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第2节DNA分子的结构课前自主预习案一、DNA双螺旋结构模型的构建1．构建者：。2．构建过程沃森和克里克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。(2)意义①能解释的数量关系。②能解释DNA的。③模型与X射线衍射照片完全相符。稳定的直径A、T、G、C复制二、DNA分子的结构1．结构图示2．图示解读基本组成元素组成物质[①]，[②]，[③]基本组成单位[④]，共4种整体结构由两条链按方式盘旋成双螺旋结构外侧由和交替连接组成基本骨架结构特点内侧碱基之间通过氢键连接；遵循原则，即T()一定与[⑥]配对，C(胞嘧啶)一定与[⑦]配对C、H、O、N、P碱基脱氧核糖磷酸脱氧核苷酸反向平行脱氧核糖磷酸碱基互补配对胸腺嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)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。()提示：√2．组成DNA分子的基本单位是4种脱氧核苷酸，其中所含的碱基是A、U、G、C。()提示：×U(尿嘧啶)只在RNA中含有，DNA中特有的是T(胸腺嘧啶)。3．在DNA分子中一定存在如下关系：C＝T，A＝G。()提示：×在DNA分子双链上，A和T配对，C与G配对，一定存在的关系：A＝T，G＝C。4．双链DNA分子中的每个磷酸都与2个五碳糖连接。()提示：×双链DNA分子中大多数磷酸与2个五碳糖连接，但位于末端的磷酸只与1个五碳糖连接。课堂互动探究案课程标准概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，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了遗传信息搜集DNA分子结构模型建立过程的资料并进行讨论和交流制作DNA分子双螺旋结构模型素养达成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．通过动手制作模型，培养观察能力，动手能力及空间想象能力等，形成结构与功能观。(科学探究)3．理解并掌握DNA分子的结构特点，并掌握有关的计算规律。(科学思维)你知道冷泉港实验室吗？美国冷泉港实验室被誉为世界生命科学的圣地与分子生物学的摇篮，如今约有300倍研究人员在冷泉港实验室从事科研工作。曾任冷泉港实验室负责人的沃森是DNA双螺旋结构的发现者之一，诺贝尔奖得主。请思考：沃森发现的DNA双螺旋结构与图中的结构一样吗？探究点一DNA分子的结构【师问导学】一、DNA双螺旋结构模型的构建仔细阅读教材P47～48沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的故事，探究下列问题：(1)沃森和克里克在构建模型的过程中，借鉴利用了他人的哪些经验和成果？提示：①当时科学界已发现的证据；②英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的X射线衍射图谱；③奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果，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。(2)沃森和克里克在构建模型过程中，出现了哪些错误？提示：①将碱基置于螺旋外部。②以相同碱基进行配对连接双链。二、如图是DNA片段的结构图，请据图思考下列问题：(1)DNA的基本单位是什么？四种基本单位的主要区别是什么？提示：脱氧核苷酸；碱基种类。(2)写出图中数字的名称。提示：1：碱基对；2：脱氧核苷酸链；3：脱氧核糖；4：磷酸基团；5：腺嘌呤脱氧核苷酸；6：腺嘌呤；7：氢键。(3)为什么“G—C”含量越多的DNA越耐高温？提示：G—C之间的氢键数量是3个，而A—T之间的氢键数量是2个，所以含“G—C”越多则结构越稳定，越不容易被高温破坏。(4)乙比甲结构更稳定，为什么？提示：甲所示的是平面结构，乙是双螺旋结构，螺旋化使DNA分子的结构更稳定。(5)不同的DNA分子哪些方面会有所不同？(供选：脱氧核苷酸的数量、碱基种类、基本骨架、碱基对的排列顺序)提示：脱氧核苷酸的数量和碱基对的排列顺序。(6)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，每个脱氧核糖均连一个碱基；而除3′端的脱氧核糖只连一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连两个磷酸。(7)DNA分子中，互补链之间相邻两个脱氧核苷酸靠什么连接？提示：互补链配对的两脱氧核苷酸之间靠氢键相连。【智涂笔记】利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构【师说核心】1．DNA分子的结构(1)DNA单链：脱氧核苷酸分子连接成脱氧核苷酸链(如图)。(2)DNA双链：两条脱氧核苷酸单链以氢键相连形成(如图)。①每个DNA片段中○、、▭之间的数量比为1：1：1，游离的磷酸基团有2个；②一条核苷酸链中相邻两个核苷酸通过磷酸二酯键相连；连接双链之间的化学键为碱基对之间的氢键；③每个脱氧核糖(除两端外)连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接；④在DNA分子的一条单链中相邻的碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接；⑤若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n；若已知A有m个，则氢键数为3n－m。2．DNA分子的结构特性(1)稳定性：DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：DNA分子中碱基对(脱氧核苷酸对)的排列顺序多种多样，构成了DNA的多样性→遗传信息的多样性→生物多样性。(3)特异性：每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。【检测反馈】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：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。答案：B2．