1、1DNA 的分子结构和特点目标导航 1.结合图例分析，概述 DNA 分子的双螺旋结构及特点。2.阅读教材图文，学会制作 DNA 双螺旋结构模型的构建过程。3.通过制作 DNA 双螺旋结构模型，进一步理解其结构特点并掌握有关的计算规律。一、两种核酸在结构上的异同基本单位名称 名称 结构模式图DNA脱氧核糖核酸脱氧核苷酸RNA核糖核酸核糖核苷酸二、DNA 分子的结构及主要特点1结构(1)该模型构建者：美国学者沃森和英国学者克里克。(2)写出图中的结构名称。2_A_，_G_，腺嘌呤脱氧核苷酸，氢键。2DNA 分子结构的三个主要特点：(1)两条链的位置及方向：反向平行。(2)主链的基本骨架：脱氧核糖与
2、磷酸基团交替连接，排列在外侧。(3)主链的内侧：碱基排列在内侧，且遵循碱基互补配对原则。3卡伽夫法则：(1)在 DNA 分子中，A 与 T 的分子数相等，G 与 C 的分子数相等，有 AGTC。(2)AT 不一定等于 GC。三、 制作 DNA 双螺旋结构模型1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 双螺旋结构模型，加深对 DNA 分子结构特点的理解和认识。3制作步骤：选择材料制作若干个磷酸、脱氧核糖、碱基连接多个脱氧核苷酸连接脱氧核苷酸长链形成一个 DNA 分子DNA 双螺旋结构4注意事项(1)选材时，用不同形状、不同大小和颜色的材料分别代表脱氧核糖、磷酸和不同的
3、碱基。(2)要选用有一定强度和韧性的支架和连接材料。判断正误：(1)DNA 分子由四种脱氧核苷酸组成，这四种脱氧核苷酸含有的碱基是 A、U、C、G。( )(2)AT 碱基对和 GC 碱基对具有相同的形状和直径，使 DNA 分子具有稳定的直径。( )(3)DNA 的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。( )(4)DNA 双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。( )(5)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。( )(6)DNA 上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即 AT，GC。( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6)3一、DNA 分子的结构及特点1DNA 的
4、分子组成2DNA 的结构分类 主链 侧链构成方式磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则地盘旋成双螺旋主链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补(AT，GC)配对，碱基平面之间平行排列位置 双螺旋结构外侧 双螺旋结构内侧动态变化 相对稳定 碱基比率和碱基序列可变模型图解3.巧记 DNA 分子的组成及结构五种元素：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。4制作 DNA 双螺旋结构模型(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
5、，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。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。41DNA 分子中的碱基是如何连接的？答案 DNA 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。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？答案 脱氧核糖
6、磷酸碱基111。一个 DNA 分子中只含有 2 个游离磷酸基团。3双链 DNA 分子中，嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系？答案 嘌呤碱基数嘧啶碱基数。 1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 的全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 元素存在于图中的含氮碱基中D从主链上看，两条脱氧核苷酸链反向平行问题导析(1) 构成 DNA 分子的基本单位是脱氧核苷酸；(2) 脱氧核苷酸种类的不同与含氮碱基有关，与脱氧核糖无关，图中 2 为脱氧核糖，3 为含氮碱基。答案 B一题多变(1)从主链上看，两条单链_平行；从碱基关系看，两
