2018-2019高中生物 第4章 遺傳的分子基礎 第2節(jié) 第1課時 DNA分子的結構學案 蘇教版必修2

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1、 第1課時　DNA分子的結構 學習目標 知識概覽(教師用書獨具) 1．概述DNA分子結構的主要特點。(重點) 2．設計并制作DNA分子雙螺旋結構模型。 3．DNA分子中堿基的計算。(難點) [自 主 預 習·探 新 知] 一、DNA分子結構的認識和結構特點 1．對DNA分子結構的認識過程 (1)20世紀30年代后期，瑞典科學家們證明了DNA是不對稱的。 (2)1951年奧地利生物化學家查哥夫在定量分析DNA分子的堿基組成后，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量，鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量。 (3)1952年英國化學家富蘭克琳采用X射線衍射技術

2、拍攝到DNA分子結構的照片，確認DNA分子為螺旋結構，而不是由一條鏈構成。 (4)1953年美國科學家沃森和英國科學家克里克提出DNA分子的雙螺旋結構模型。 2．DNA分子的結構 (1)DNA分子的結構層次 ①基本組成元素：C、H、O、N、P ↓ ②基本組成化合物：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基 ↓ ③基本組成單位：脫氧核苷酸(4種)，如圖 (2)DNA分子的結構及特點 Ⅰ.結構 Ⅱ.特點 通過圖示可知DNA分子的結構特點： a．立體結構：DNA分子是由①和②(填序號)組成的，它們按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結構。 b．內(nèi)部結構：DNA分子中的⑤脫氧核糖和④磷酸交

3、替連接，排列在雙螺旋的外側(cè)，構成基本骨架；⑦和⑧堿基排列在內(nèi)側(cè)。 c．堿基配對：兩條鏈上的堿基通過③和⑥氫鍵連接成堿基對，并且遵循A—T、G—C配對的規(guī)律，稱為堿基互補配對原則。 Ⅲ.特性 a．多樣性：堿基對的排列順序千變?nèi)f化。 b．特異性：是由DNA分子中特定的堿基對排列順序決定的。 二、設計制作DNA分子雙螺旋結構模型及DNA分子的相關計算 1．制作原理：DNA分子雙螺旋結構的主要特點。 2．實驗目的：通過制作DNA分子雙螺旋結構模型，加深對DNA分子結構特點的理解和認識。 3．材料用具：曲別針、泡沫塑料、紙板、牙簽、橡皮泥等。 4．設計模型：繪出DNA模型的設計圖；確定

4、制作的DNA分子雙螺旋結構模型的大小(如高度與直徑的比例)、維系立體構型的方式；代表磷酸、脫氧核糖、堿基的材料等。 5．制作模型 選材：選擇能代表磷酸、4種堿基和脫氧核糖的材料等 　↓ 制作：若干個磷酸、脫氧核糖、堿基 　↓ 整合：若干個脫氧核苷酸 　↓ 連接：形成脫氧核苷酸鏈 　↓ 構成平面：兩條反向平行的單鏈 　↓ 旋轉(zhuǎn)：DNA分子雙螺旋結構 6．DNA分子的相關計算原理：堿基互補配對原則，即雙鏈DNA分子中A＝T、G＝C。 [基礎自測] 1．判斷對錯 (1)DNA徹底水解產(chǎn)物是四種脫氧核苷酸。 (　　) (2)DNA分子一條鏈上相鄰的兩個堿基通過氫鍵相連

5、。 (　　) (3)DNA分子中G、C堿基的比例越高，分子結構的穩(wěn)定性越高。 (　　) (4)DNA分子中的嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。 (　　) (5)雙鏈DNA分子中(A＋G)/(T＋C)存在特異性。 (　　) 提示：(1)×　DNA初步水解產(chǎn)物是四種脫氧核苷酸，徹底水解產(chǎn)物是含氮的堿基、磷酸和脫氧核糖。 (2)×　DNA分子的兩條鏈堿基之間通過氫鍵相連，一條鏈上的兩個堿基則通過脫氧核糖、磷酸和脫氧核糖相連。 (3)√　(4)√ (5)×　雙鏈DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1，不存在特異性。 2．某同學制作一DNA片段模型，現(xiàn)準備了10個堿基T塑料片，8個

