3.2 DNA的结构-【晨读晚练】2024-2025学年高一生物知识速记与提升（人教版2019必修2）

3.2 DNA的结构 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、DNA双螺旋结构模型的构建 1.科学家：在对DNA结构的探索中，于1953年摘取桂冠的科学家是美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。 2.构建过程 （1）推算出DNA分子呈螺旋结构：当时，科学界对DNA的认识是：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。沃森和克里克以威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱的有关数据为基础推算出DNA分子呈螺旋结构。 （2）构建模型：①沃森和克里克在尝试了多种结构模型后，构建了一个将磷酸-脱氧核糖骨架安排在螺旋外部碱基安排在螺旋内部的双链螺旋。在这个模型中是相同碱基进行配对的即A与A,T与T配对，但是这种配对方式违反了化学规律。②1952年，沃森和克里克从奥地利的著名生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量;鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。于是，他们构建了一个让A与T、G与C配对的DNA模型。 3.模型的确证：沃森和克里克用金属材料制作的DNA模型与X射线衍射图相符；同时，该模型能够解释A、T、G、C的数量关系，也能解释DNA的复制。1962年沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。 二、DNA分子的结构 DNA分子双螺旋结构的主要特点是：①DNA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。②DNA分子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，并且碱基配对有一定的规律: A一定与T配对；G一定与C配对。碱基互补配对原则是指碱基之间的这种一一对应的关系。（P49“讨论1”） 三、模型构建：制作DNA双螺旋结构模型 1.制作脱氧核苷酸模型。用不同颜色的卡纸剪成长方形碱基，用其他颜色的卡纸剪成圆形代表磷酸，另一种颜色的卡纸剪成五边形，代表脱氧核糖。用订书机将磷酸、脱氧核糖、碱基连接，制作成一个个含有不同碱基的脱氧核糖核苷酸模型。 2.制作多核苷酸长链模型。用订书机把一个个脱氧核糖核苷酸模型连接起来，形成一条多核苷酸的长链；根据碱基互补配对原则，制作一条与这条链完全互补的脱氧核糖核苷酸长链。 3.制作DNA分子结构平面模型。将脱氧核糖核苷酸中的磷酸固定在细铁丝上，然后把两条链平放在桌子，用订书机把配对的碱基两两连接在一起。 4.制作DNA分子的立体结构模型。将两条DNA链的末端分别与硬纸方块连接在一起，两手分别提硬纸方块、轻轻旋转，即可得到一个DNA分子双螺旋结构模型。 一.双链DNA分子中的碱基互补配对原则的计算 1．双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T、C＝G，且嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 2．双链DNA分子中，任意两个不互补的碱基之和恒等，即A＋G＝T＋C ＝A＋C ＝T＋G；并且任意两个不互补的碱基之和占碱基总量的50%，即(A＋C)%＝(T＋G)%＝50%(A＋T＋C＋G)。 3．双链DNA分子中，任意两个不互补碱基之和的比值：一条链与互补链互为倒数，双链中为1。即： 4．双链DNA分子中，任意两个互补碱基之和的比值：一条链与互补链以及双链中皆相等。即： 5．某种碱基在双链中所占的比例等于其在每一条链中所占比例的平均值。 6．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)/(C＋G)的值不同。 【特别提醒】DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤 (1)弄清楚题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。 (2)画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。 (3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 （限时：15min） 一、单选题 1．DNA双螺旋模型的建立，开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，下列不是DNA双螺旋模型建立的依据是（    ） A．威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱 B．DNA分子中碱基排列顺序可能蕴含着遗传信息 C．腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量 D．DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链 【答案】B 【分析】1、当时，科学界已经认识到：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、G、C4种碱基。但是，人们并不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA。 