2018_2019高中生物第4章遗传的分子基础第2节第1课时DNA分子的结构学案苏教版必修2.doc

1、1第 1 课时 DNA 分子的结构学习目标 知识概览(教师用书独具)1概述 DNA 分子结构的主要特点。(重点)2设计并制作 DNA 分子双螺旋结构模型。3DNA 分子中碱基的计算。(难点)自 主 预 习探 新 知一、DNA 分子结构的认识和结构特点1对 DNA 分子结构的认识过程(1)20 世纪 30 年代后期，瑞典科学家们证明了 DNA 是不对称的。(2)1951 年奥地利生物化学家查哥夫在定量分析 DNA 分子的碱基组成后，发现腺嘌呤(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。(3)1952 年英国化学家富兰克琳采用 X 射线衍射技术拍摄到 DNA 分

2、子结构的照片，确认 DNA 分子为螺旋结构，而不是由一条链构成。(4)1953 年美国科学家沃森和英国科学家克里克提出 DNA 分子的双螺旋结构模型。2DNA 分子的结构(1)DNA 分子的结构层次基本组成元素：C、H、O、N、P基本组成化合物：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基基本组成单位：脱氧核苷酸(4 种)，如图(2)DNA 分子的结构及特点.结构2.特点通过图示可知 DNA 分子的结构特点：a立体结构：DNA 分子是由和(填序号)组成的，它们按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。b内部结构：DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋的外侧，构成基本骨架；和碱基排列在内侧。c碱基配对：两条链

3、上的碱基通过和氢键连接成碱基对，并且遵循 AT、GC配对的规律，称为碱基互补配对原则。.特性a多样性：碱基对的排列顺序千变万化。b特异性：是由 DNA 分子中特定的碱基对排列顺序决定的。二、设计制作 DNA 分子双螺旋结构模型及 DNA 分子的相关计算1制作原理：DNA 分子双螺旋结构的主要特点。2实验目的：通过制作 DNA 分子双螺旋结构模型，加深对 DNA 分子结构特点的理解和认识。3材料用具：曲别针、泡沫塑料、纸板、牙签、橡皮泥等。4设计模型：绘出 DNA 模型的设计图；确定制作的 DNA 分子双螺旋结构模型的大小(如高度与直径的比例)、维系立体构型的方式；代表磷酸、脱氧核糖、碱基的材料

4、等。5制作模型选材：选择能代表磷酸、4 种碱基和脱氧核糖的材料等制作：若干个磷酸、脱氧核糖、碱基整合：若干个脱氧核苷酸连接：形成脱氧核苷酸链构成平面：两条反向平行的单链3旋转：DNA 分子双螺旋结构6DNA 分子的相关计算原理：碱基互补配对原则，即双链 DNA 分子中 AT、GC。基础自测1判断对错(1)DNA 彻底水解产物是四种脱氧核苷酸。 ( )(2)DNA 分子一条链上相邻的两个碱基通过氢键相连。 ( )(3)DNA 分子中 G、C 碱基的比例越高，分子结构的稳定性越高。( )(4)DNA 分子中的嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 ( )(5)双链 DNA 分子中(AG)/(TC)存在特异

5、性。 ( )提示：(1) DNA 初步水解产物是四种脱氧核苷酸，彻底水解产物是含氮的碱基、磷酸和脱氧核糖。(2) DNA 分子的两条链碱基之间通过氢键相连，一条链上的两个碱基则通过脱氧核糖、磷酸和脱氧核糖相连。(3) (4)(5) 双链 DNA 分子中(AG)/(TC)1，不存在特异性。2某同学制作一 DNA 片段模型，现准备了 10 个碱基 T 塑料片，8 个碱基 A 塑料片，30 组脱氧核糖和磷酸的塑料片，那么还需准备碱基 C 塑料片数目是( )A14 B8 C7 D16C 因为 30 组脱氧核糖和磷酸塑料片可制成含 15 个碱基对的 DNA 分子模型，而该同学已准备了 10 个碱基 T

6、塑料片，8 个碱基 A 塑料片，这样仅能构成 8 个 AT 碱基对，剩下的 7 个碱基对若全为 GC 碱基对，则还需要准备 G、C 碱基塑料片各 7 片。3分析某生物的双链 DNA 分子，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的 64%，其中一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的 30%，则另一条链中腺嘌呤占整个 DNA 分子碱基总数的比例是( ) 【导学号：01632126】A17% B32% C34% D50%A 假设 DNA 中共有 2N 个碱基，根据题干可知：(AT)%64%，即(AT)/2N0.64，则(A 1A 2T 1T 2)/2N0.64，可推出(A 1T 1)/N0.64。题干还告诉我