6、堿基A塑料片，30組脫氧核糖和磷酸的塑料片，那么還需準備堿基C塑料片數(shù)目是(　　) A．14　　 　　B．8　　 　　C．7　　 　　D．16 C　[因為30組脫氧核糖和磷酸塑料片可制成含15個堿基對的DNA分子模型，而該同學已準備了10個堿基T塑料片，8個堿基A塑料片，這樣僅能構成8個A＝T堿基對，剩下的7個堿基對若全為G≡C堿基對，則還需要準備G、C堿基塑料片各7片。] 3．分析某生物的雙鏈DNA分子，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基的64%，其中一條鏈上的腺嘌呤占該鏈全部堿基的30%，則另一條鏈中腺嘌呤占整個DNA分子堿基總數(shù)的比例是(　　) 【導學號：01632126】

7、A．17% B．32% C．34% D．50% A　[假設DNA中共有2N個堿基，根據(jù)題干可知：(A＋T)%＝64%，即(A＋T)/2N＝0.64，則(A1＋A2＋T1＋T2)/2N＝0.64，可推出(A1＋T1)/N＝0.64。題干還告訴我們：A1/N＝0.30，則可知T1/N＝0.34，而T1＝A2，所以A2/N＝0.34(即另一條鏈中的A占該條鏈堿基總數(shù)的34%)，則A2/2N＝0.17，即另一條鏈中的A占整個DNA分子堿基總數(shù)的17%。] [合 作 探 究·攻 重 難] DNA分子結構的認識過程及結構特點 背景材料 坐落于北京中關村高科技園區(qū)的DNA雕塑，以簡潔

8、而獨特的雙螺旋造型吸引著過往的行人，但很少有人注意到它的旋轉(zhuǎn)是順時針方向還是逆時針方向。 [思考交流] 1．DNA分子是怎樣構成的？ 提示：DNA分子是由脫氧核苷酸連接成單鏈，單鏈之間通過氫鍵連接起來，形成雙螺旋的空間結構。 2．DNA分子的基本單位是什么？ 提示：脫氧核苷酸。 3．DNA是怎樣攜帶遺傳信息的？ 提示：通過堿基對的排列順序攜帶遺傳信息。 4．近年來，許多人嘗試著用DNA作防偽標記，其原理是什么？ 提示：DNA分子具有特異性。 1．DNA分子的結構 (1)平面結構。 ①由多個脫氧核苷酸分子聚合形成脫氧核苷酸長鏈。 ②配對的堿基，A與T之間形成

9、2個氫鍵，G與C之間形成3個氫鍵，C—G堿基對在DNA中所占的比例越大，DNA分子結構越穩(wěn)定。 ③在同一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰2個堿基之間通過脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖間接相連。 (2)DNA分子的空間結構。 ①DNA分子是由兩條脫氧核苷酸長鏈，按反向平行(指一條鏈的起點為磷酸，另一條鏈的起點為脫氧核糖)方式盤繞成雙螺旋結構。 ②基本骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接而成。 ③中間的堿基嚴格按堿基互補配對原則(A與T配對，G與C配對)形成堿基對。 ④DNA分子中，脫氧核苷酸數(shù)∶脫氧核糖數(shù)∶磷酸數(shù)∶含氮堿基數(shù)＝1∶1∶1∶1。 2．DNA分子的結構特性 (1)穩(wěn)定性：脫氧核糖與磷酸交替排

10、列的順序穩(wěn)定不變，兩條鏈間堿基互補配對的方式不變。 (2)多樣性：堿基對的排列順序多種多樣。 (3)特異性：每個DNA都有特定的堿基對排列順序。 好記巧學：DNA結構的“五四三二一” 五種元素：C、H、O、N、P。 四種堿基：A、G、C、T，相應的有四種脫氧核苷酸。 三種物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基。 兩條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈。 一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結構。 [典例通關] 如圖是DNA分子的部分平面結構示意圖，下列有關敘述不正確的是(　　) A．圖中4的名稱是腺嘌呤脫氧核苷酸 B．構成DNA的核苷酸種類的不同與2有關 C．N元素存在于圖中的堿基中