2、英国生物物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。沃森和克里克主要以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构。 3、沃森和克里克尝试搭建了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定了。1952年春天，奥地利生物化学家查哥夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得知了一条重要信息：在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。 【详解】A、DNA双螺旋模型建立过程中，沃森和克里克主要以威尔金斯和他的同事富兰克林提供的DNA衍射图谱为基础，推算出DNA呈螺旋结构，A不符合题意； B、DNA分子中碱基排列顺序可能蕴含着遗传信息，并不是DNA双螺旋模型建立的依据，B符合题意； C、DNA双螺旋模型建立过程中，沃森和克里克从查哥夫那里得知了一条重要信息：在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量，C不符合题意； D、DNA双螺旋模型建立过程中，当时科学界已经认识到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、G、C4种碱基，但是，人们并不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA，D不符合题意。 2．下图为DNA分子结构示意图，下列叙述正确的是（　　） A．④是DNA分子的基本组成单位之一 B．图中⑤⑥⑦⑧依次为A、G、C、U C．图中DNA分子中每个磷酸均连接两个脱氧核糖 D．DNA分子中①②交替连接构成基本骨架 【答案】D 【分析】图示为DNA分子结构示意图，①为磷酸基团，②为脱氧核糖，③为含氮碱基C；④由①②③组成，⑤为含氮碱基A，⑥为含氮碱基G，⑦为含氮碱基C，⑧为含氮碱基T，⑨为氢键。 【详解】A、④由①②③组成，不是构成DNA分子的基本单位，而②③与下面的那个磷酸相连，才是DNA分子的基本组成单位之一，A错误； B、根据碱基互补配对原则，图中⑤⑥⑦⑧依次为A、G、C、T，B错误； C、DNA的两条链是反向平行的，两端的磷酸只连接一个脱氧核糖，C错误； D、DNA分子中①磷酸和②脱氧核糖交替连接，排列在外侧构成基本骨架，D正确。 3．某学习小组现有红、黄、蓝、绿四种硬纸片各12、10、12、8张,分别代表 A、G、C、T 四种碱基,还有代表脱氧核糖的塑料片30个，代表磷酸的扭扭棒20个，其他材料充足，现欲利用上述材料制作DNA 双螺旋结构模型。下列相关叙述正确的是（    ） A．制作出的DNA双螺旋结构模型属于概念模型 B．制作出的DNA 双螺旋结构模型最多含30个氢键 C．制作出的 DNA双螺旋结构模型最多可有 4¹⁰种 D．制作脱氧核苷酸时需在脱氧核糖的5'-C上连接碱基 【答案】B 【分析】DNA分子双螺旋结构的主要特点：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。DNA分子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。两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。 【详解】A、制作出的DNA双螺旋结构模型属于物理模型，A错误； B、据题意可知，A、G、C、T四种碱基分为有12、10、12、8个，应该能形成8个A-T碱基对，10个C-G碱基对，但由于代表脱氧核糖的塑料片只有30个，代表磷酸的扭扭棒只有20个，因此最多只能构建形成20个脱氧核苷酸，假定全是C-G碱基对，那么最多含有30个氢键，B正确； C、利用上述实验材料最多可构建20个脱氧核苷酸，10个碱基对，但A=T有8对，G=C有10对，制作出的DNA双螺旋结构模型少于410种，C错误； D、根据脱氧核苷酸的结构式可知，磷酸和碱基分别连接在脱氧核糖的5'号碳和1'号碳原子上，D错误。 4．分析某生物的双链DNA分子，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，又知一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则另一条链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是（　　） A．17% B．32% C．34% D．50% 【答案】A 【分析】在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A=T，C=G，A+T=C+G，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数；DNA分子的一条单链中（A+T）/（G+C）的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值；DNA分子一条链中（A+G）/（T+C）的比值与互补链中的该种碱基的比值互为倒数，在整个双链中该比值为1。 【详解】已知双链DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，即A+T=64%，则A=T=32%，C=G=50%﹣32%=18%，又已知一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，即A1=30%，根据碱基互补配对原则，A=(A1+A2)/2，可得A2=34%，则其占整个DNA分子中的比例为34%/2=17%，A正确，BCD错误。 