3.2 DNA的结构-【正禾一本通】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 单选）

第2节　DNA的结构 【学习目标】1.生命观念：通过学习DNA的双螺旋结构，认同DNA适合作为遗传物质。 2.科学思维：运用模型与建模的方法理解DNA的结构特点，并掌握有关的计算规律。 3.科学探究：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。 4.社会责任：了解科学家构建模型的研究历程，领悟模型建构在研究中的应用，体会持之以恒的科学精神。 任务一　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.过程 DNA螺旋的直径是固定的，均为2 nm，下图为嘌呤和嘧啶的分子结构图，下表为查哥夫提供的碱基数据表。 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 (1)两条链中的碱基排列在内侧，是相同的碱基两两相连吗？ 提示：不是相同的碱基两两相连，应是嘌呤与嘧啶相连。 (2)根据查哥夫碱基数据表猜测应是哪两种碱基配对？ 提示：A与T配对，G与C配对。 1.1953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(　　) 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、U、G、C的数量关系 解析：选C。沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，明确了脱氧核苷酸的构成、DNA分子的两条链如何连接、又如何形成双螺旋结构等问题。该模型的确立不能说明DNA是遗传物质，也不能说明染色体的构成，能够解释A、T、G、C的数量关系，C符合题意。 2.(2024·江苏连云港高一期中)下列关于遗传学史上重要探究活动的叙述，错误的是(　　) A.沃森和克里克根据查哥夫、威尔金斯和富兰克林等科学家的研究成果推测出DNA的两条链方向是相反的 B.查哥夫发现了DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等 C.威尔金斯和富兰克林应用X射线衍射技术获得了DNA衍射图谱 D.沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式 解析：选D。查哥夫、威尔金斯和富兰克林等科学家的研究成果为沃森和克里克构建DNA分子双螺旋结构提供科学依据，A正确；查哥夫发现的DNA中嘌呤(A＋G)含量与嘧啶(T＋C)含量相等为DNA双螺旋结构模型构建提供依据，B正确；威尔金斯和富兰克林应用X射线衍射技术获得了DNA衍射图谱，C正确；沃森和克里克用DNA衍射图谱及有关数据推算出DNA呈螺旋结构，D错误。 任务二　DNA的结构　　　　　　　　　　　　　　　　 1.平面结构 基本组成元素——C、H、O、N、P ↓ 物质——[①]碱基，[②]脱氧核糖， 　　　　[③]磷酸基团 基本单位——[④]脱氧核苷酸，共4种 ↓ DNA 2.空间结构 (1)名称：双螺旋结构。 (2)特点 组成 两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构，从双链的一端起始，一条单链由5′端到3′端，另一条单链由3′端到5′端 基本骨架 [②]脱氧核糖和[③]磷酸交替连接 内侧 碱基 碱基互补配对 两条链上的碱基通过氢键连接成[⑤]碱基对，且T(胸腺嘧啶)一定与[⑥]A(腺嘌呤)配对，C(胞嘧啶)一定与[⑦]G(鸟嘌呤)配对 3.制作DNA双螺旋结构模型 (1)制作脱氧核苷酸模型 将一个圆形塑料片(代表磷酸)和一个长方形塑料片(四种不同颜色的长方形塑料片分别代表四种不同的碱基)，分别用订书钉连接在一个剪好的五边形塑料片上(代表脱氧核糖)，用同样的方法制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。 (2)制作脱氧核苷酸链模型 将若干个制作好的脱氧核苷酸模型，按照一定的碱基顺序(可自行设定)依次穿在长细铁丝上。 (3)制作DNA的平面结构模型 按同样方法制作好DNA的另一条脱氧核苷酸链(注意碱基的顺序与第一条链上碱基顺序互补配对，但方向相反)，用订书钉将两条链之间的互补碱基连接好。 (4)制作DNA的空间模型 将制作好的DNA双链拉直，向右旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋空间结构模型。 【点拨】　“反向”含义的理解 (1)脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1′­C，与磷酸基团相连的碳叫作5′­C。 (2)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。 (3)DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，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。 【深挖教材·P50】　DNA结构中的数量、位置关系及连接方式 在双链DNA分子中，A＝T，G＝C，A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2。如图： (1)在整个双链DNA分子中，嘌呤总数是否等于嘧啶总数？在DNA分子一条单链中呢？ 提示：整个双链DNA分子中，嘌呤总数等于嘧啶总数，因为A＝T，G＝C，所以A＋G＝T＋C。在DNA分子一条单链中，上述关系一般不成立。 (2)某双链DNA分子中，鸟嘌呤占23%，则腺嘌呤占多少？ 提示：27%。 (3)在DNA的一条单链中，(A＋G)/(T＋C)＝0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 提示：2.5和1。 (4)若DNA的一个单链中，(A＋T)/(G＋C)＝0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 提示：0.4和0.4。 【归纳总结】　DNA分子中碱基数量关系的规律 (1)规律一：在双链DNA分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的一半，或“不互补碱基之和相等，比值为1”。即 A＋G＝T＋C＝A＋C＝G＋T (A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(G＋T)＝1 (2)规律二：在双链DNA分子中，互补碱基之和的比值在两条链中和整个DNA分子中相等。