11、D．從主鏈上看，兩條脫氧核苷酸鏈反向平行 [技巧點撥]　明確①、②、③、④、⑤的名稱，脫氧核苷酸的組成及其與脫氧核苷酸鏈和DNA之間的關系是解題關鍵。 B　[構成DNA的核苷酸是脫氧核苷酸，脫氧核苷酸種類的不同與堿基有關，與脫氧核糖和磷酸無關，圖中2為脫氧核糖，3為堿基。] 　(1)組成DNA分子基本骨架的元素有哪些？ 提示：C、H、O、P。 (2)若圖示DNA片段徹底水解可以形成幾種小分子物質(zhì)？ 提示：6種。 [活學活用] 1．如圖表示某同學制作的DNA分子雙螺旋結構模型的一個片段。其中存在的錯誤有(　　) A．3處　　　　 B．5處 C．7處 D．8處 C　[圖

12、中的核糖應改為脫氧核糖；DNA中不存在尿嘧啶；胞嘧啶與鳥嘌呤之間有3個氫鍵；腺嘌呤與胸腺嘧啶之間有2個氫鍵。] 2．如圖為某核苷酸長鏈片段的示意圖，下列關于該長鏈的相關敘述中，錯誤的是(　　) A．2和3構成腺苷 B．嘌呤數(shù)目等于嘧啶數(shù)目 C．4為胞嘧啶脫氧核苷酸 D．磷酸基團的數(shù)目等于脫氧核糖的數(shù)目 B　[圖示核苷酸長鏈為單鏈，嘌呤數(shù)不一定等于嘧啶數(shù)。] 1．下面關于DNA分子結構的敘述中，錯誤的是(　　) A．每個雙鏈DNA分子中嘌呤數(shù)＝嘧啶數(shù) B．每個堿基分子上均直接連接著一個磷酸和一個脫氧核糖 C．每個DNA分子中堿基數(shù)＝磷酸數(shù)＝脫氧核糖數(shù) D．雙鏈DNA

13、分子中的一段含有40個胞嘧啶，就一定會同時含有40個鳥嘌呤 B　[DNA分子是雙螺旋結構，堿基間遵循堿基互補配對原則，即A＝T、G＝C，所以A＋G＝T＋C，即嘌呤數(shù)＝嘧啶數(shù)。DNA分子的基本組成單位是脫氧核苷酸，每個脫氧核苷酸由1分子磷酸、1分子脫氧核糖和1分子堿基組成。脫氧核苷酸分子的連接方式為，堿基是通過五碳糖與磷酸相連的。] 2．下列表示某同學制作的脫氧核苷酸結構模型，正確的是(　　) 【導學號：01632127】 D　[每1個脫氧核苷酸是由1個脫氧核糖、1個磷酸基團和1個堿基構成，堿基可能是A或C或G或T，不可能是U，A項錯誤；脫氧核糖是五碳糖，其中1號碳上連著堿基，

14、5號碳上連著磷酸基團，B項、C項錯誤，D項正確。] 題后反思：DNA分子中兩條鏈反向平行，每條鏈有一個游離的磷酸基團；一條鏈上的相鄰堿基由脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖連接；兩條鏈之間的堿基由氫鍵連接形成堿基對，A—T之間有2條氫鍵，G—C之間有3條氫鍵；相同長度的DNA分子，G—C堿基對越多，氫鍵越多，DNA分子越穩(wěn)定。 DNA分子的相關計算 背景材料 下圖是DNA分子的平面結構。 [思考交流] 1．雙鏈DNA分子中，磷酸、脫氧核糖和堿基之間的數(shù)量關系如何？ 提示：磷酸數(shù)＝脫氧核糖數(shù)＝堿基數(shù)。 2．四種堿基(A、T、C、G)之間有何關系？ 提示：A＝T，G＝C。 3

15、．某雙鏈DNA分子中A有n個，C有m個，該DNA分子中共有多少個氫鍵？ 提示：2n＋3m。 4．不同的雙鏈DNA分子中或的值有什么規(guī)律？ 提示：等于1，因為雙鏈DNA分子中A與T相等，G與C相等。 DNA分子結構簡圖如下圖所示，堿基互補配對原則：A配T，G配C。 1．以DNA雙鏈為研究對象時堿基數(shù)量的關系 (1)A、T、G、C的關系：A＝T，G＝C。 (2)非互補堿基和之比： (A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝1。 結論：DNA分子中非互補堿基之和總相等。 (3)互補堿基和之比： (A＋T)/(G＋C)不是定值。 2．以DNA單鏈為研究對象時堿基數(shù)