二、非选择题 5．某双链DNA分子的其中一条链某区域的碱基序列如图所示。据图回答下列问题： 5＇-CTGGATC-3＇ (1)请写出该DNA分子另一条链对应区域的碱基序列： 。该区域DNA片段含有的氢键数为 。 (2)若该DNA分子共有200个碱基对，其中A为60个，则G占总碱基数的百分比为 。若该DNA分子为链状结构，则含有 个游离的磷酸基团。 (3)甲、乙同学欲利用塑料片、不同颜色的橡皮泥、牙签等材料制作DNA双螺旋结构模型。DNA双螺旋结构的“骨架”是 ，同一条单链上相邻的C和G通过 （用“—”连接相关物质表示）进行连接。若甲同学制作的DNA双螺旋结构模型的其中一条链的A、T、C、G数分别为4、3、6、8，乙同学制作的DNA双螺旋结构模型的其中一条链的A、T、C、G数分别为5、5、4、7，则甲同学制作的DNA双螺旋结构模型的稳定性 （填“>”或“<”）乙同学制作的。 【答案】(1) 3'-GACCTAG-5' 18 (2) 35% 2/两 (3) 脱氧核糖和磷酸交替连接 —脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖— > 【分析】1、DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的双螺旋结构，其外侧由脱氧核糖和磷酸交替连结构成基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A-T、C-G、T-A、G-C。 2、碱基互补配对原则的规律： （1）在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A=T，C=G，A+G=C+T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 （2）DNA分子的一条单链中（A+T）与（G+C）的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。 （3）DNA分子一条链中（A+G）与（T+C）的比值与互补链中的该种碱基的比值互为倒数，在整个双链中该比值等于1。 （4）双链DNA分子中，A=（A1+A2）÷2，其他碱基同理。 【详解】（1）根据题意，一条DNA单链的序列是5'-CTGGATC-3′，它的互补链与之方向相反且遵循碱基互补配对原则，因此序列为3'-GACCTAG-5'。由于DNA分子中A-T之间通过2个氢键相连，C-G之间通过3个氢键相连，因此该区域DNA片段含有的氢键数为3×4＋2×3=18个。 （2）根据题意，该DNA分子共有200个碱基对，其中A为60个，双链DNA分子中A=T=60个，则C=G=200-60=140个，因此G占总碱基数的百分比为140÷400×100%=35%。若该DNA分子为链状结构，每一条链的一端有一个游离的磷酸基团，则该DNA分子含有2个游离的磷酸基团。 （3）DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的双螺旋结构，其外侧由脱氧核糖和磷酸交替连结构成基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，同一条单链上两个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连，一条链上相邻的两个碱基分别在两个脱氧核糖核苷酸上，因此同一条单链上两个相邻的C和G通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖进行连接。DNA分子中G-C碱基对之间有3个氢键，A-T之间有2个氢键，DNA分子中G与C碱基对含量越高，氢键越多，DNA结构越稳定。甲同学制作的DNA双螺旋结构模型的其中一条链的A、T、C、G数分别为4、3、6、8，那么甲同学制作的DNA分子中含有A-T碱基对7对，含有G-C碱基对14对，因此氢键数量为（4＋3）×2＋（6＋8）×3=56个，乙同学制作的DNA双螺旋结构模型的其中一条链的A、T、C、G数分别为5、5、4、7，则乙同学制作的DNA分子中含有A-T碱基对10对，含有G-C碱基对11对，因此氢键数量为10×2+11×3=53个，由于甲同学制作的DNA分子中氢键数量多于乙同学，故甲同学制作的DNA双螺旋结构模型的稳定性>乙同学制作的。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.2 DNA的结构 （必背要点+必知重难+知识检测） 1.科学家：在对DNA结构的探索中，于1953年摘取桂冠的科学家是 。 2.构建过程 （1）推算出DNA分子呈螺旋结构：当时，科学界对DNA的认识是：DNA分子是以4种 为单位连接而成的长链，这4种 分别含有 四种碱基。沃森和克里克以威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA的 的有关数据为基础推算出DNA分子呈 结构。 （2）构建模型：①沃森和克里克在尝试了多种结构模型后，构建了一个将 骨架安排在螺旋外部， 安排在螺旋内部的双链螺旋。在这个模型中是相同碱基进行配对的即A与A,T与T配对，但是这种配对方式违反了化学规律。②1952年，沃森和克里克从奥地利的著名生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息： 。于是，他们构建了一个让 配对的DNA模型。 3.模型的确证：沃森和克里克用金属材料制作的DNA模型与 相符；同时，该模型能够解释 的数量关系，也能解释DNA的 。1962年沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。 