7、条单链_。(2)_和_相间排列，构成了 DNA 分子的基本骨架。(3)图中有_种碱基，_种碱基对。(4)含有 200 个碱基的某 DNA 片段中碱基间的氢键共有 260 个。请回答：该 DNA 片段中共有腺嘌呤_个，C 和 G 构成的碱基对共_对。5在 DNA 分子稳定性的比较中，_碱基对的比例越高，DNA 分子稳定性越高。答案 (1)反向 碱基互补配对 (2)脱氧核糖 磷酸 (3)4 4 (4)40 60 G 与 C解析 (1)从主链上看，两条单链是反向平行的；从碱基关系看，两条单链遵循碱基互补配对原则。(2)脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧，构成 DNA 分子的基本骨架。(3)图中涉及到
8、4 种碱基，4 种碱基之间的配对方式有两种，但碱基对的种类有 4 种，即 AT、TA、GC、CG。(4)假设该 DNA 片段只有 A、T 两种碱基，则 200 个碱基，100 个碱基对，含有 200 个氢键，而实际上有 260 个氢键，即 GC 或 CG 碱基对共 60 个，所以该 DNA 中腺嘌呤数为：(200260)/240 个。C 和 G 共 60 对，由于 G 与 C 之间有三个氢键，A 与 T 之间有两个氢键，因此，G 与 C 构成的碱基对的比例越高，DNA 分子稳定性越高。二、有关 DNA 分子结构的计算1DNA 分子的共性和特异性(1)共性：不因生物种类的不同而不同。 1； 1；
9、 1AT TA GC CG A CT G A GT C(2)特异性： 的值在不同 DNA 分子中是不同的，是 DNA 分子多样性和特异性的表现。A TG C2相关计算如图是 DNA 分子中碱基配对的情况示意图，与碱基互补配对原则有关的规律：腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即 AT，GC。因此，嘌呤总数与嘧啶总数相等，即 AGTC。一条链中的 A 和另一条链中的 T 相等，可记为 A1T 2，同样：T1A 2，G 1C 2，C 1G 2。设在双链 DNA 分子中的一条链上 A1T 1 n%，因为 A1T 2，A 2T 1，则：A1T 1T 2A 2 n%。整个 DNA 分子中：AT n
10、%。在双链 DNA 分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个 DNA 分子中都相等。设双链 DNA 分子中，一条链上： m，则： m，所以互补链上 。A1 G1T1 C1 A1 G1T1 C1 T2 C2A2 G2 A2 G2T2 C2 1m双链 DNA 分子中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。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 DNA 分子可有 4n种碱基对排列方式。1在双链 DNA 分子中，若某一条链中(AT)/(GC) m，则在另一条链中(AT)/(GC)的6比值是多少？在整个 DNA 分子中(AT)/(GC)的比值是多少
11、？答案 在另一条链中及整个 DNA 分子中都是 m。2在双链 DNA 分子中，若某一条链中(AG)/(TC) n，则在另一条链中(AG)/(TC)的比值是多少？在整个 DNA 分子中(AG)/(TC)的比值是多少？答案 在另一条链中(AG)/(TC)的比值为 1/n，在整个 DNA 分子中(AG)/(TC)1。 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( )。A35% B29% C28% D21%问题导析(1) 整个 DNA 中的 AT 占整个 DNA
12、碱基总数的 44%，则 GC 占整个 DNA 碱基总数的 56%；(2) 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%。(3) 因为总的 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%。答案 A一题多变已知某双链 DNA 分子中，G 与 C 之和占全部碱基总数的 34%，其一条链中的 T 与 C 分别占该链碱基总数的 32%和 18%，则在它