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可以是胸腺嘧啶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：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错误：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。答案：D3．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()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的量等于T的量、C的量等于G的量解析：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，A错误；查哥夫发现了A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量，沃森和克里克在此基础上提出了A与T配对、C与G配对的正确关系，并构建了DNA分子的双螺旋结构模型，B正确，C、D错误。答案：B4．下面为含有四种碱基的DNA分子的结构示意图，对该图的正确描述是()A．③有可能是碱基AB．②和③相间排列，构成DNA分子的基本骨架C．①②③中特有的元素分别是P、C和ND．与⑤有关的碱基对一定是A—T解析：该DNA分子含有四种碱基，且A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，因此与⑤有关的碱基对一定是A—T，与③有关的碱基对一定是G—C，但无法确定③⑤具体是哪一种碱基。DNA分子的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的，应为图中的①②。①中特有的元素是P，③中特有的元素是N，而C并不是②所特有的，③中也含有C。答案：D探究点二DNA分子碱基比率的计算【师问导学】结合DNA分子双螺旋结构模型的特点思考下列问题：1．为什么DNA分子中嘌呤和嘧啶数量相等？提示：碱基互补配对原则中，A总是和T配对，G总是和C配对，所以A＝T，G＝C，A＋G＝C＋T。2．为什么“A＋T”或“G＋C”在整个双链上所占的比例与在每一条单链上所占的比例相等？提示：设在双链DNA分子中的一条链上A1＋T1＝n%，因为A1＝T2，T1＝A2，所以另一条链上：T2＋A2＝n%，整个DNA分子中：A＋T＝n%。3．如果一条链上A1＋G1T1＋C1＝m，则其互补链上A2＋G2T2＋C2比值是多少？提示：双链DNA分子的一条链上：A1＋G1T1＋C1＝m，因为A1＋G1T1＋C1＝T2＋C2A2＋G2＝m，所以互补链上A2＋G2T2＋C2＝1m。4．DNA分子中共有4种类型的碱基对，若某个DNA分子具有n个碱基对，则该DNA分子可能有多少种排列方式？提示：4n。5．运用碱基互补配对原则分析，在所有的双链DNA分子中，(A＋G)/(C＋T)的值相同吗？在DNA分子的一条链中是否存在同样的规律？提示：①相同。在双链DNA分子中，由于A＝T，G＝C，所以嘌呤数等于嘧啶数，即A＋G＝T＋C，可得(A＋G)/(T＋C)＝1，因此双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)的值相同。②在单链DNA分子中不存在同样的规律，因为A与T，G与C不一定相等。6．DNA的两条链之间，哪些比例是相等的？哪些比例互为倒数？提示：能配对的两个碱基之和所占的比例，即(A＋T)或(G＋C)在每条链上占的比例。A＋GT＋C或A＋CT＋G在互补链上的比值互为倒数。【智涂笔记】三步解决DNA分子中有关碱基比例计算第一步：搞清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。第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。易错提醒：碱基数量计算的两个易错点(1)看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例。(2)看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基。方法规律：关于碱基含量计算的“两点两法”(1)“两点”为两个基本点。①A与T配对，G与C配对(A＝T，G＝C)。②双链DNA分子中，嘌呤总数＝嘧啶总数＝1/2碱基总数(A＋G＝T＋C)。(2)“两法”为双链法和设定系数法。①用两条直线表示DNA分子的双链结构即双链法。②设定系数法即设定一个系数来表示碱基的总数或碱基的数目。,【师说核心】1．碱基互补配对原则A－T，G－C，如图所示。2．有关推论(1)规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即“嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数”。注意：一个双链DNA分子中，A＋T与C＋G不一定相等，而且一般都不相等。(2)规律二：在双链DNA分子中，A＋T或C＋G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A＋T或C＋G所占的比例。由图知：A1＋T1＋G1＋C1＝m，A2＋T2＋G2＋C2＝m，整个双链DNA上的碱基总数为2m。因为A1＝T2、T1＝A2，则A1＋T1＝A2＋T2，A＋T＝(A1＋T1)＋(A2＋T2)，A1＋T1m＝A2＋T2m＝A1＋T1＋A2＋T22m。(3)规律三：在DNA双链中，一条单链的A1＋G1T1＋C1的值与另一条互补单链的A2＋G2T2＋C2的值互为倒数关系。简记为“不配对的碱基和之比在两条单链中互为倒数”。注意：在整个DNA分子中该比值等于1。(4)规律四：DNA双链中，一条单链的A1＋T1G1＋C1的值，与另一条互补链的A2＋T2G2＋C2的值是相等的，也与整个DNA分子中的A＋TG＋C的值是相等的。注意：综合规律三、四可简记为“补则等，不补则倒”。(5)规律五：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。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。(6)规律六：若A1单链＝b%，则A1双链＝b2%。(7)规律七：若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例无法确定，但最大值为2c%，最小值为0。3．双链DNA分子中碱基数量关系的归纳(1)碱基互补配对原则的应用：在双链DNA分子中，四种碱基的比例和为1。(2)A＝T，C＝G，A＋G＝C＋T＝