二、DNA分子的结构 DNA分子双螺旋结构的主要特点是：①DNA分子是由两条链组成的，这两条链按 双螺旋结构。②DNA分子中的 交替连接，排列在外侧，构成 ； 排列在内侧。③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律: 配对。碱基互补配对原则是指 。（P49“讨论1”） 三、模型构建：制作DNA双螺旋结构模型 1.制作脱氧核苷酸模型。用不同颜色的卡纸剪成长方形碱基，用其他颜色的卡纸剪成圆形代表磷酸，另一种颜色的卡纸剪成五边形，代表脱氧核糖。用订书机将 连接，制作成一个个含有不同碱基的 。 2.制作多核苷酸长链模型。用订书机把一个个 连接起来，形成一条多核苷酸的长链；根据 原则，制作一条与这条链 的脱氧核糖核苷酸长链。 3.制作DNA分子结构平面模型。将脱氧核糖核苷酸中的磷酸固定在细铁丝上，然后把两条链平放在桌子，用订书机把 两两连接在一起。 4.制作DNA分子的立体结构模型。将两条DNA链的末端分别与硬纸方块连接在一起，两手分别提硬纸方块、轻轻旋转，即可得到一个DNA分子 结构模型。 一.双链DNA分子中的碱基互补配对原则的计算 1．双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T、C＝G，且嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 2．双链DNA分子中，任意两个不互补的碱基之和恒等，即A＋G＝T＋C ＝A＋C ＝T＋G；并且任意两个不互补的碱基之和占碱基总量的50%，即(A＋C)%＝(T＋G)%＝50%(A＋T＋C＋G)。 3．双链DNA分子中，任意两个不互补碱基之和的比值：一条链与互补链互为倒数，双链中为1。即： 4．双链DNA分子中，任意两个互补碱基之和的比值：一条链与互补链以及双链中皆相等。即： 5．某种碱基在双链中所占的比例等于其在每一条链中所占比例的平均值。 6．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)/(C＋G)的值不同。 【特别提醒】DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤 (1)弄清楚题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。 (2)画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。 (3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 （限时：15min） 一、单选题 1．DNA双螺旋模型的建立，开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，下列不是DNA双螺旋模型建立的依据是（    ） A．威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱 B．DNA分子中碱基排列顺序可能蕴含着遗传信息 C．腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量 D．DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链 2．下图为DNA分子结构示意图，下列叙述正确的是（　　） A．④是DNA分子的基本组成单位之一 B．图中⑤⑥⑦⑧依次为A、G、C、U C．图中DNA分子中每个磷酸均连接两个脱氧核糖 D．DNA分子中①②交替连接构成基本骨架 3．某学习小组现有红、黄、蓝、绿四种硬纸片各12、10、12、8张,分别代表 A、G、C、T 四种碱基,还有代表脱氧核糖的塑料片30个，代表磷酸的扭扭棒20个，其他材料充足，现欲利用上述材料制作DNA 双螺旋结构模型。下列相关叙述正确的是（    ） A．制作出的DNA双螺旋结构模型属于概念模型 B．制作出的DNA 双螺旋结构模型最多含30个氢键 C．制作出的 DNA双螺旋结构模型最多可有 4¹⁰种 D．制作脱氧核苷酸时需在脱氧核糖的5'-C上连接碱基 4．分析某生物的双链DNA分子，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，又知一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则另一条链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是（　　） A．17% B．32% C．34% D．50% 二、非选择题 5．某双链DNA分子的其中一条链某区域的碱基序列如图所示。据图回答下列问题： 5＇-CTGGATC-3＇ (1)请写出该DNA分子另一条链对应区域的碱基序列： 。该区域DNA片段含有的氢键数为 。 (2)若该DNA分子共有200个碱基对，其中A为60个，则G占总碱基数的百分比为 。若该DNA分子为链状结构，则含有 个游离的磷酸基团。 (3)甲、乙同学欲利用塑料片、不同颜色的橡皮泥、牙签等材料制作DNA双螺旋结构模型。DNA双螺旋结构的“骨架”是 ，同一条单链上相邻的C和G通过 （用“—”连接相关物质表示）进行连接。若甲同学制作的DNA双螺旋结构模型的其中一条链的A、T、C、G数分别为4、3、6、8，乙同学制作的DNA双螺旋结构模型的其中一条链的A、T、C、G数分别为5、5、4、7，则甲同学制作的DNA双螺旋结构模型的稳定性 （填“>”或“<”）乙同学制作的。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$