13、的互补链中，T 和 C 分别占该链碱基总数的( )。A34%和 16% B34%和 18%C16%和 34% D32%和 18%答案 A71下列能正确表示 DNA 片段的示意图的是( )。答案 D2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( )。50 4种 4 50种 4 25种 遗传性 多样性特异性A B C D答案 D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。3从某生物中提取出 DNA 进行化学分析，发现鸟嘌呤与
14、胞嘧啶之和占全部碱基数的 46%，又知该 DNA 的一条链(H链)所含的碱基中 28%是腺嘌呤，问与 H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的( )。A26% B24% C14% D11%答案 A4分析以下材料，回答有关问题。材料一 在沃森和克里克提出 DNA 的双螺旋结构模型之前，人们已经证实了 DNA分子是由许多脱氧核苷酸构成的长链，自然界中的 DNA 并不以单链形式存在，而是由两条链结合形成的。材料二 在 1949 年到 1951 年期间，科学家查哥夫(E.Chargaff)研究不同生物的 DNA 时发现，DNA 分子中的嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，即 A 的总数等于
15、 T 的总数，G的总数等于 C 的总数，但(AT)与(GC)的比值是不固定的。材料三 根据富兰克林(R.E.Franklin)等人对 DNA 的 X 射线衍射分析表明，DNA 分子由许多“亚单位”组成，每一层的间距为 0.34 nm，而且整个 DNA 分子长链的直径是恒定的。以上科学研究成果为 1953 年沃森和克里克提出 DNA 的双螺旋结构模型奠定了基础。请分析回答：8(1)材料一表明 DNA 分子是由两条_组成的，其基本单位是_。(2)嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，说明_。(3)A 的总数等于 T 的总数，G 的总数等于 C 的总数，说明_。(4)A 与 T 的总数和 G 与
16、 C 的总数的比值不固定，说明_。(5)富兰克林等人提出的 DNA 分子中的亚单位事实上是_；亚单位的间距都为 0.34 nm，而且 DNA 分子的直径是恒定的，这些特征表明_。(6)基于以上分析，沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是_，并成功地构建了 DNA 分子的双螺旋结构模型。答案 (1)脱氧核苷酸长链 脱氧核苷酸(2)DNA 分子中嘌呤与嘧啶之间一一对应(3)A 与 T 一一对应，C 与 G 一一对应(4)A 与 T 之间的对应和 C 与 G 之间的对应互不影响(5)碱基对 DNA 分子的空间结构非常规则(6)A 与 T 配对，C 与 G 配对解析 材料一表明了当时科学界对 DNA
17、 的认识是：DNA 分子是以 4 种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构。嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，即 A 的总数等于 T 的总数，G 的总数等于 C 的总数，说明二者可能是一种对应关系，而 A 与 T 的总数和 G 与 C 的总数的比值不固定则说明 A 与 T 之间的对应和 C 与 G 之间的对应是互不影响的，所以沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是 A 与 T 配对，C 与 G 配对，结果发现与各种事实相符，从而获得了成功。基础巩固1下列各项中，能正确表示 DNA 分子中脱氧核苷酸对的是( )。答案 A解析 DNA 分子中的碱基互补配对原则为 A 与 T 配对，G 与 C
18、 配对，A 与 T 之间形成两个氢键，9G 与 C 之间形成三个氢键，两条链反向平行，所以 A 项正确；B、D 两项配对方式不对，C 项两条链方向不对。2DNA 的一条单链中 0.4。上述比例在其互补单链和整个 DNA 分子中分别为( )。A GT CA0.4、0.6 B2.5、1.0C0.4、0.4 D0.6、1.0答案 B解析 根据碱基互补配对原则，在整个 DNA 分子中，因为 AT，GC，所以 比值为A GT C1.0。在双链 DNA 分子中，一条链上的 与另一条链上 相等为 0.4，因而互补链中A GT C T CA G2.5，互为倒数。A GT C3在 DNA 分子双螺旋结构中，腺嘌
