第3章 第2节 DNA的结构-【新课程学案】2025-2026学年高中生物必修2 遗传与进化教师用书word（人教版 单选版）

第2节　DNA的结构 【学习目标】 1.概述DNA结构的主要特点; 2.制作DNA双螺旋结构模型; 3.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论,认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。 聚焦·学案一　DNA的结构 [学案设计] (一)理清DNA双螺旋结构模型构建的过程 1.构建者:沃森和克里克。 2.构建历程 3.新模型的特点 (1)A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径。 (2)组成的DNA分子具有恒定的直径。 (3)模型与基于X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 (二)分析DNA的结构特点 |探|究|学|习| 坐落在北京中关村高科技园区的DNA雕塑(如图),以它简洁而独特的双螺旋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连接。 (2)该双螺旋模型代表的双链长度相等(填“相等”或“不相等”),原因是两条链上的碱基通过氢键互补配对,所以两条链的脱氧核苷酸数目相等,故双链长度相等。 (3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪种成分中? 提示:N存在于含氮碱基中,P存在于磷酸基团中。 (4)DNA分子中,每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗? 提示:DNA分子中,每个脱氧核糖均连接一个碱基;而除3'端的脱氧核糖只连接一个磷酸外,其他部位的脱氧核糖均连接两个磷酸。 |认|知|生|成| 1.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 由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 2.特点分析 结构图示 注:图2是图1的简化形式,其中①是磷酸二酯键,②是氢键。 数量 关系 ①每个DNA分子片段中,游离的磷酸基团有2个; ②脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数; ③A—T碱基对有2个氢键,G—C碱基对有3个氢键 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 化学键 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化学键 水解 产物 DNA初步水解的产物是脱氧核苷酸,彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基 　　[典例]　下图为某生物细胞中的DNA片段模式图。下列叙述错误的是 (　　) A.①②交替连接构成DNA分子的基本骨架 B.③④可能分别是胞嘧啶和鸟嘌呤 C.①②③构成了DNA的基本单位——脱氧核苷酸 D.a链与b链反向平行并形成螺旋结构 [解析]　①磷酸与②脱氧核糖交替连接,构成DNA分子的基本骨架,A正确;由图可知,③④之间有两个氢键,因此③④可能分别是胸腺嘧啶和腺嘌呤,而胞嘧啶和鸟嘌呤之间是3个氢键,B错误;①是磷酸,②是脱氧核糖,③是含氮碱基,①②③构成了DNA的基本单位——脱氧核苷酸,C正确;图中a链与b链为互补关系,二者反向平行形成螺旋结构,D正确。 [答案]　B [思维建模] “三看法”判断DNA结构的正误 (三)尝试制作DNA双螺旋结构模型 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 实验 原理 DNA的脱氧核苷酸双链反向平行,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,并通过氢键相连 制作 程序 [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)在DNA模型构建过程中,沃森和克里克曾尝试构建三螺旋结构模型。 (√) (2)DNA中A与T碱基对所占的比例越高,该DNA稳定性越强。 (×) (3)一个DNA分子中1个磷酸均与2个脱氧核糖相连。 (×) (4)DNA两条链上配对的碱基通过氢键相连。 (√) (5)DNA是由四种核糖核苷酸连接而成的。 (×) 2.在制作DNA双螺旋结构模型活动中,可采用不同形状和颜色的纸片,分别代表脱氧核糖、磷酸和不同碱基,用订书针作为连接物。现制作一个含10个碱基对(其中胞嘧啶有4个)DNA分子片段模型,下列叙述正确的是 (　　) A.制作该模型需要82个订书针 B.在制作脱氧核苷酸模型时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基 C.制成的模型中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和等于鸟嘌呤与胞嘧啶之和 D.可构建410种不同碱基序列的DNA片段 解析:选A　若该模型中有4个胞嘧啶,则含有A—T碱基对6个,C—G碱基对4个,其中A和T之间有2个氢键,C—G之间有3个氢键,则需要2×6+4×3+(10-1)×2+20×2=82个订书针,A正确;在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,碱基不会与磷酸连接,B错误;制成的模型中(DNA双螺旋结构),腺嘌呤与鸟嘌呤之和等于胞嘧啶和胸腺嘧啶之和,而该模型中腺嘌呤与胸腺嘧啶之和为12个,鸟嘌呤与胞嘧啶之和为8个,C错误;由于碱基比例已经确定,故该DNA片段的碱基排列方式少于410种,D错误。 