16、量的關系(如上圖) (1)A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。 (2)若1鏈中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝m，則2鏈中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝1/m。 結論：兩鏈間非互補堿基和之比互為倒數(shù)。 3．DNA雙鏈和單鏈中堿基數(shù)量的聯(lián)系(如上圖) (1)若在雙鏈中(A＋T)/(G＋C)＝n，則在1鏈中(A1＋T1)/(G1＋C1)＝n,2鏈中(A2＋T2)/(G2＋C2)＝n。 結論：在同一DNA分子中，雙鏈和單鏈中互補堿基和之比相等。 (2)若1鏈中A1占的比例為X1,2鏈中A2占的比例為X2，則整個DNA分子中A占的比例為(X1＋X2)/2。 結論：某堿基占

17、雙鏈DNA分子堿基總數(shù)的百分比等于相應堿基占相應單鏈比值和的一半。 特別提醒：堿基配對原則應用注意問題 (1)大部分DNA是雙鏈，但也有DNA是單鏈的，單鏈DNA分子中不存在A＝T，C＝G的關系。 (2)DNA分子中堿基配對只能是A和T、C和G之間。 (3)計算堿基含量時，應注意題干中提供的是堿基對還是堿基數(shù)目，所求的堿基比例，是占整個DNA分子的比例還是占其中一條鏈的比例。 [典例通關] 某雙鏈DNA分子含有400個堿基，其中一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，下列表述錯誤的是(　　) A．該DNA分子的另一條鏈上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3 B．該DNA分子共有腺嘌呤

18、60個 C．該DNA分子共有鳥嘌呤140個 D．其中一條鏈中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，另一條鏈中(A＋T)/(G＋C)＝7/3 [技巧點撥]　根據(jù)雙鏈DNA分子堿基互補配對原則，畫示意簡圖進行作答。 D　[根據(jù)堿基互補配對原則，A＝T＝60，G＝C＝＝140；DNA分子的兩條單鏈中(A＋T)/(G＋C)都等于。] 　(1)整個DNA分子中A∶T∶G∶C的比值是多少？ 提示：3∶3∶7∶7。 (2)一條鏈中(A＋G)/(T＋C)＝2/3，則另一條鏈中的比值是多少？整個DNA分子中呢？ 提示：另一條鏈中的比值為3/2，整個DNA分子中比值為1。 [活學活用] 1．已知1個

19、DNA分子中有4 000個堿基對，其中胞嘧啶有2 200個，這個DNA分子中應含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是(　　) A．4 000個和900個 B．4 000個和1 800個 C．8 000個和1 800個 D．8 000個和3 600個 C　[每個脫氧核苷酸含有一個堿基，因為含有4 000個堿基對，所以含有8 000個脫氧核苷酸。因為胞嘧啶和鳥嘌呤的堿基對數(shù)目是2 200，所以腺嘌呤和胸腺嘧啶的堿基對數(shù)目是1 800，又因腺嘌呤和胸腺嘧啶數(shù)目相等，所以腺嘌呤的數(shù)目是1 800個。] 2．某DNA分子中A＋T占整個DNA分子堿基總數(shù)的44%，其中一條鏈(a)上的G占該

20、鏈堿基總數(shù)的21%，那么，對應的另一條互補鏈(b)上的G占該鏈堿基總數(shù)的比例是(　　) 【導學號：01632128】 A．35% B．29% C．28% D．21% A　[整個DNA中的A＋T占整個DNA分子堿基總數(shù)的44%，則G＋C占整個DNA分子堿基總數(shù)的56%，又因為其中一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數(shù)的21%，所以與G對應的互補鏈(b)上的C占b鏈堿基總數(shù)的21%，則G(a鏈上)＋C(b鏈上)占DNA分子堿基總數(shù)的21%。因為總的G＋C占整個DNA分子堿基總數(shù)的56%，所以G(b鏈上)＋C(a鏈上)占整個DNA分子堿基總數(shù)的35%，推得G占b鏈堿基總數(shù)的35%，所以答案選

21、A。] 誤區(qū)警示：進行堿基計算時要注意以下幾點 (1)單位是“對”還是“個”，這方面往往帶來數(shù)據(jù)成倍的錯誤。 (2)注意提供的數(shù)據(jù)是DNA雙鏈還是DNA的一條單鏈。 (3)解題時最好畫一下簡圖，比較直觀，減少因為思路不清晰引起的錯誤。 [當 堂 達 標·固 雙 基] 1．下列關于DNA分子結構的敘述正確的是(　　) A．DNA分子中每個磷酸都與兩個脫氧核糖相連 B．DNA分子中每個脫氧核糖都與兩個磷酸相連 C．DNA分子中A一定等于T，G一定等于C D．在雙鏈DNA分子中，嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù) D　[由DNA分子的平面結構圖可知，每條鏈兩端的磷酸(或脫氧核糖)只與一個脫氧核糖