7、们：A1/N0.30，则可知 T1/N0.34，而 T1A 2，所以 A2/N0.34(即另一条链中的 A 占该条链碱基总数的 34%)，则 A2/2N0.17，即另一条链中的 A 占整个 DNA 分子碱基总数的 17%。合 作 探 究攻 重 难4DNA 分子结构的认识过程及结构特点背景材料坐落于北京中关村高科技园区的 DNA 雕塑，以简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往的行人，但很少有人注意到它的旋转是顺时针方向还是逆时针方向。思考交流1DNA 分子是怎样构成的？提示：DNA 分子是由脱氧核苷酸连接成单链，单链之间通过氢键连接起来，形成双螺旋的空间结构。2DNA 分子的基本单位是什么？提示：脱氧

8、核苷酸。3DNA 是怎样携带遗传信息的？提示：通过碱基对的排列顺序携带遗传信息。4近年来，许多人尝试着用 DNA 作防伪标记，其原理是什么？提示：DNA 分子具有特异性。归 纳 总 结 1DNA 分子的结构(1)平面结构。由多个脱氧核苷酸分子聚合形成脱氧核苷酸长链。配对的碱基，A 与 T 之间形成 2 个氢键，G 与 C 之间形成 3 个氢键，CG 碱基对在DNA 中所占的比例越大，DNA 分子结构越稳定。在同一条脱氧核苷酸链中，相邻 2 个碱基之间通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖间接相连。(2)DNA 分子的空间结构。DNA 分子是由两条脱氧核苷酸长链，按反向平行(指一条链的起点为磷酸，另一条链5的

9、起点为脱氧核糖)方式盘绕成双螺旋结构。基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成。中间的碱基严格按碱基互补配对原则(A 与 T 配对，G 与 C 配对)形成碱基对。DNA 分子中，脱氧核苷酸数脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数1111。2DNA 分子的结构特性(1)稳定性：脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序稳定不变，两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：碱基对的排列顺序多种多样。(3)特异性：每个 DNA 都有特定的碱基对排列顺序。好记巧学：DNA 结构的“五四三二一”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

10、的脱氧核苷酸链。一种螺旋：规则的双螺旋结构。典例通关如图是 DNA 分子的部分平面结构示意图，下列有关叙述不正确的是( )A图中 4 的名称是腺嘌呤脱氧核苷酸B构成 DNA 的核苷酸种类的不同与 2 有关CN 元素存在于图中的碱基中D从主链上看，两条脱氧核苷酸链反向平行技巧点拨 明确、的名称，脱氧核苷酸的组成及其与脱氧核苷酸链和 DNA 之间的关系是解题关键。B 构成 DNA 的核苷酸是脱氧核苷酸，脱氧核苷酸种类的不同与碱基有关，与脱氧核6糖和磷酸无关，图中 2 为脱氧核糖，3 为碱基。(1)组成 DNA 分子基本骨架的元素有哪些？提示：C、H、O、P。(2)若图示 DNA 片段彻底水解可以形

11、成几种小分子物质？提示：6 种。活学活用1如图表示某同学制作的 DNA 分子双螺旋结构模型的一个片段。其中存在的错误有( )A3 处 B5 处C7 处 D8 处C 图中的核糖应改为脱氧核糖；DNA 中不存在尿嘧啶；胞嘧啶与鸟嘌呤之间有 3 个氢键；腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有 2 个氢键。2如图为某核苷酸长链片段的示意图，下列关于该长链的相关叙述中，错误的是( )A2 和 3 构成腺苷B嘌呤数目等于嘧啶数目C4 为胞嘧啶脱氧核苷酸D磷酸基团的数目等于脱氧核糖的数目B 图示核苷酸长链为单链，嘌呤数不一定等于嘧啶数。1下面关于 DNA 分子结构的叙述中，错误的是( )A每个双链 DNA 分子中嘌呤数嘧啶

12、数B每个碱基分子上均直接连接着一个磷酸和一个脱氧核糖C每个 DNA 分子中碱基数磷酸数脱氧核糖数D双链 DNA 分子中的一段含有 40 个胞嘧啶，就一定会同时含有 40 个鸟嘌呤B DNA 分子是双螺旋结构，碱基间遵循碱基互补配对原则，即 AT、GC，所以7AGTC，即嘌呤数嘧啶数。DNA 分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸由 1 分子磷酸、1 分子脱氧核糖和 1 分子碱基组成。脱氧核苷酸分子的连接方式为，碱基是通过五碳糖与磷酸相连的。2下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型，正确的是( ) 【导学号：01632127】D 每 1 个脱氧核苷酸是由 1 个脱氧核糖、1 个磷酸基团和