3.如图为某同学制作的DNA双螺旋结构模型简图,现在要制作一个包含4种碱基、15个碱基对的模型,下列叙述正确的是 (　　) A.制作时要用到6种不同形状大小的卡片,共需要90张卡片 B.模型中d处卡片代表磷酸基团,它和脱氧核糖交替连接,位于主链的内侧 C.DNA分子中,每个脱氧核糖均连接一个碱基和两个磷酸基团 D.DNA的两条链反向平行,故a链从左向右的碱基序列和b链从右向左的碱基序列相同 解析:选A　制作一个包含4种碱基、15个碱基对的模型,需要4种不同形状大小的卡片代表4种碱基,2种不同形状大小的卡片代表脱氧核糖和磷酸基团,因此一共用到6种形状大小不同的卡片;该DNA分子模型含有15个碱基对,因此该DNA分子共有30个脱氧核糖核苷酸,则需要碱基、脱氧核糖、磷酸基团各30个,即共需要90张卡片,A正确。模型中d处卡片代表脱氧核糖,它和磷酸交替连接分布在主链的外侧,构成DNA分子的基本骨架,B错误。DNA分子中,3'端的脱氧核糖只连接一个磷酸基团,C错误。DNA的两条链反向平行是指一条链的方向是从3'端→5'端,另一条链的方向是从5'端→3'端,a链从左向右的碱基序列和b链从左向右的碱基序列互补,和b链从右向左的碱基序列并不一定相同,D错误。 聚焦·学案二　DNA分子中有关碱基数量的计算　　　 [学案设计] |探|究|学|习| 　　已知DNA分子由两条链构成,并且两条链之间的碱基遵循碱基互补配对原则,如果将两条链分别命名为H1、H2,则存在下列数量关系:A1=T2,T1=A2,C1=G2,G1=C2。如图所示: (1)上述A1、T1、G1、C1、A2、T2、G2、C2分别表示什么含义? 提示:A1表示H1上所有A的总数,同理A2表示H2上所有A的总数,以此类推。 (2)如果H1中(A+C)/(T+G)=m,那么H2中(A+C)/(T+G)的值是多少?在整个双链DNA分子中(A+C)/(T+G)的值又是多少? 提示:1/m;1。 (3)在双链DNA中,若H1中(A+T)/(G+C)=n,那么H2中(A+T)/(G+C)的值是多少?在整个双链DNA分子中(A+T)/(G+C)的值是多少? 提示:n;n。 (4)若某DNA中,A≠T,G≠C,可能的原因是什么? 提示:该DNA不是双链结构,而是单链结构。 |认|知|生|成| DNA分子中碱基数量计算的三大规律 　　[典例]　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]　双链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%,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;DNA单链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比例不一定相等,B错误;α链中胸腺嘧啶所占的比例是1-56%-28%=16%,则占双链DNA分子的比例是16%÷2=8%,C正确;α链中(G+C)/(A+T)=14/11,根据碱基互补配对原则,β链中(A+T)/(G+C)=11/14,D正确。 [答案]　B 　　[思维建模] 解答DNA分子中有关碱基计算题目的“三步曲” [迁移训练] 1.已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的40%,其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是 (　　) A.在它的互补链中,T与C之和占该链碱基总数的55% B.在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的20%和25% C.若该DNA分子含有1 000个碱基对,则碱基之间的氢键数为2 600个 D.该DNA分子中= 解析:选B　由题中信息可知,某DNA分子中,G+C=40%,其中一条链中T=40%、C=15%,可推出此链中G=25%、A=20%,则它的互补链中,C=25%、T=20%,A错误,B正确;若该DNA分子含有1 000个碱基对,则A=T=600(个),C=G=400(个),A、T之间的氢键为600×2=1 200(个),C、G之间的氢键为400×3=1 200(个),碱基之间的氢键数为2 400个,C错误;该DNA分子中==,D错误。 2.在一个双链DNA中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n,G与C之间形成3个氢键,A与T之间形成2个氢键。则下列有关叙述正确的是 (　　) ①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=m　 ②碱基之间的氢键数为(3m-2n)/2　 ③一条链中A+T的数量为n　 ④G的数量为m-n A.①②③④ B.②③④ C.③④ D.①②③ 解析:选D　每个脱氧核苷酸分子都含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基,所以脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=m,①正确;因为A和T之间有2个氢键、C和G之间有3个氢键,根据碱基互补配对原则,A=T=n,则C=G=(m-2n)/2,所以碱基之间的氢键数为2n+3[(m-2n)/2]=(3m-2n)/2,②正确,④错误;双链DNA中,A=T=n,则根据碱基互补配对原则,一条链中A+T的数量为n,③正确。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.DNA是如何维系它的结构稳定性的? 