19、呤与胸腺嘧啶之间有 2 个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3 个氢键。现有四种 DNA 样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌 (生活在高温环境中)的是( )。A含胸腺嘧啶 32%的样品 B含腺嘌呤 17%的样品C含腺嘌呤 30%的样品 D含胞嘧啶 15%的样品答案 B解析 DNA 分子双螺旋结构中，A 与 T 之间可以形成 2 个氢键，而 G 与 C 之间可以形成 3 个氢键，3 个氢键稳定性强，因此 G 与 C 含量多的 DNA 分子的稳定性大于 G 与 C 含量少的 DNA分子的稳定性。4下面为 DNA 分子的结构示意图，对该图的正确描述是( )。A和相间排列，构成了 DNA 分
20、子的基本骨架B构成胞嘧啶脱氧核苷酸C占的比例越大，DNA 分子越稳定DDNA 分子中依次代表 A、G、C、T答案 D解析 DNA 分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成，选项 A 错误；胞嘧啶脱氧核苷酸由组成，B 项错误；是 A 与 T 之间的氢键，G、C 对含量越多，DNA 分子越稳定，10选项 C 错误；根据碱基互补配对原则，、依次代表 A、G、C、T，D 项正确。5下表为生物学家在分析大麦、果蝇、猪、牛和人等生物 DNA 碱基比率时得到的结果：生物的种类 大麦 果蝇 猪 牛 人A TG C 1.21 1.37 1.43 1.31 1.52根据上表，可获得的最恰当的结论是( )。AD
21、NA 分子具有特异性BDNA 分子具有多样性CDNA 分子具有遗传性DDNA 分子具有特异性和多样性答案 D解析 在双链 DNA 分子中，AT，GC，但 的比值因生物种类不同而不同，每一种生物A TG C都有其特定的比值，这就构成了 DNA 分子的特异性；不同生物，其比值又不同，这就构成了DNA 分子的多样性。6下图是制作 DNA 双螺旋结构模型的过程图，请回答下面的问题。(1)在制作模型前进行的设计中，甲处应考虑具备_种材料，它们分别是_；其中五边形材料表示_。(2)乙表示的物质是_，a 位置的元素是_。制作一个乙用到了_种材料。(3)由乙连接成丙的过程，需考虑的主要有：两条链中五边形材料的
22、顶角应呈_(填“同向”或“反向”)关系；若一条链的下端是磷酸，则另一条链的上端应该是_，这样制作的目的是体现 DNA 双链_的特点。(4)随机将班里某两位同学制作的单链连接成双链，不合理的地方最可能是_。(5)丙到丁过程体现了 DNA 分子_的特点，丁中排在外侧的物质是_。答案 (1)6 磷酸、脱氧核糖、四种碱基 脱氧核糖(2)脱氧核苷酸 氧 3(3)反向 磷酸 反向平行(4)双链间的碱基配对不遵循碱基互补原则(5)螺旋 交替连接的脱氧核糖和磷酸巩固提升117某生物核酸的碱基组成是嘌呤碱基占 58%，嘧啶碱基占 42%，此生物不可能是( )。A噬菌体 B大肠杆菌C人或酵母菌 D烟草答案 A解析
23、 噬菌体由 DNA 和蛋白质构成，DNA 为双链，嘌呤数与嘧啶数应相等，在人、酵母菌、大肠杆菌、烟草中既有 DNA，也有 RNA，且 RNA 为单链，因此嘌呤数与嘧啶数可能不相等。8下图为某同学在学习 DNA 的结构后画的含有两个碱基对的 DNA 片段(“”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是( ) 。A甲说：“物质组成和结构上没有错误”B乙说：“只有一处错误，就是 U 应改为 T”C丙说：“至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖”D丁说：“如果说他画的是 RNA 双链则该图应是正确的”答案 C解析 图中有三处错误：核糖应改为脱氧核糖，“U”改为“T” ，3,5磷酸二酯键应
24、建立于磷酸和脱氧核糖的 3 号碳位间。9某双链 DNA 分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的 54%。其中 链上的碱基中，22%是腺嘌呤，28%是胞嘧啶，则 链中腺嘌呤占该链上所有碱基的比例和 链中的胞嘧啶占整个 DNA 分子中所有碱基的比例分别为( )。A24%、13% B23%、27%C48%、26% D22%、28%答案 A解析 假设该 DNA 分子中碱基总数为 200 个，则 GC108(个)，又因 GC，所以GC54(个)；已知 A10022%22(个)，C28 个，又因 CC C，所以C 542826(个)，则 链中 C 占整个 DNA 分子中所有碱基的比例为 2620013%。
