第3章 第2节 DNA的结构(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物必修2（人教版2019 单选）

第2节　DNA的结构 学习目标 1.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 社会责任 2.总结DNA结构的主要特点，初步形成遗传物质结构与功能相统一的观点 生命观念 3.尝试制作DNA双螺旋结构模型，领悟模型方法在科学研究中的作用 科学探究 一、DNA双螺旋结构模型的构建与DNA的结构 1．构建者：沃森和克里克。 2．构建过程 3．新模型的特点及意义 (1)特点：A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径。 (2)意义 ①能解释A、T、G、C的数量关系。 ②能解释DNA的复制。 ③模型与X射线衍射照片完全相符。 4．DNA分子的结构特点 项目 特点 整体结构 由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 基本骨架 脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架 碱基配对 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧，并且遵循碱基互补配对原则；A与T配对、G与C配对 二、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结构特点的认识和理解。 2．制作程序 (1)组装“脱氧核苷酸模型”：利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。 (2)制作“脱氧核苷酸长链模型”：将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条脱氧核苷酸长链。注意两条长链的脱氧核苷酸数目必须相等，碱基之间能够互补配对。 (3)制作DNA平面结构模型：按照碱基互补配对的原则，将两条脱氧核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。 (4)制作DNA的立体结构(双螺旋结构)模型：把DNA平面结构旋转，即可得到一个DNA的双螺旋结构模型。 科学家们揭开了关于染色质中DNA的世纪之谜，在人类活细胞的细胞核中实现了3D基因组成像。这项研究可能有助于改写DNA结构的教科书模型。请对以下相关叙述进行判断： (1)沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型过程中，碱基配对方式经历了相同碱基配对到嘌呤与嘧啶配对的过程。(√) (2)双链DNA分子中的每个磷酸都与2个五碳糖连接。(×) 探究点一　DNA的结构 图1为脱氧核苷酸的结构图，图2为DNA 分子的空间结构和平面结构，请分析并回答问题： (1)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪一组成成分中？ 提示：N存在于含氮碱基中，P存在于磷酸基因中。 (2)DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，它由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基构成。构成DNA的碱基有四种，分别为A腺嘌呤、T胸腺嘧啶、G鸟嘌呤、C胞嘧啶。 (3)图2的①②③④中，构成一个脱氧核苷酸的是①②③。DNA的一条链中，一个磷酸与一个或两个脱氧核糖相连，一个脱氧核糖与一个或两个磷酸相连。两条链的碱基通过氢键相连，该片段中有两个游离的磷酸基团。 (4)一条DNA单链的序列是5′－CAGTAC－3′，那么它的互补链的序列是什么？ 提示：5′－GTACTG－3′ (5)如果DNA进行初步水解，产物会是什么？如果DNA进行彻底水解，产物会是什么？ 提示：初步水解的产物是4种脱氧核苷酸；彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。 1．解读DNA结构模型的三个关键 2．DNA的特性 1．(2024·张家口期中)下列有关双链DNA结构的叙述，错误的是(　　) A．DNA分子彻底水解后最多可以得到6种物质 B．DNA分子中(A＋C)/(T＋G)＝1 C．DNA分子中每一个磷酸基团都连接两个脱氧核糖 D．DNA分子中C和G所占比例越大，结构越稳定 解析　DNA彻底水解后可得到四种碱基、脱氧核糖和磷酸，共6种物质，A正确；DNA分子中腺嘌呤与胸腺嘧啶互补配对，胞嘧啶与鸟嘌呤互补配对，因此(A＋C)/(T＋G)＝1，B正确；链状DNA分子两条链5′­端的磷酸基团只连接一个脱氧核糖，C错误；DNA分子中C和G所占比例越大，氢键的数目越多，结构越稳定，D正确。 答案　C 2．(2024·中山期中)如图所示为DNA分子的某一片段，下列相关叙述正确的是(　　) A．构成DNA分子的基本单位是⑦ B．DNA分子中⑤的相对含量越多结构越稳定 C．图中④的种类由③决定，共有5种 D．