脱氧核糖和磷酸交替连接,构成DNA两条链的基本骨架;两条链上碱基之间的氢键维持了双螺旋结构的稳定性。 2.在DNA分子加热解链时,DNA分子中G+C的比例越高,需要解链温度越高。原因是A—T碱基对有2个氢键,G—C碱基对有3个氢键,所以DNA分子中G+C的比例越高,含有的氢键数越多,DNA结构越稳定,则需要解链温度越高。 三、综合检测反馈 1.下列关于DNA分子的叙述,错误的是 (　　) A.双链DNA分子中,每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团 B.查哥夫发现在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.同种生物不同个体的细胞中,双链DNA分子的(A+G)/(T+C)的值一般相同 D.沃森和克里克根据DNA分子的X射线衍射图谱推算出DNA呈螺旋结构 解析:选A　DNA分子大多数脱氧核糖与两个磷酸基团相连,但3'端的脱氧核糖只连接一个磷酸基团,A错误;奥地利生物化学家查哥夫对DNA分子进行了定量分析,发现在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,B正确;双链DNA分子中,A=T,G=C,同种生物不同个体的细胞中,DNA分子的(A+G)/(T+C)的值一般相同,都是1,C正确;沃森和克里克依据威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱及有关数据,推算出DNA分子呈螺旋结构,D正确。 2.下表为几种生物体内的DNA中各种碱基的比例统计结果。下列说法错误的是 (　　) 生物 猪 牛 器官 肝 脾 胰 肺 肾 胃 (A+T)/ (C+G) 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30 A.猪肝细胞的DNA中A/C、T/G、A/G、T/C的值均为1.43 B.同种生物不同器官细胞的DNA中嘌呤、嘧啶比例约为1 C.同种生物不同器官细胞的DNA中(A+T)/(C+G)基本相同,说明DNA的碱基组成具有一致性 D.牛的肾脏细胞的核酸中(A+G)/(C+T)的值小于1 解析:选D　猪肝细胞的DNA中(A+T)/(C+G)=1.43,由于A=T,C=G,所以A/C、T/G、A/G、T/C的值均为1.43,A正确;由于DNA一般为双链,遵循碱基互补配对原则,所以其中嘌呤(A+G)与嘧啶(T+C)的比例为1,B正确;DNA中(A+T)/(C+G)能反映碱基组成及DNA分子的特异性,同种生物不同器官细胞的DNA中(A+T)/(C+G)基本相同,说明DNA的碱基组成具有一致性,C正确;由于DNA一般为双链,遵循碱基互补配对原则:A与T配对,G与C配对,而RNA通常为单链,含A、U、G、C四种含氮碱基且比例未知,故牛的肾脏细胞的核酸(DNA和RNA)中(A+G)/(C+T)的值可能大于1,D错误。 3.某活动小组在构建DNA 双螺旋结构的模型过程中,一共制备了30个脱氧核糖、15个磷酸、15个A、10个T、5个G、15个C。关于该实验过程的说法,正确的是 (　　) A.利用所给材料制作出的DNA 双链模型最多能有415种碱基排列方式 B.构建的DNA 分子最多含有4种脱氧核苷酸、15个碱基对、35个氢键 C.用制备好的材料制作出的 DNA 双链模型最多能含有14个脱氧核苷酸 D.DNA 的一条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键 解析:选C　所给材料中碱基的数量有限,因此制作出的DNA双链模型的碱基排列方式小于415种,A错误;在DNA分子中,A与T配对形成2个氢键,G与C配对形成3个氢键,由于所给磷酸为15个,因此制作出的DNA双链模型最多有7个碱基对,可有5个G—C碱基对,2个A—T碱基对,氢键数量最多有5×3+2×2=19个,B错误;由于只有15个磷酸,因此制作出的DNA双链模型最多能含有14个脱氧核苷酸,C正确;DNA的一条链中连接相邻两个碱基的结构是“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”,D错误。 4.科研团队解析了一种特殊DNA的合成机制,这类特殊的DNA用二腺嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤(A),与胸腺嘧啶(T)配对,该碱基对之间形成更稳定的三个氢键,极大地改变了DNA的物理化学特征。研究发现某种噬菌体中含有这种特殊的DNA。下列关于这种特殊DNA的叙述,错误的是 (　　) A.该种DNA结构中碱基的种类增加,嘌呤的比例也增大 B.该种DNA结构热稳定性更高,拓展了DNA的应用范围 C.该种DNA复制所需酶的种类可能增加,涉及Z的合成,A的消除 D.该种DNA可能不会被细菌的防御机制识别,对细菌具有更强的杀伤力 解析:选A　分析题意可知,该特殊DNA中用二腺嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤(A),故该种DNA的碱基由A、T、G、C替换为Z、T、G、C,碱基种类并未增加,嘌呤的比例也并未改变,A错误;正常的DNA中A与T配对,但是A与T之间只有两个氢键,而该种DNA的Z与T之间有三个氢键,则该种DNA结构热稳定性更高,拓展了DNA的应用范围,B正确;由于该种DNA需要用Z完全取代A,故复制所需酶的种类可能增加,涉及Z的合成,A的消除,C正确;噬菌体是一种侵染细菌的DNA病毒,结合题意可知,某种噬菌体中含有这种特殊的DNA,且该种DNA的物理化学特征发生了极大改变,故可能不会被细菌的防御机制识别,对细菌具有更强的杀伤力,D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $