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第2节DNA分子的结构课程标准概述DNA分子结构的主要特点。活动建议：1．搜集DNA分子结构模型建立过程的资料，并进行讨论和交流。2．制作DNA分子双螺旋结构模型。课标解读1．概述DNA分子结构的主要特点。2．制作DNA分子双螺旋结构模型。3．讨论DNA双螺旋结构模型的构建历程。1．模型名称：________________模型。2．构建者：美国生物学家_____和英国物理学家_______。DNA双螺旋结构模型的构建DNA双螺旋结构沃森克里克(1)DNA分子是以4种___________为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有_____________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_____结构。(3)查哥夫测定DNA的分子组成，发现__________的量总是等于___________的量；__________的量总是等于__________的量。3．构建依据脱氧核苷酸A、T、C、G螺旋腺嘌呤(A)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)鸟嘌呤(G)提示DNA的基本骨架是由磷酸—脱氧核糖构成的，位于DNA双螺旋的外部。(2)DNA中的碱基是如何配对的？位于DNA的什么部位？提示A与T配对，G与C配对，位于DNA双螺旋的内部。[思维激活1](1)DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？位于DNA的什么部位？DNA双螺旋结构模型的构建历程美国生物学家沃森和英国物理学家克里克于1953年共同提出DNA双螺旋结构模型。其构建历程如下：1．认识基础：DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸含有的碱基依次是A、T、C、G。⇓2．据DNA衍射图谱推算DNA分子是螺旋结构。⇓3．尝试建模：多种不同双螺旋和三螺旋结构模型。⇓4．否定上述模型：碱基位于螺旋的外部。⇓5．重新建模：将磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在内部的双链螺旋。⇓6．否定：相同碱基配对违背化学规律。⇓7．获取重要信息：腺嘌呤(A)的量总等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总等于胞嘧啶(C)的量。⇓8．构建新模型：改变碱基配对方式，让A与T配对，G与C配对。⇓9．成功：合理解释A、T、C、G的数量关系，也能解释DNA的复制。A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像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量等于T量、C量等于G量解析在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量等于T量、C量等于G量。沃森和克里克在以上基础上提出了DNA分子的双螺旋结构。答案B【巩固1】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中，正确的是()。1．整体由___条长链按_________方式盘旋而成。DNA分子的结构两反向平行骨架：由_________和_____交替连接组成，排列在_____内侧：_______2.排列脱氧核糖磷酸外侧碱基对两条链上的碱基通过_____连接成碱基对，A(腺嘌呤)一定与____________配对；G(鸟嘌呤)一定与__________配对。3．碱基互补配对原则氢键T(胸腺嘧啶)C(胞嘧啶)提示通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”间接相连。(2)在一个双链DNA分子中，脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的数量比例关系如何？一个DNA分子中含有多少个游离磷酸基团？提示脱氧核糖∶磷酸∶碱基＝1∶1∶1。一个DNA分子中只含有2个游离磷酸基团。[思维激活2](1)在DNA分子的一条链中，相邻两个碱基之间是如何连接的？1．DNA分子的结构(1)基本组成单位——脱氧核苷酸(2)平面结构①一条脱氧核苷酸链：由一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖上的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成化学键(3′，5′磷酸二酯键)相连接。如图所示：②两链之间的碱基对：A一定与T配对，两碱基之间形成两个氢键；G一定与C配对，两碱基之间形成三个氢键。如图所示：(3)立体结构——规则的双螺旋结构①两条链反向平行；②脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在外侧；③碱基排列在内侧，且遵循碱基互补配对原则。如图：特别提醒①在A与T之间由两个氢键相连，在G与C之间由三个氢键相连，因此热稳定性高的DNA分子中含G与C的碱基对较多。②配对的两个脱氧核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。③DNA单链中相邻的碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，而在双链中碱基通过氢键连接。(1)稳定性原因：①DNA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。②DNA分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。③DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。(2)多样性原因：DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样。(3)特异性原因：生物的每一个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。2．DNA分子结构的特性A．DNA分子由4种脱氧核苷酸组成B．DNA单链上相邻碱基以氢键连接C．碱基与磷酸相连接D．磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA双链的基本骨架解析DNA双链上相对应的碱基以氢键连接，单链上相邻碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”联系起来，脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成DNA双链的基本骨架。碱基排列在内侧，与脱氧核糖直接相连。答案AD【巩固2】有关DNA分子结构的叙述，正确的是(多选)()。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＝CC．与DNA分子中的碱基G直接相连的是脱氧核糖和碱基CD．每个脱氧核糖均只与一个磷酸和一个碱基相连示例一DNA分子的结构【例1】下列有关DNA分子结构的叙述正确的是()。思维导图：深度剖析选项A，DNA分子双螺旋结构的外侧是磷酸与脱氧核糖交替排列，构成基本骨架，而内侧的碱基互补配对。选项B，若DNA分子一条链上是A，则另一条链上与之配对的一定是T，一条链上是G，则另一条链上与之配对的一定是C，反之亦然，所以双链DNA分子中A＝T，G＝C。但在单链中，A不一定等于T，G也不一定等于C。选项C，在同一个脱氧核苷酸中，碱基G与脱氧核糖直接相连；两链之间G与C互补配对。选项D，每个脱氧核糖均只与一个碱基相连；但除了DNA分子两端各有一个脱氧核糖只与一个磷酸相连外，其余脱氧核糖均与两个磷酸相连。答案C活学巧记DNA结构的“五、四、三、二、一”记忆五种元素：C、H、O、N、P；四种碱基：A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸；三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；两条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链；一种螺旋：规则的双螺旋结构。【例2】某个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则该DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的比值是()。示例二DNA分子中的碱基计算A．28%B．24%C．14%D．44%思维导图：深度剖析解答本题可结合下图进行：已知A1＋G1碱基总数＝24%，可推得A1＋G11链碱基总数＝48%，又因为A1＝140%G1，即A1＋57A11链碱基总数＝48%，求得A11链碱基总数＝28%。题干中所求碱基为T2占2链碱基的比值，转化到1链即是A1占1链碱基的比值，为28%。答案A规律方法DNA分子中的碱基计算规律(1)碱基互补配对原则：A配T，G配C。(2)碱基间的数量关系项目双链DNA1链2链规律A、T、G、C关系A＝T，G＝CA1＝T2，G1＝C2，T1＝A2，C1＝G2双链DNA中，A总等于T，G总等于C，且1链上的A等于2链上的T，1链上的G等于2链上的C项目双链DNA1链2链规律非互补碱基和之比，即A＋GT＋C或G＋TA＋C1m1mDNA双链中非互补碱基之和总相等，两链间非互补碱基和之比互为倒数互补碱基和之比，即A＋TG＋C或G＋CA＋Tnnn在同一DNA中，双链和单链中互补碱基和之比相等某种碱基的比例(X为A、T、G、C中某种碱基的含量)12(X1%＋X2%)X1%X2%某碱基占双链DNA碱基总数的百分数等于相应碱基占相应单链的比值的和的一半(1)使用各种材料分别“制作”若干个磷酸、脱氧核糖、碱基；将各种配件整合在一起，并连接成脱氧核苷酸链；连接两条脱氧核苷酸链，拼成DNA分子平面结构图；再“旋转”成双螺旋结构。(2)根据设计计划，对制作的DNA分子双螺旋结构模型进行检查，对模型的不足加以修正。————制作DNA双螺旋结构模型————技法必备1．制作原理：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，碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。2．制作程序在制作DNA双螺旋结构模型时，各“部件”之间需要连接。图中错误的是()。能力展示解析DNA分子是由两条链组成的，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。具体连接如选项C、D。选项B中的连接方式是磷酸和磷酸连接，因此是错误的。答案BA．沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链基础上的B．威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈双螺旋结构C．沃森和克里克曾尝试构建了多种模型D．沃森和克里克最后受腺嘌呤(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)的量的启发，构建出科学的模型1.下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是()。解析沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的依据是：早期对DNA分子的认识，威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱；查哥夫发现的碱基之间的数量关系。威尔金斯和富兰克林只是提供了衍射图谱，根据衍射图谱推算出DNA呈螺旋结构的是沃森和克里克，当时也只是推算出呈螺旋结构，并不知道究竟如何螺旋。答案BA．若一条链G的数目为C的2倍，则另一条链G的数目为C的0.5倍B．若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等C．若一条链的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链相应碱基比为2∶1∶4∶3D．若一条链的G∶T＝1∶2，另一条链的C∶A＝2∶12．下列对双链DNA分子的叙述中，不正确的一项是()。解析根据碱基互补配对原则，在DNA双链分子中，A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2，所以A、B、C项都是正确的。而D项中，若一条链的G∶T＝1∶2，另一条链C∶A＝1∶2。答案DA．26%，312个B．24%，288个C．24%，298个D．12%，144个3．假设一个DNA分子片段中，含碱基T共312个，占全部碱基的26%，则此DNA片段中碱基G所占百分比和数目分别是()。答案B解析此题主要考查学生对DNA分子结构的准确理解程度，检测学生能否运用碱基互补配对原则对DNA中碱基比例进行正确计算。DNA的碱基数目和比例严格遵循碱基互补配对原则，即DNA中有一个A，必须有一个和其互补的T；有一个C，必有一个G。根据这个原理可知G＝（1－26%×2）2＝24%；又知T共312个，占26%，则可知该DNA中共有碱基312÷26%＝1200；前面已计算出G占24%，则G的数目是1200×24%＝288个。①504种②450种③425种④遗传性⑤多样性⑥特异性A．①④B．②⑤C．②⑥D．③⑤解析50个脱氧核苷酸共构成了25个碱基对，共有排列顺序425种，由此说明由于碱基对(或脱氧核苷酸对)的排列顺序的多样性，决定了DNA分子的多样性。答案D4．由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基的排列顺序不同，决定了DNA的种类及特性分别是()。A．8B．12C．16D．24解析DNA分子遵循严格的碱基互补配对原则，A与T、C与G配对，现有8个T，需要的A的数量也应是8个，4种脱氧核苷酸分子中都含1个磷酸和1个脱氧核糖，除掉A与T消耗的8×2＝16个核