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第2节 DNA的结构
课标内容要求
核心素养对接
概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码遗传信息
1.生命观念:说明DNA双螺旋结构模型的特点
2.科学思维:思考在DNA分子中碱基的比例和数量之间的规律,总结有关碱基计算的方法和规律
3.科学探究:动手制作模型,培养观察能力、空间想象能力、分析和理解能力
[基础梳理]
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
二、DNA的结构
1.DNA分子的结构
2.结构特点
项目
特点
形态
由 两 条脱氧核苷酸长链按照 反向平行 方式盘旋成双螺旋结构
主链
外侧
由 脱氧核糖 和 磷酸 交替连接组成,构成基本骨架
内侧
碱基通过 氢键 连接形成碱基对
碱基对
遵循 碱基互补配对 原则
A与 T 配对、 G 与C配对
[基础诊断]
判断对错(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.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。( )
2.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数。( )
3.双链DNA分子中一条链上的相邻碱基是通过氢键连接的。( )
4.DNA分子由四种脱氧核苷酸组成,这四种脱氧核苷酸含有的碱基是A、U、C、G。( )
5.含有G—C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。( )
6.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA的基本骨架。( )
7.一条双链DNA分子中含有两个游离的磷酸基团。( )
答案:1.√
2.√ 提示:双链DNA分子中A=T、G=C,故嘌呤数(A+G)等于嘧啶数(T+C)。
3.× 提示:双链DNA分子中的一条链上,相邻碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的。
4.×
5.× 提示:G与C的碱基对之间有3个氢键,A与T的碱基对之间有2个氢键。故含有G—C碱基对较多的DNA分子热稳定性较强。
6.√ 7.√
DNA分子的结构层次及其功能
1.DNA分子的结构层次
2.DNA的功能
(1)储存着生物体内的遗传信息:DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序蕴含着生物的遗传信息。
(2)控制细胞的生命活动。
(3)决定生物体的遗传和变异。
3.DNA的稳定性
DNA作为遗传物质,其结构具有稳定性,与这种稳定性有关的因素主要有以下两点:
(1)DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定不变。
(2)DNA分子双螺旋结构的内侧为碱基对,配对的碱基之间形成氢键,从而维持了双螺旋结构的稳定。
[例1] 下列有关真核细胞中核DNA分子的说法,错误的是( )
A.每个DNA分子均含有两个游离的磷酸基团
B.DNA分子中脱氧核糖一般能与两个磷酸分子相连
C.磷酸和脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架
D.一条脱氧核苷酸链中,相邻的A、T碱基以氢键连接
[解析] D [核DNA分子的两条链的一端各有一个游离的磷酸基团,A正确;核DNA分子中,只有末端的脱氧核糖只与一个磷酸分子相连,其余的脱氧核糖都与两个磷酸相连,B正确;磷酸和脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架,碱基排列在内侧,C正确;一条脱氧核苷酸链中,相邻的A、T碱基以“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接,氢键连接的是两条对应的脱氧核苷酸链上的互补碱基,D错误。]
双链DNA分子中的碱基数量关系
1.DNA分子中两条单链上碱基总数相等;在整个DNA分子中A=T,G=C。
2.DNA分子两条链之间存在着A1=T2,T1=A2;G1=C2,C1=G2的关系。
3.互补碱基之和的比值
eq \f(A1+T1,G1+C1)=eq \f(A2+T2,G2+C2)=eq \f(A1+T1+A2+T2,G1+C1+G2+C2)
即在已知链、互补链和整个DNA分子中eq \f(A+T,G+C)相等。
4.互补碱基所占比例
A1+T1在a链中所占的比例等于A2+T2在b链中所占的比例,等于A1+T1+A2+T2在整个DNA分子中所占的比例。即
eq \f(A1+T1,A1+T1+C1+G1)=eq \f(A2+T2,A2+T2+C2+G2)=eq \f(A+T,A+T+C+G)。
同理:eq \f(G1+C1,A1+T1+C1+G1)=eq \f(G2+C2,A2+T2+C2+G2)=eq \f(G+C,A+T+G+C)(注:A=A1+A2,T=T1+T2,G=G1+G2,C=C1+C2)。