DNA分子彻底水解的产物是4种脱氧核苷酸 解析　构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，即题图中的④，A错误；A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，C和G的相对含量越多，DNA分子的结构越稳定，B正确；题图中④是脱氧核苷酸，其种类由③所示的碱基决定，共有4种，C错误；DNA分子彻底水解的产物是脱氧核糖、碱基和磷酸，D错误。 答案　B “三看”法判断DNA分子结构的正误 　 探究点二　制作DNA双螺旋结构模型及相关计算 坐落在北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的造型吸引着过往行人，它象征着中关村生生不息的精神，寓意创新的生命更加顽强。 (1)该双螺旋模型代表的双链之间通过氢键(化学键)连接。 (2)该双螺旋模型代表的双链长度是否相等？为什么？ 提示：相等；两条链之间通过碱基互补配对相连，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等，两条链的长度也就相等。 (3)利用材料制作 DNA双螺旋结构模型，请将合理的制作顺序排列起来：③①②⑤④。 ①组装“脱氧核苷酸模型”　②组成多核苷酸长链　③制作若干个磷酸、碱基和脱氧核糖 ④获得DNA分子的立体结构 　⑤制作DNA分子平面结构 (4)如果制作一个含有n个A—T碱基对，m个 G—C碱基对的长链模型，需多少个扭扭棒用作氢键？ 提示：(2n＋3m)个。 双链DNA中碱基相关计算的三个基本规律 1．分析依据 碱基互补配对原则。 2．基本数量关系 A1＝T2、T1＝A2、G1＝C2、C1＝G2。 3．拓展数量关系 (1)A1＋T1＝T2＋A2、G1＋C1＝C2＋G2，则(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)。 (2)A1＋G1＝T2＋C2、T1＋C1＝A2＋G2，则(A1＋G1)/(T1＋C1)＝(T2＋C2)/(A2＋G2)。 4．双链DNA分子中碱基相关计算的三个基本规律 (1)嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数相等，即A＋G＝T＋C。 (2)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，即A1＋T1＝A2＋T2＝A＋T＝n%，G1＋C1＝G2＋C2＝G＋C＝m%。 (3)非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，整个DNA分子中为1，即一条链中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝a，互补链中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝1/a，整个DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1。 3．(2024·鞍山期中)某生物兴趣学习小组在“制作DNA双螺旋结构模型”活动前，准备了如表所示材料及相关连接物若干，最后成功搭建出一个完整的DNA分子模型。下列关于他们构建的DNA模型的叙述，错误的是(　　) 520个 520个 100个 130个 120个 150个 110个 A．该模型中需要代表碱基对之间的氢键的连接物560个 B．该模型为理论上能搭建出的4220种不同的DNA分子模型之一 C．该模型一条链的下端是磷酸基团，则另一条链的上端也是磷酸基团 D．该模型最多含有440个脱氧核糖核苷酸，嘌呤总数和嘧啶总数的比是1∶1 解析　分析表格：根据碱基互补配对原则，该模型只能形成100个A—T碱基对，120个C—G碱基对，则共需要440个碱基、440个脱氧核糖和440个磷酸基团。由于A—T碱基对之间有2个氢键，C—G碱基对之间有3个氢键，所以该模型中需要代表碱基对之间的氢键的连接物为100×2＋120×3＝560(个)，A正确；该模型中有220个碱基对，其中100个A—T碱基对，120个C—G碱基对，所以能搭建出的DNA分子模型种类少于4220种，B错误；DNA分子为反向平行的双链，所以该模型一条链的下端是磷酸基团，则另一条链的上端也是磷酸基团，C正确；由于该模型共含440个碱基，所以最多含有440个脱氧核糖核苷酸，嘌呤总数和嘧啶总数的比是1∶1，D正确。 答案　B 4．(2024·河南中原联盟联考)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28%。下列关于该DNA分子中各碱基数量及其相互关系的叙述，错误的是(　　) A．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% B．β链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等，均是28% C．α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%，占双链DNA分子的8% D．