25、关于腺嘌呤的计算，因为 TA 46(个)，A 462224(个)，则在 链中腺嘌200 1082呤占该链上所有碱基的比例为 24%。10如图是 DNA 片段的结构图，请据图回答：12(1)图甲是 DNA 片段的_结构，图乙是 DNA 片段的_结构。(2)填出图中部分结构的名称：2_、5_。(3)从图中可以看出：DNA 分子中的两条长链是由_和_交替连接的。(4)碱基对之间通过_连接，碱基配对的方式为：_与_配对；_与_配对。(5)从图甲可以看出：组成 DNA 分子的两条链的方向是_的；从图乙可以看出：组成DNA 分子的两条链相互缠绕成_的_结构。答案 (1)平面 立体(或空间)(2)一条脱氧核
26、苷酸长链的片段 腺嘌呤脱氧核苷酸(3)脱氧核糖 磷酸(4)氢键 A(腺嘌呤) T(胸腺嘧啶) G(鸟嘌呤)C(胞嘧啶)(5)反向 规则 双螺旋解析 (1)从图中可以看出：甲表示的是 DNA 分子的平面结构，而乙表示的是 DNA 分子的立体(空间)结构。(2)图中 2 表示的是一条脱氧核苷酸长链的片段，而 5 表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从甲图的平面结构可以看出：DNA 分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成了基本骨架。(4)DNA 分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且有一定规律：A 与T 配对，G 与 C 配对。(5)根据图甲可以判断：组成 DNA 分子的两条脱氧核苷酸链是反向
27、平行的；从图乙可以看出组成 DNA 分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。11根据相关知识回答下列问题。(1)若 DNA 分子的一条单链中 k，则另一条互补链中这种比例是_，而在A TA T C G整个 DNA 分子中是_。(2)如果 DNA 分子的一条链中的 A 占 15%，互补链中的 A 占 25%，则整个 DNA 分子中 A 占_。答案 (1) k k (2)20%走进高考12(2011上海卷，27 改编)某双链 DNA 分子含有 200 个碱基，一条链上ATGC1234，则该 DNA 分子( )。13A含有 4 个游离的磷酸基团B含有腺嘌呤脱氧核苷酸 20 个C四种含氮碱基
28、 ATGC3377D碱基排列方式共有 4100种答案 C解析 A 错误：一个双链 DNA 分子中含有 2 个游离的磷酸基团。由一条链上ATGC1234，计算得一条链上 100 个碱基中含 A、T、G、C 依次是 10、20、30、40，另一条链上含 A、T、G、C 则依次是 20、10、40、30。故该 DNA 中含腺嘌呤脱氧核苷酸数为 102030 个，故 B 项错误。C 项正确：四种含氮碱基的比例是ATGC(1020)(2010)(3040)(4030)3377。D 项错误：含 200个碱基的 DNA 不考虑每种碱基比例关系的情况下，可能的碱基排列方式共有 4100种。但因碱基数量比例已确
29、定，故碱基排列方式肯定少于 4100种，且一个 DNA 分子只有一种特定的碱基排列顺序。13(2010上海卷，4)细胞内某一 DNA 片段中有 30%的碱基为 A，则该片段中( )。AG 的含量为 30% BU 的含量为 30%C嘌呤含量为 50% D嘧啶含量为 40%答案 C14(2010江苏卷，1)下列关于核酸的叙述中，正确的是( )。ADNA 和 RNA 中的五碳糖相同B组成 DNA 与 ATP 的元素种类不同CT 2噬菌体的遗传信息贮存在 RNA 中D双链 DNA 分子中嘌呤数等于嘧啶数答案 D解析 本题主要考查核酸的组成、结构和功能。DNA 含有脱氧核糖，RNA 含有核糖，A 项错误；DNA 和 ATP 都是由 C、H、O、N、P 五种元素组成，B 项错误。T 2噬菌体遗传物质为 DNA，故其遗传信息也储存在 DNA 中，C 项错误。双链 DNA 嘌呤总和嘧啶碱基互补配对，故两者数量相等，D 项正确。15(广东卷，24)有关 DNA 分子结构的叙述，正确的是(双选)( )。ADNA 分子由 4 种脱氧核苷酸组成 BDNA 单链上相邻碱基以氢键连接 C碱基与磷酸基相连接 D磷酸与脱氧核糖交替连接构成 DNA 链的基本骨架答案 AD