即 若(A1＋T1)/(G1＋C1)＝m，则(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)＝m。 (3)规律三：在双链DNA分子中，不互补碱基之和的比值在两条链中互为倒数，在整个DNA分子中为 1 。 即 若(A1＋G1)/(T1＋C1)＝n，则(A2＋G2)/(T2＋C2)＝1/n，双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1。 注意：规律二和规律三可巧记为“补则等，不补则倒”。 1.在一个链状双链DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的60%。若其中一条链上的胞嘧啶占该链碱基总数的25%，胸腺嘧啶占30%；则另一条链上，胞嘧啶、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的(　　) A.15%、30% B.30%、15% C.25%、30% D.30%、25% 解析：选A。腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的60%，由于一条链中的A、T与另一条链中的T、A配对，因此一条链中的A＋T与DNA中的A＋T相同，均为60%，若其中一条链上的胞嘧啶占该链碱基总数的25%，胸腺嘧啶占30%，则A占60%－30%＝30%，G占40%－25%＝15%，故另一条链上，胞嘧啶(与另一条链的G互补)占该链碱基总数的15%、胸腺嘧啶(与另一条链的A互补)占该链碱基总数的30%，A正确，B、C、D错误。 2.(2024·河北邢台高一检测)下图是DNA分子片段的结构示意图。下列分析正确的是(　　) A.乙链片段的核苷酸序列是5′－TCAG－3′ B.④⑤⑥组成一分子鸟嘌呤脱氧核苷酸 C.若甲链中(A＋T)/(G＋C)＝a，则乙链中(G＋C)/(A＋T)＝1/a D.若甲链中(A＋C)/(G＋T)＝b，则乙链中(A＋C)/(G＋T)＝b 解析：选C。甲链片段的核苷酸序列为5′－AGTC－3′，两条链反向平行，则乙链片段的核苷酸序列是5′－GACT－3′，A错误；据图分析④⑤⑥不属于同一个脱氧核苷酸，⑥属于上一个脱氧核苷酸的组成部分，B错误；若甲链中(A＋T)/(G＋C)＝a，根据碱基互补配对原则，A＝T，C＝G，则乙链中(G＋C)/(A＋T)＝1/a，C正确；若甲链中(A＋C)/(G＋T)＝b，根据碱基互补配对原则，A＝T，C＝G，则乙链中(A＋C)/(G＋T)＝1/b，D错误。 【方法规律】　“三看法”判断DNA结构的正误 3.(2024·山东烟台高一期中)真核生物体内的DNA分子长期以来一直被认为主要以线性的形式存在于细胞核中，直至1965年发现了一种存在于染色体外的环状DNA分子——染色体外环状DNA(eccDNA)，如图为eccDNA的结构示意图。下列相关叙述正确的是(　　) A.eccDNA分子的基本骨架由脱氧核糖和碱基交替连接形成 B.eccDNA分子中含C—G碱基对越多，其热稳定性就越差 C.eccDNA分子中每条链上的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数 D.若eccDNA分子有n个碱基对，其中T有m个，则其氢键有(3n－m)个 解析：选D。eccDNA分子的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接形成，A错误；热稳定性与氢键数有关，C与G之间有三个氢键相连，A与T之间为两个氢键，eccDNA分子中含C—G碱基对越多，其热稳定性就越强，B错误；eccDNA分子中每条链上的嘌呤碱基数与嘧啶碱基数不一定相等，但由于双链之间通过碱基互补配对，故eccDNA分子中嘌呤碱基数与嘧啶碱基数一定相等，C错误；若eccDNA分子有n个碱基对，其中T有m个，则G和C有(2n－2m)个，G＝C＝n－m，A与T之间有两个氢键相连，C与G之间有三个氢键相连，故该DNA分子中共有氢键3×(n－m)＋2m＝3n－m(个)，D正确。 新情境命题 三螺旋DNA（科学思维） 　　1953年沃森和克里克等提出了DNA双螺旋模型。1957年又发现三螺旋DNA存在，三螺旋DNA受环境影响比较大，例如核酸胞嘧啶的甲基化可使三螺旋DNA的稳定性显著增强。三螺旋DNA的发现，为从基因水平上治疗病毒性疾病提供了新的思路。“嘧啶型”三螺旋DNA由三条链组成，如图所示，中间一条链全部由嘌呤组成，两侧的链全部由嘧啶组成，即组成三链DNA的每条链全部由同类碱基组成，嘌呤链与其中一条嘧啶链组成双螺旋，第三条嘧啶链缠绕到双螺旋的大沟上。 【命题设计】 1.考查知识迁移能力 (1)“嘧啶型”三螺旋DNA的基本骨架是由__________________________构成的。 2.考查科学思维 (2)“嘧啶型”三螺旋DNA含游离的磷酸基团个数为____，组成该DNA的碱基中嘧啶数与嘌呤数的关系是____________________。 解析：(1)三螺旋DNA和双螺旋DNA的基本骨架相似，都是由脱氧核糖与磷酸交替排列构成。(2)“嘧啶型”三螺旋DNA由三条链组成，每一条脱氧核苷酸链上有一个游离的磷酸基团，其中有两条嘧啶链，因此组成该DNA的碱基中嘧啶数是嘌呤数的2倍。 答案：(1)脱氧核糖与磷酸交替排列　(2)3　嘧啶数是嘌呤数的2倍 课堂小结　巩固提升 【教材答疑】 思考·讨论 P49 1.(1)两条。立体结构：DNA的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 (2)脱氧核糖和磷酸。它们排列在DNA的外侧。 (3)DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，A一定与T配对，G一定与C配对。它们位于DNA的内侧。 2.要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。 [练习与应用·P52] 一、概念检测 1.(1)√　(2)√ 2.①胞嘧啶　②腺嘌呤　③鸟嘌呤　④胸腺嘧啶　⑤脱氧核糖　⑥磷酸　⑦胸腺嘧啶脱氧核苷酸　⑧碱基对　⑨氢键　⑩一条脱氧核苷酸链的片段 3.C　4.C 二、拓展应用 碱基互补配对是DNA双螺旋结构的基础，同时也为DNA的复制奠定了基础，使遗传物质得到稳定的传递。 【体系构建】 【核心语句】 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。 学科网（北京）股份有限公司 $$