α链中(G＋C)/(A＋T)＝ 14/11，β链中(A＋T)/(G＋C)＝ 11/14 解析　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%，则腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占全部碱基总数的44%，互补碱基之和在单双链中比值相等，A正确；根据 DNA分子中鸟嘌呤和胞嘧啶数量之和所占的比例不能确定每条链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例，两者不一定是等分的，B 错误；α链中胸腺嘧啶所占的比例是1－56%－28% ＝ 16%，则占双链中的比例是16%÷2 ＝ 8%，C正确；α链中A＋T＝1－56% ＝ 44%，根据碱基互补配对原则，α链中(G＋C)/(A＋T)＝ 14/11, β链中(A＋T)/(G＋C)＝ 11/14，D 正确。 答案　B [课堂小结] [课堂巩固] 1．下列哪项不是沃森和克里克构建过的模型(　　) A．碱基在外侧的双螺旋结构模型 B．同种碱基配对的三螺旋结构模型 C．碱基在外侧的三螺旋结构模型 D．碱基互补配对的双螺旋结构模型 解析　沃森和克里克最先提出了碱基在外侧的双螺旋和三螺旋结构模型，后来又提出了碱基在内侧的双螺旋结构模型，并且同种碱基配对，最后提出了碱基互补配对的双螺旋结构模型。 答案　B 2．(2024·宁波高一检测)下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是(　　) A．每个DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸 B．每个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的 C．DNA分子中每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基 D．某双链DNA分子片段中如果有40个腺嘌呤，就一定同时含有40个胸腺嘧啶 解析　DNA分子的结构单位是脱氧核苷酸，在形成DNA分子时，相邻的脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，因此，除DNA分子中处于两端的脱氧核糖之外，其余脱氧核糖上均连接有两个磷酸和一个碱基。 答案　C 3．下列关于双链DNA的叙述，错误的是(　　) A．一条链中A和T的数量相等，则互补链中A和T的数量也相等 B．一条链中G为C的2倍，则互补链中G为C的1/2 C．一条链中C∶T＝1∶2，则互补链中G∶A＝2∶1 D．一条链中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则互补链中A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3 解析　根据碱基互补配对原则，双链DNA中，一条链中的A和T分别与互补链中的T和A配对，一条链中的G和C分别与互补链中的C和G配对，故一条链中A和T的数量相等，则互补链中A和T的数量也相等，一条链中G为C的2倍，则互补链中G为C的1/2，A、B正确；一条链中C∶T＝1∶2，则互补链中G∶A＝1∶2，C错误；双链DNA分子中，一条链中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则互补链中A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，D正确。 答案　C 4．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．制作模型时，两条脱氧核苷酸链之间的碱基是通过磷酸二酯键相连 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，连接相邻两个碱基的化学键都是氢键 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错误；制作模型时，两条脱氧核苷酸链之间的碱基是通过氢键相连，B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，即腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和，C正确；制成的模型中，连接同一条脱氧核苷酸链相邻两个碱基的是“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”，连接两条链上相邻的碱基的化学键是氢键，D错误。 答案　C 5．如图为DNA分子的平面结构，虚线表示碱基间的氢键。请据图回答下列问题： (1)从主链上看，两条单链________平行；从碱基关系看，两条单链碱基________。 (2)________和________相间排列，构成了DNA分子的基本骨架。 (3)含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个，则该DNA片段中共有腺嘌呤______个，C和G构成的碱基对共________对。 解析　(1)从主链上看，两条单链是反向平行的；从碱基关系看，两条单链遵循碱基互补配对原则。(2)脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架。(3)假设该DNA片段只有A、T两种碱基，则200个碱基(100个碱基对)含有200个氢键，而实际上有260个氢键，即G—C或C—G碱基对共60个，所以该DNA片段中腺嘌呤数为1/2×(200－2×60)＝40(个)。 答案　(1)反向　互补配对 (2)脱氧核糖　磷酸 (3)40　60 学科网（北京）股份有限公司 $$