22、(或磷酸)相連接。DNA分子包括單鏈和雙鏈，其中雙鏈DNA分子中，A＝T，G＝C。] 2．下列制作的DNA分子雙螺旋結構模型圖中，連接正確的是(　　) B　[DNA分子雙螺旋結構的外側(cè)是由脫氧核糖和磷酸通過磷酸二酯鍵交替連接而成的長鏈，構成DNA分子的基本骨架；堿基對位于雙螺旋結構內(nèi)側(cè)，通過氫鍵相連。] 3．在含有4種堿基的DNA片段中，有腺嘌呤a個，占該片段全部堿基的比例為b，則(　　) 【導學號：01632129】 A．b≤0.5　 B．b≥0.5 C．胞嘧啶為a(－1)個 D．胞嘧啶為b(－1)個 C　[由題意可知，該DNA分子含有4種堿基，腺嘌呤為a個，且占該

23、片段全部堿基的比例為b。設胞嘧啶為x個，鳥嘌呤也為x個，則b＝，b＜0.5，但b≠0.5，故A、B兩項錯誤；根據(jù)上述關系式，可知胞嘧啶的數(shù)量：x＝a(－1)，故C項正確、D項錯誤。] 4．雙鏈DNA分子的一條鏈中，(A＋G)/(T＋C)＝0.4，則該比值在整個DNA及其互補鏈中分別是(　　) A．1和0.4 B．1和0.6 C．1和2.5 D．0.4和0.4 C　[整個DNA分子中A＋G＝T＋C。雙鏈DNA分子的一條鏈中的A與互補鏈中的T相等，一條鏈中的G與互補鏈中的C相等。] 5．在DNA分子的一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰的堿基A與T之間的連接結構是(　　) A．氫鍵 B．磷酸

24、－脫氧核糖－磷酸 C．肽鍵 D．脫氧核糖－磷酸－脫氧核糖 D　[審題時應扣住“一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰的堿基A與T之間的連接結構”，相鄰的脫氧核苷酸相連接，依靠磷酸、脫氧核糖之間形成磷酸二酯鍵，因此兩個堿基之間的連接結構是脫氧核糖－磷酸－脫氧核糖。] 6．根據(jù)DNA分子結構模式圖回答下列問題。 (1)寫出①～⑥的名稱： ①________；②________；③________；④________； ⑤________；⑥________。 (2)分析這種結構的主要特點： Ⅰ.構成DNA分子的兩條鏈按_________________________________ 的

25、方式盤旋成雙螺旋結構。 Ⅱ.DNA分子的基本骨架由________而成。 Ⅲ.DNA分子兩條鏈上的堿基通過________連接成堿基對，并且遵循________原則。 [解析]　本題主要考查DNA分子的化學組成及其結構特點。(1)根據(jù)脫氧核苷酸的結構及堿基互補配對原則，可依次推斷出①～⑥的名稱。(2)根據(jù)DNA的立體結構可知，DNA分子的兩條鏈按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結構，其外側(cè)是由脫氧核糖和磷酸交替連接形成的基本骨架；內(nèi)側(cè)是通過氫鍵連接而成的堿基對，堿基對的形成嚴格遵循堿基互補配對原則。 [答案]　(1)①胸腺嘧啶(T)　②胞嘧啶(C) ③腺嘌呤(A)?、茗B嘌呤(G)?、菝撗鹾颂? ⑥磷酸 (2)Ⅰ.反向平行 Ⅱ.脫氧核糖與磷酸交替連接 Ⅲ.氫鍵　堿基互補配對 [核心語句歸納] 1．DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，DNA雙鏈是反向平行的關系。 2．DNA分子外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構成基本骨架，內(nèi)側(cè)由氫鍵相連的堿基對組成。 3．雙鏈DNA分子中，嘌呤堿基數(shù)＝嘧啶堿基數(shù)，即A＋G＝T＋C。 4．DNA具有多樣性和特異性，DNA分子中堿基對的排列順序代表遺傳信息。 12