13、 1 个碱基构成，碱基可能是 A 或 C 或 G 或 T，不可能是 U，A 项错误；脱氧核糖是五碳糖，其中 1 号碳上连着碱基，5 号碳上连着磷酸基团，B 项、C 项错误，D 项正确。题后反思：DNA 分子中两条链反向平行，每条链有一个游离的磷酸基团；一条链上的相邻碱基由脱氧核糖磷酸脱氧核糖连接；两条链之间的碱基由氢键连接形成碱基对，AT 之间有 2 条氢键，GC 之间有 3 条氢键；相同长度的 DNA 分子，GC 碱基对越多，氢键越多，DNA 分子越稳定。DNA 分子的相关计算背景材料下图是 DNA 分子的平面结构。思考交流1双链 DNA 分子中，磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量关系如何？提示

14、：磷酸数脱氧核糖数碱基数。82四种碱基(A、T、C、G)之间有何关系？提示：AT，GC。3某双链 DNA 分子中 A 有 n 个，C 有 m 个，该 DNA 分子中共有多少个氢键？提示：2 n3 m。4不同的双链 DNA 分子中 或 的值有什么规律？A GT C A CT G提示：等于 1，因为双链 DNA 分子中 A 与 T 相等，G 与 C 相等。归 纳 总 结 DNA 分子结构简图如下图所示，碱基互补配对原则：A 配 T，G 配 C。1以 DNA 双链为研究对象时碱基数量的关系(1)A、T、G、C 的关系：AT，GC。(2)非互补碱基和之比：(AG)/(TC)(AC)/(TG)1。结论：

15、DNA 分子中非互补碱基之和总相等。(3)互补碱基和之比：(AT)/(GC)不是定值。2以 DNA 单链为研究对象时碱基数量的关系(如上图)(1)A1T 2，G 1C 2，C 1G 2，T 1A 2。(2)若 1 链中(A 1G 1)/(T1C 1) m，则 2 链中(A 2G 2)/(T2C 2)1/ m。结论：两链间非互补碱基和之比互为倒数。3DNA 双链和单链中碱基数量的联系(如上图)(1)若在双链中(AT)/(GC) n，则在 1 链中(A 1T 1)/(G1C 1) n,2 链中(A 2T 2)/(G2C 2) n。结论：在同一 DNA 分子中，双链和单链中互补碱基和之比相等。(2)

16、若 1 链中 A1占的比例为 X1,2 链中 A2占的比例为 X2，则整个 DNA 分子中 A 占的比例为(X 1X 2)/2。结论：某碱基占双链 DNA 分子碱基总数的百分比等于相应碱基占相应单链比值和的一半。特别提醒：碱基配对原则应用注意问题(1)大部分 DNA 是双链，但也有 DNA 是单链的，单链 DNA 分子中不存在 AT，CG 的关系。(2)DNA 分子中碱基配对只能是 A 和 T、C 和 G 之间。9(3)计算碱基含量时，应注意题干中提供的是碱基对还是碱基数目，所求的碱基比例，是占整个 DNA 分子的比例还是占其中一条链的比例。典例通关某双链 DNA 分子含有 400 个碱基，其

17、中一条链上 ATGC1234，下列表述错误的是( )A该 DNA 分子的另一条链上 ATGC2143B该 DNA 分子共有腺嘌呤 60 个C该 DNA 分子共有鸟嘌呤 140 个D其中一条链中(AT)/(GC)3/7，另一条链中(AT)/(GC)7/3技巧点拨 根据双链 DNA 分子碱基互补配对原则，画示意简图进行作答。D 根据碱基互补配对原则，AT60，GC 140；DNA 分子的两条单链400 1202中(AT)/(GC)都等于 。37(1)整个 DNA 分子中 ATGC 的比值是多少？提示：3377。(2)一条链中(AG)/(TC)2/3，则另一条链中的比值是多少？整个 DNA 分子中呢

18、？提示：另一条链中的比值为 3/2，整个 DNA 分子中比值为 1。活学活用1已知 1 个 DNA 分子中有 4 000 个碱基对，其中胞嘧啶有 2 200 个，这个 DNA 分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是( )A4 000 个和 900 个B4 000 个和 1 800 个C8 000 个和 1 800 个D8 000 个和 3 600 个C 每个脱氧核苷酸含有一个碱基，因为含有 4 000 个碱基对，所以含有 8 000 个脱氧核苷酸。因为胞嘧啶和鸟嘌呤的碱基对数目是 2 200，所以腺嘌呤和胸腺嘧啶的碱基对数目是 1 800，又因腺嘌呤和胸腺嘧啶数目相等，所以腺嘌呤的

