1、1第二节 DNA 分子的结构和复制第 1 课时 DNA 分子的结构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)DNA 的 认 识 过 程 及 DNA 分 子 的 结 构1对 DNA 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 结构的照片
2、，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 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 的结构及特点结构2特点通过图示可以观察 DNA 分子的结构特点：a立体结构：DNA 分子是指和(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：两条链上的碱基通过和氢键连接
3、成碱基对，并且遵循 AT、GC配对，称为碱基互补配对原则。特性a多样性：碱基对的排列顺序的千变万化。b特异性：是由 DNA 分子中特定的碱基排列顺序决定的。合 作 探 讨 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，很少有人注意到它的旋转是顺时针方向还是逆时针方向。探讨 ：DNA 分子是怎样构成的？1【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。探讨 ：DNA 分子的基本单位是什么？2【提示】 脱氧核苷酸。探讨 ：DNA 是怎样携带遗传信息的？3【提示】 通过碱基对的排列顺序携带遗传信息。探讨 ：近年来
4、，许多人尝试着用 DNA 作防伪标记，其原理是什么？4【提示】 DNA 分子具有特异性。3思 维 升 华 1DNA 分子结构中的“五、四、三、二、一”：“五”DNA 分子的基本组成元素有 5 种(C、H、O、N、P)。“四”DNA 分子的基本组成单位为“四种”脱氧核苷酸。“三”每种单位均由三分子物质(1 分子磷酸、1 分子脱氧核糖及 1 分子含氮碱基)构成。“二”两条脱氧核苷酸长链。“一”一种规则的双螺旋结构。2DNA 分子的结构层次3DNA 分子的结构特点(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：
5、每个 DNA 都有特定的碱基对排列顺序。1(2016镇江一中高一月考)下面关于 DNA 分子结构的叙述中，错误的是( ) 【导学号：21920037】A每个双链 DNA 分子中嘌呤数嘧啶数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【解析】 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 AGTC，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
6、的连接方式为，碱基是通过五碳糖与磷酸相连的。【答案】 B2(2016宁波高一检测)如图为 DNA 分子的结构示意图，对该图的正确描述是( )4A和相间排列，构成了 DNA 分子的基本骨架B构成胞嘧啶脱氧核苷酸C是由于碱基互补配对形成的DDNA 分子中依次代表 A、G、C、U【解析】 结构图中分别表示磷酸、脱氧核糖、胞嘧啶。磷酸和脱氧核糖的相间排列构成了 DNA 分子的基本骨架。图中不是同一个脱氧核苷酸分子的成分，其中磷酸是上面一个脱氧核苷酸的组成成分。是氢键，是碱基互补配对形成的。根据碱基互补配对原则，DNA 分子中依次代表 A、G、C、T。【答案】 C设计和制作 DNA 分子双螺旋结构模型及
7、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旋转：DNA 分子双螺旋结构合 作 探 讨 5根据下图 DN
8、A 分子的平面结构，完成下列探究题目。探讨 ：DNA 分子中，磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量关系如何？1【提示】 磷酸数脱氧核糖数碱基数。探讨 ：四种碱基(A、T、C、G)之间有何关系？2【提示】 AT，GC。探讨 ：某 DNA 分子中 A 有 n 个，C 有 m 个，该 DNA 分子两单链之间共有多少个氢键？3【提示】 2 n3 m。探讨 ：不同的 DNA 分子中 或 的值有什么规律？4A GT C A CT G【提示】 等于 1，因为 DNA 分子中 A 与 T 相等，G 与 C 相等。思 维 升 华 DNA 分子结构如图，碱基互补配对原则：A 配 T，G 配 C。1以 DNA 双链为研究
9、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：DNA 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)/(G1
10、C 1) n,2 链中(A 2T 2)6/(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)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。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 中不存在 AT，CG 的关系。(2)DNA 中碱基配对只能是 A 和 T、C 和 G 之间。(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
11、比例，是占整个 DNA 分子的比例还是占其中一条链的比例。1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 B8C7 D16【解析】 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 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。【答案】 C2分析某生物的双链 DNA，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱
12、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 分子碱基的比例是( ) 【导学号：21920038】A17% B32% C34% D50%【解析】 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