5.非互补碱基之和的比值
eq \f(A1+G1,T1+C1)=eq \f(A2+C2,A2+G2);eq \f(A1+G1+A2+G2,T1+C1+T2+C2)=1
即在已知链与互补链之间eq \f(A+G,T+C)互为倒数,在整个DNA分子中eq \f(A+G,T+C)比值为1。
[例2] 若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%,并测得DNA分子一条链上的A占这条链碱基的18%,则另一条链上的A的比例是( )
A.9% B.27% C.28% D.46%
[解析] C [这是一道碱基互补配对原则在DNA结构方面应用的计算题。解答此类题目需从以下三步分析:①搞清题中所给的和所求的碱基比例是占整个DNA分子的碱基比例,还是占DNA分子一条链的碱基比例;②画一个DNA分子的模式图,并在图中标出已知的和未知的碱基,如下图所示:
③根据碱基互补配对原则进行计算。
据题意:G占整个DNA分子的27%,根据碱基互补配对原则:G=C=27%,G+C=54%,那么A+T=1-54%=46%,又因为它的任何一条链中A+T=46%,其中A=18%,则此链中T=46%-18%=28%。另一条链中A=28%。]
[例3] DNA分子的一条链中(A+C)/(T+G)=0.4则在其互补链中及整个DNA中该比例分别是( )
A.0.4,0.4
B.2.5,0.4
C.2.5,1.0
D.0.6,1.0
[解析] C [由碱基互补配对原则可以推出,一条链中(A+C)/(T+G)=0.4,则互补链中(A+C)/(T+G)=2.5,在整个DNA链中,A=T、G=C,所以(A+C)/(T+G)=1。]
1.在DNA分子的一条单链中,相邻的碱基A与T是通过下列哪种结构连接起来的( )
A.氢键
B.—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
C.肽键
D.—磷酸—脱氧核糖—磷酸—
解析:B [在DNA分子的一条单链中,相邻碱基之间的连接是脱氧核苷酸之间的连接,故相邻的碱基A与T之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”彼此连接起来的,B正确。]
2.(不定项)如图为核苷酸的模式图,下列相关说法正确的是( )
A.DNA与RNA的不同点只体现在②处
B.若②为核糖,则③不可能是胸腺嘧啶
C.在T2噬菌体中核苷酸共有8种
D.人体内的③有5种,②有2种
解析:BD [图中①②③分别是磷酸、五碳糖、含氮碱基。DNA与RNA的不同点体现在②③两处,A错误;若②为核糖,则③可以是A、U、C、G,但是不可能是T(胸腺嘧啶),B正确;T2噬菌体是DNA病毒,只含有一种核酸,4种核苷酸,C错误;人体内有2种核酸,故有2种核糖,5种碱基,D正确。]
3.某双链DNA分子一条链上(A+T)/(G+C)的值为0.3,则在整个DNA分子中A∶T∶G∶C为( )
A.1∶1∶1∶1
B.2∶2∶3∶3
C.3∶3∶10∶10
D.10∶10∶3∶3
解析:C [某双链DNA分子一条链上(A+T)/(G+C)的值为0.3,则另一条链上(A+T)/(G+C)的值也为0.3。又因A=T、C=G,故在整个DNA分子中A∶T∶G∶C=3∶3∶10∶10,C项正确。]
4.如图为DNA片段的结构图,请据图回答:
(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 ____________ 和 ________ 交替连接排列在外侧,构成基本骨架。
(4)连接碱基对的⑦是 ________ ,碱基配对的方式如下:
即 ________ 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 ________________ 结构。
解析:(1)从图中可以看出:甲表示的是DNA分子的平面结构,而乙表示的是DNA分子的立体(空间)结构。(2)图中②表示的是一条脱氧核苷酸单链片段,而⑤表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲的平面结构可以看出:DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成了基本骨架。(4)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,且有一定规律:A与T配对,G与C配对。(5)根据图甲可以判断:组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的;从图乙可以看出组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。
答案:(1)平面 立体(或空间) (2)一条脱氧核苷酸单链片段 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)反向平行 规则的双螺旋
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