配对原则，“小卫星DNA”是总长度由几百至几千个碱基组成的串联重复序列，则不同个体的碱基比例都相同，所以不同个体的“小卫星 DNA”中嘌呤碱基所占比例相同，B正确；同一个体的所有细胞都来源于同一个受精卵，则同一个体的不同组织细胞得到的“DNA指纹”相同，C正确；“小卫星DNA”是总长度由几百至几千个碱基组成的串联重复序列，则不同个体的“小卫星DNA”中的“核心序列”碱基排序相同，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$