第3章 第2节 DNA的结构（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学必修第二册（人教版2024）

第2节　DNA的结构 [课标要求]1.了解DNA双螺旋结构的构建历程(科学思维)。2.理解并掌握DNA双螺旋结构模型的特点及有关计算规律(生命观念)。 知识点1　DNA双螺旋结构模型的构建 1．模型名称：__DNA双螺旋结构__模型。 2．构建者：美国生物学家__沃森__和英国物理学家__克里克__。 3．构建依据 (1)DNA分子是以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__四种碱基。 (2)威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱表明DNA分子呈__螺旋__结构。 (3)查哥夫测定DNA的分子组成，发现腺嘌呤(A)的量总是等于__胸腺嘧啶(T)__的量；__鸟嘌呤__的量总是等于__胞嘧啶(C)__的量。 知识点2　DNA分子的结构 1．基本单位 构成DNA分子的基本单位是④__脱氧核苷酸__，由一分子①__磷酸__、一分子②__脱氧核糖__和一分子③__含氮碱基__连接而成。 2．DNA双螺旋结构主要特点 (1)由__两条__脱氧核苷酸链按__反向平行__方式盘旋成双螺旋结构。 (2)由②__脱氧核糖__和①__磷酸__交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；__碱基__排列在内侧。 (3)两条链上的碱基通过__氢键__连接成碱基对。碱基互补配对原则：⑤__A(腺嘌呤)__一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与⑦__C(胞嘧啶)__配对。 3．反向“含义”的理解 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__。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作__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。 知识点3　制作DNA双螺旋结构模型 1．目的要求 通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的认识和理解。 2．原理 DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧。碱基排列在内侧，互补配对，并通过氢键连接。 3．制作程序 (1)制作若干个磷酸、脱氧核糖和碱基。 (2)连接若干个脱氧核苷酸。 (3)连接两条脱氧核苷酸链。 (4)拼成DNA分子平面结构。 (5)“旋转”成双螺旋结构。 思考：在整个双链DNA分子中，嘌呤总数是否等于嘧啶总数？在DNA分子的一条单链中呢？ 提示　在整个双链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分子的一条单链中，上述关系不一定成立。 (教材P52“练习与应用”改编)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： Ⅰ.构成DNA分子的两条链按________方式盘旋成双螺旋结构。 Ⅱ.DNA分子的基本骨架由____________而成。 Ⅲ.DNA分子两条链上的碱基通过____________连接成碱基对，并且遵循_______________原则。 解析　(1)根据脱氧核苷酸的结构及碱基互补配对原则，可依次推断出①～⑥的名称。(2)根据DNA的立体结构可知，DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，其外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接形成的基本骨架；内侧是通过氢键连接而成的碱基对，碱基对的形成严格遵循碱基互补配对原则。 答案　(1)①胸腺嘧啶(T)　②胞嘧啶(C)　③腺嘌呤(A)　④鸟嘌呤(G)　⑤脱氧核糖　⑥磷酸 (2)Ⅰ.反向平行　Ⅱ.脱氧核糖与磷酸交替连接 Ⅲ.氢键　碱基互补配对 探究点1　DNA的结构 1．DNA的结构 (1)数量关系 ①每个DNA片段中，游离的磷酸基团有两个，这一端称为5－端。 ②A－T碱基对之间有两个氢键，G－C碱基对之间有三个氢键。 ③脱氧核糖数＝磷酸数＝碱基数。 (2)位置关系 ①单链中相邻碱基通过脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖连接。 ②互补链中相邻碱基通过氢键相连。 (3)化学键的作用 ①氢键：连接互补链中相邻的碱基。 ②磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸。 【例1】 (2022·广东)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是(　　) A．单链序列脱氧核苷酸数量相等 B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸 C．单链序列的碱基能够互补配对 D．自连环化后两条单链方向相同 答案　C 解析　单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定线性DNA分子两端能够相连，A、B项错误；依据题图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定线性DNA分子两端能够相连，C项正确；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D项错误。 【例2】 下列有关DNA分子结构的叙述，正确的是(　　) A．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的双螺旋结构，其基本骨架由“脱氧核糖—磷酸—含氮碱基”交替排列而成 B．整个DNA分子中，嘌呤数等于嘧啶数，所以每条单链中A＝T、G＝C C．与DNA分子中的碱基G直接相连的是脱氧核糖和碱基C D．每个脱氧核糖均只与一个磷酸和一个碱基相连 答案　C 解析　DNA的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接，排列而成的，A项错误；单链DNA分子中两个互补碱基的数量不一定相等，B项错误；DNA分子中绝大多数脱氧核糖与两个磷酸相连，D项错误。 探究点2　DNA分子中相关计算 1．碱基互补配对原则：A—T，G—C 2．DNA分子中碱基间数量关系归纳 (1)最根本的原则：碱基互补配对原则。 (2)在双链DNA分子中：A＝T、G＝C、A＋G＝T＋C或A＋C＝T＋G或(A＋G)/(T＋C)＝1。 (3)在双链DNA分子中：一条链中的A＋T与另一条链中的T＋A相等，一条链中的G＋C与另一条链中的C＋G相等。 (4)如果一条链中的(A＋T)/(G＋C)＝a，那么另一条链中其比值也是a；如果一条链中(A＋G)/(T＋C)＝b，那么在另一条链中其比值是1/b。 (5)根据碱基互补配对原则可知，两个非互补配对碱基之和占DNA碱基总数的50%，因为A＋C＝T＋G＝A＋G＝T＋C。 (6)在双链DNA分子的一条链中，A＋T的和占该链碱基的比率等于另一条链中A＋T的和占该链碱基的比率，还等于双链DNA分子中A＋T的和占整个DNA分子碱基的比率，即(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%＝(A总＋T总)%，同理(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%＝(G总＋C总)%。 双链DNA分子中碱基比例的共性与特异性 (1)共性：不因生物种类的不同而不同。 ＝＝1；＝＝1；＝＝1。 (2)特异性：的比值在不同DNA分子中是不同的，是DNA分子多样性和特异性的一种表现。 【例3】 (2021·北京)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是(　　) A．DNA复制后A约占32% B．DNA中C约占18% C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1 D．RNA中U约占32% 答案　D 解析　酵母菌为真核生物，细胞中含有DNA和RNA两种核酸；其中DNA分子为双链结构，故A＝T，G＝C，RNA分子为单链结构。据此分析作答。DNA分子为半保留复制，复制时遵循A－T、G－C的配对原则，则DNA复制后的A约占32%，A项正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B项正确；DNA遵循碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，则(A＋G)/(T＋C)＝1，C项正确；由于RNA为单链结构，且酵母菌RNA中碱基U含量与DNA中碱基无明确对应关系，所以RNA中U不一定占32%，D项错误。 【例4】 在双链DNA分子中，有关四种碱基的关系，下列等式中错误的是(　　) A．C/T＝G/A B．A/T＝G/C C．A＋G＝T＋C D．A＋T＝G＋C 答案　D 解析　DNA中A＝T、C＝G，可以推出C/T＝G/A、A/T＝G/C、A＋G＝T＋C，但A＋T不一定等于G＋C，D项错误。 核心知识小结 [网络构建] [答题必备] 1．DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 2．DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。 3．两条链上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，碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。 1．(2024·北京)科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲，依据的是DNA的(　　) A．元素组成 B．核苷酸种类 C．碱基序列 D．空间结构 答案　C 解析　DNA的元素组成都是C、H、O、N、P，A不符合题意；DNA分子的核苷酸种类只有4种，B不符合题意；每种DNA的碱基序列不同，“尼安德特人”与现代人的DNA 碱基序列有相似部分，证明“尼安德特人”与现代人是近亲，C符合题意；DNA的空间结构都是规则的双螺旋结构，D不符合题意。 2．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，正确的是(　　) A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的衍射图谱 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 答案　B 解析　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；查哥夫发现了A的量等于T的量，C的量等于G的量；沃森和克里克在此基础上提出了DNA分子的双螺旋结构。 3．下列关于细胞中DNA的叙述，正确的是(　　) A．DNA中的每个磷酸均连接着两个脱氧核糖 B．DNA两条链上的碱基总是嘌呤与嘧啶配对形成碱基对 C．位于一对同源染色体上的两个DNA分子的长度是相等的 D．由于碱基互补配对，DNA分子的两条单链中(A＋C)/(T＋G)的值相等 答案　B 解析　DNA中的磷酸大多数连接着两个脱氧核糖，但5端的磷酸只连接着一个脱氧核糖，A项错误；双链DNA分子的两条单链通过碱基对相连，遵循碱基互补配对原则，即嘌呤与嘧啶配对，B项正确；一对同源染色体相同位置上的基因为等位基因或相同基因，若为等位基因则等位基因的碱基数不一定相同，故一对同源染色体上的两个DNA分子的长度不一定相等，C项错误；根据碱基互补配对原则，DNA分子的两条单链中(A＋C)/(T＋G)的值互为倒数，D项错误。 4．(2022·6月浙江)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料，下列叙述正确的是(　　) A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基 B．在制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连 C．制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和 D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧 答案　C 解析　在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A项错误；鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接，B项错误；DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中A＋C＝G＋T，C项正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，D项错误。 5．在DNA分子中碱基A和T通过2个氢键形成碱基对，碱基G和C通过3个氢键形成碱基对。有一个DNA分子含1 000个脱氧核苷酸，共有1 200个氢键，则该DNA分子中含有胞嘧啶脱氧核苷酸(　　) A．150个 B．200个 C．300个 D．无法确定 答案　B 解析　设G—C碱基对有x对，则A—T碱基对有(500－x)对，则3x＋2×(500－x)＝1 200，可得x＝200，即G—C碱基对共有200对。由于双链DNA分子中G＝C，则该DNA分子中含胞嘧啶脱氧核苷酸200个。 6. 下图是DNA片段的结构图，请据图回答下面的问题： (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分子中的两条长链是由________和________交替连接的。 (4)两条链上的碱基通过________连接成碱基对，碱基配对的方式如下：________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规则的________结构。 答案　(1)平面　立体(或空间)　(2)一条脱氧核苷酸链片段　(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)相反　双螺旋 学科网（北京）股份有限公司 $$