13、%。【答案】 A3某双链 DNA 分子含有 400 个碱基，其中一条链上 ATGC1234，下列7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【解析】 根据碱基互补配对原则，AT60，GC 140；DNA 分子的两400 1202条单链中(AT)/(GC)都等于 。37【答案】 D1下列关于 DNA 分子结构的叙述正确的是( ) 【导学号：21920039】ADNA 分子中每个磷酸都与两个脱氧核糖相连BDNA 分子中每个
14、脱氧核糖都与两个磷酸相连CDNA 分子中 A 一定等于 T，G 一定等于 CD在双链 DNA 分子中，嘌呤数等于嘧啶数【解析】 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。【答案】 D2下列制作的 DNA 双螺旋结构模型图中，连接正确的是( )【解析】 DNA 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。【答案】 B3(2016郑州高一检测)在双链 DNA 分子中，有关四种碱基的关系
15、，下列等式中错误的是( )8A. B. CT GA AT GCCATGC DAGTC【解析】 双链 DNA 中 AT，GC，因此， ， 1，AGTC，但 AT 不一定等于 GC。CT GA AT GC【答案】 C4双链 DNA 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( ) 【导学号：21920040】A1 和 0.4 B1 和 0.6C1 和 2.5 D0.4 和 0.4【解析】 整个 DNA 分子中 AGTC。双链 DNA 的一条链中的 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。【答案】 C5(2016泰安期末)在 DNA
16、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【解析】 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。【答案】 D课堂小结：网络构建 核心回扣1.DNA 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，内侧是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。94DNA 具有多样
17、性和特异性，DNA 分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息。学业分层测评(建议用时：45 分钟)学业达标1(2016苏大附中高一测试)下列有关 DNA 分子双螺旋结构中碱基对特征的表述，错误的是( )A两条主链上的对应碱基以氢键连接成对B配对碱基的互补关系为 AG，TCC各个碱基对的平面之间呈平行关系D碱基对排列在双螺旋的内侧【解析】 DNA 分子中碱基对是以氢键连接，并排列于双螺旋内侧，且碱基对平面是平行的。碱基互补配对的关系是 AT，GC。【答案】 B2(2016长沙高一检测)下列关于沃森和克里克、富兰克琳、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富兰克琳提供
18、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富兰克琳和查哥夫发现 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，富兰克琳提供了 DNA 分子衍射图谱；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 DNA分子的双螺旋结构模型。【答案】 B3由一对氢键连接的两个脱氧核苷酸已查明它的结构有一个腺嘌呤，则它的其他组成成分应是( ) 【导学号：21920041】A3 个磷酸、3 个脱氧核糖和 1 个胸腺嘧啶B2
19、个磷酸、2 个脱氧核糖和 1 个胞嘧啶C2 个磷酸、2 个脱氧核糖和 1 个胸腺嘧啶D1 个磷酸、1 个脱氧核糖和 1 个胸腺嘧啶【解析】 A 与 T 之间由两个氢键连接，除了一个腺嘌呤外，还有一个胸腺嘧啶(T)、两个磷酸、两个脱氧核糖。【答案】 C104(2016无锡高一检测)已知在甲 DNA 分子的一条单链中(AG)/(TC) m，乙 DNA分子的一条单链中(AT)/(GC) n，分别求甲、乙两 DNA 分子中各自的另一条链中对应的碱基比例分别为( )A m、1/ n B1/ m、 n C m、1 D1、 n【解析】 根据碱基互补配对原则，DNA 分子一条链中(AG)/(TC)的值与互补链
20、中的该比值互为倒数，所以甲 DNA 分子另一条链中(AG)/(TC)的值为 1/m；DNA 分子的一条单链中(AT)/(GC)的值等于其互补链和整个 DNA 分子中该比值，所以乙 DNA 分子另一条链中(AT)/(GC)的比值为 n。【答案】 B5在一个双链 DNA 分子中，脱氧核苷酸总数为 n，胞嘧啶碱基数为 a，下列各种物质的数量，错误的是( )A磷酸数 nB一条链中的 CG aCA 的数量( n2 a)/2D一条链中的 AT n2 a【解析】 每个脱氧核苷酸分子中含有 1 个磷酸分子，故 A 项正确。DNA 分子中的CG a，整个 DNA 分子中的 CG2 a，因此，一条链中 CG a，
21、B 项正确。A 的数量T 的数量碱基总数减去 G 和 C 之和，再除以 2，即( n2 a)/2，C 项正确。整个 DNA 分子中 AT n2 a，一条链中 AT( n2 a)/2，D 项错。【答案】 D6在 DNA 分子双螺旋结构中，腺嘌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 4 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【解析】 DNA 分子中氢键的数量越多，结构越稳定，AT 含 2 个氢键，GC 含 3 个氢键，因此 GC 碱基对越多的 DNA 分子结构越稳定。四个选项中含腺嘌呤 17%的样品中碱基 G、C 的含量最多，其结构最稳定。【答案】 B7(2016常州高一检测)如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是( )