19、数目是 1 800 个。2某 DNA 分子中 AT 占整个 DNA 分子碱基总数的 44%，其中一条链(a)上的 G 占该链碱基总数的 21%，那么，对应的另一条互补链(b)上的 G 占该链碱基总数的比例是( ) 【导学号：01632128】A35% B29%C28% D21%A 整个 DNA 中的 AT 占整个 DNA 分子碱基总数的 44%，则 GC 占整个 DNA 分子碱10基总数的 56%，又因为其中一条链(a)上的 G 占该链碱基总数的 21%，所以与 G 对应的互补链(b)上的 C 占 b 链碱基总数的 21%，则 G(a 链上)C(b 链上)占 DNA 分子碱基总数的21%。因为

20、总的 GC 占整个 DNA 分子碱基总数的 56%，所以 G(b 链上)C(a 链上)占整个DNA 分子碱基总数的 35%，推得 G 占 b 链碱基总数的 35%，所以答案选 A。误区警示：进行碱基计算时要注意以下几点1 单位是“对”还是“个” ，这方面往往带来数据成倍的错误。2 注意提供的数据是 DNA 双链还是 DNA 的一条单链。3 解题时最好画一下简图，比较直观，减少因为思路不清晰引起的错误。当 堂 达 标固 双 基1下列关于 DNA 分子结构的叙述正确的是( )ADNA 分子中每个磷酸都与两个脱氧核糖相连BDNA 分子中每个脱氧核糖都与两个磷酸相连CDNA 分子中 A 一定等于 T，

21、G 一定等于 CD在双链 DNA 分子中，嘌呤数等于嘧啶数D 由 DNA 分子的平面结构图可知，每条链两端的磷酸(或脱氧核糖)只与一个脱氧核糖(或磷酸)相连接。DNA 分子包括单链和双链，其中双链 DNA 分子中，AT，GC。2下列制作的 DNA 分子双螺旋结构模型图中，连接正确的是( )B DNA 分子双螺旋结构的外侧是由脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替连接而成的长链，构成 DNA 分子的基本骨架；碱基对位于双螺旋结构内侧，通过氢键相连。3在含有 4 种碱基的 DNA 片段中，有腺嘌呤 a 个，占该片段全部碱基的比例为 b，则( ) 【导学号：01632129】A b0.5 B b0.5C胞

22、嘧啶为 a( 1)个 D胞嘧啶为 b( 1)个12b 12aC 由题意可知，该 DNA 分子含有 4 种碱基，腺嘌呤为 a 个，且占该片段全部碱基的比例为 b。设胞嘧啶为 x 个，鸟嘌呤也为 x 个，则 b ， b0.5，但 b0.5，故a2 a x11A、B 两项错误；根据上述关系式，可知胞嘧啶的数量： x a( 1)，故 C 项正确、D 项错12b误。4双链 DNA 分子的一条链中，(AG)/(TC)0.4，则该比值在整个 DNA 及其互补链中分别是( )A1 和 0.4 B1 和 0.6C1 和 2.5 D0.4 和 0.4C 整个 DNA 分子中 AGTC。双链 DNA 分子的一条链中

23、的 A 与互补链中的 T 相等，一条链中的 G 与互补链中的 C 相等。5在 DNA 分子的一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基 A 与 T 之间的连接结构是( )A氢键B磷酸脱氧核糖磷酸C肽键D脱氧核糖磷酸脱氧核糖D 审题时应扣住“一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基 A 与 T 之间的连接结构” ，相邻的脱氧核苷酸相连接，依靠磷酸、脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，因此两个碱基之间的连接结构是脱氧核糖磷酸脱氧核糖。6根据 DNA 分子结构模式图回答下列问题。(1)写出的名称：_；_；_；_；_；_。(2)分析这种结构的主要特点：.构成 DNA 分子的两条链按_的方式盘旋成双螺旋结构。.DNA 分子的基本骨架

24、由_而成。.DNA 分子两条链上的碱基通过_连接成碱基对，并且遵循_原则。解析 本题主要考查 DNA 分子的化学组成及其结构特点。(1)根据脱氧核苷酸的结构12及碱基互补配对原则，可依次推断出的名称。(2)根据 DNA 的立体结构可知，DNA 分子的两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构，其外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接形成的基本骨架；内侧是通过氢键连接而成的碱基对，碱基对的形成严格遵循碱基互补配对原则。答案 (1)胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶(C)腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 脱氧核糖磷酸(2).反向平行.脱氧核糖与磷酸交替连接.氢键 碱基互补配对核心语句归纳1DNA 的基本组成单位是脱氧核苷酸，DNA 双链是反向平行的关系。2DNA 分子外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，内侧由氢键相连的碱基对组成。3双链 DNA 分子中，嘌呤碱基数嘧啶碱基数，即 AGTC。4DNA 具有多样性和特异性，DNA 分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息。