1、第二节DNA分子的结构和复制第1课时DNA分子的结构课标内容要求核心素养对接1概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，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遗传信息。2DNA中碱基的排列顺序编码遗传信息。1生命观念：说明DNA双螺旋结构模型的特点。2科学思维：思考在DNA分子中碱基的比例和数量之间的规律，总结有关碱基计算的方法和规律。3科学探究：动手制作模型，培养观察能力、空间想象能力、分析和理解能力。一、沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜120世纪30年代后期，瑞典科学家证明了DNA分子是不对称的。220世纪40年代后期，科学家又用电子显微镜观察，并通过计算
2、得出DNA分子的直径约为2 nm。31951年，奥地利科学家查哥夫(E.Chargaff,19052002)在定量分析几种生物DNA分子的碱基组成后，发现DNA分子中腺嘌呤(A)的量总与胸腺嘧啶(T)的量相当，鸟嘌呤(G)的量总与胞嘧啶(C)的量相当。41952年，英国科学家富兰克林获得了一张DNA分子X射线衍射图片(图221)。她通过解析，推断DNA分子可能由两条链组成。51953年，两位年轻科学家沃森和克里克，提出了DNA分子的双螺旋结构模型。二、DNA分子的双螺旋结构模型1平面结构2立体结构(1)DNA分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构；(2
3、)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成DNA分子的基本骨架；(3)DNA分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧。(4)DNA分子中碱基配对有一定的规律：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应关系，称为碱基互补配对原则(the principle of complementary base pairing)。(5)在碱基对中，A和T之间形成两个氢键，G和C之间形成三个氢键(图224)。3特性(1)特异性：特定碱基对的排列顺序构成了DNA分子的特异性。(2)多样性：碱基对排列顺序的千变万化导致了DNA分子的多样性。判断对错(正确的打“
4、”，错误的打“”)1DNA彻底水解的产物是四种脱氧核苷酸。()2DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过氢键相连。()3DNA分子中G、C碱基的比例越高，分子结构的稳定性越高。()4DNA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)存在特异性。()6双链DNA分子中的每个磷酸都与2个五碳糖连接。()答案1提示：DNA初步水解的产物是四种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是含氮碱基、磷酸和脱氧核糖。2提示：DNA分子两条链的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。34.5提示：双链DNA分子中(AG)/(TC)1，不存在特异性。6提示：双
5、链DNA分子中大多数磷酸与2个五碳糖连接，位于末端的磷酸只与1个五碳糖连接。DNA分子的结构一、DNA的结构1DNA的结构(1)数量关系游离磷酸基团：每个DNA片段有2个。氢键：AT之间有2个，GC之间有3个。脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数。(2)位置关系单链中：相邻碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接。双链间：相邻碱基通过氢键相连。(3)化学键氢键：连接互补链中配对的碱基。磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸。 2DNA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
6、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。合作探究：坐落在北京中关村高新科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的造型吸引着过往行人，它象征着中关村生生不息的精神，寓意创新的生命更加顽强。(1)该双螺旋模型代表的双链之间通过什么化学键连接？提示：氢键。(2)该双螺旋模型代表的双链长度是否相等？为什么？提示：相等。两条链之间通过碱基互补配对，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等。(3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪一组成成分中？提示：N存在于含氮碱基中，P存在于磷酸基团中。(4)DNA若进行初步水解和彻底水解，则产物分别
7、是什么？提示：初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮的碱基。1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B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DN
8、A分子的双螺旋结构模型，B正确，C、D错误。2(多选)如图是人体细胞中某DNA片段结构示意图。下列有关叙述正确的是 ()A图中X代表磷酸基团，A代表腺嘌呤BDNA的基本骨架是N所示的化学键连接的碱基对C每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基DDNA双链中，嘌呤总数等于嘧啶总数AD图中X代表磷酸基团，A代表腺嘌呤，A项正确；脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA的基本骨架，B项错误；每条链3端的脱氧核糖上连着一个磷酸，C项错误；DNA双链中，嘌呤与嘧啶配对，嘌呤总数等于嘧啶总数，D项正确。DNA分子结构的“五、四、三、二、一”DNA分子碱基数量的计算1碱基互补配对原则AT，GC，如图所示。2有关推论
9、(1)规律一：一个双链DNA分子中，AT、CG，则AGCT，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，AT与CG不一定相等，而且一般都不相等。(2)规律二：在双链DNA分子中，AT或CG在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中AT或CG所占的比例。由图知：A1T1G1C1m，A2T2G2C2m，整个双链DNA上的碱基总数为2m。因为A1T2、T1A2，则A1T1A2T2，AT(A1T1)(A2T2)，(3)规律三：在DNA双链中，一条单链的的值与另一条互补单链的的值互为倒数关系。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
10、)规律四：DNA双链中，一条单链的的值，与另一条互补链的的值是相等的，也与整个DNA分子中的的值是相等的。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(AT)/(CG)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b%，则%。(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。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。1下列
11、有关DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其互补链中碱基数目比值的关系图，不正确的是()C本题主要考查对DNA分子碱基互补配对原则的理解。双链DNA分子中，(AC)/(TG)一定等于1，故A项正确；在DNA分子中，存在(A1T1)/(G1C1)(A2T2)/(G2C2)(AT)/(GC)，故B、D项正确；当一条链中存在(A1C1)/(T1G1)1时，其互补链中存在(A2C2)/(T2G2)(T1G1)/(A1C1)1，C项错误。2某双链DNA分子中AT占整个DNA分子碱基总数的38%，其中一条a链上的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
12、()A41%B38%C28%D21%A在整个DNA分子中，AT38%，则GC62%。在a链上GC62%，由G21%，推知C62%21%41%。根据碱基互补配对原则可知，在b链上G41%。关于碱基含量计算的“两点两法”(1)“两点”为两个基本点A与T配对，G与C配对(AT，GC)。双链DNA分子中，嘌呤总数嘧啶总数1/2碱基总数(AGTC)。(2)“两法”为双链法和设定系数法用两条直线表示DNA分子的双链结构即双链法。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。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵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。2.DNA
13、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。4.DNA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。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B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。2(多选)如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是()ADNA与RNA的不同点只体现在处B若为核糖，则不可能是胸腺嘧啶C在
14、T2噬菌体中核苷酸共有8种D人体内的有5种，有2种BD图中分别是磷酸、五碳糖、含氮碱基。DNA与RNA的不同点体现在两处，A错误；若为核糖，则可以是A、U、C、G，但是不可能是T(胸腺嘧啶)，B正确；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。3关于DNA双螺旋结构的特点，下列叙述错误的是()ADNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成B脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧C碱基对构成DNA的基本骨架D两条链之间的碱基配对方式为A与T配对，G与C配对CDNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链反向平行，形成规则的双螺旋结构，A项正确；脱氧
15、核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成DNA的基本骨架，B项正确，C项错误；两条链之间的碱基配对方式为A与T配对，G与C配对，D项正确。4已知一个DNA中有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤有600个，这个DNA中脱氧核苷酸数目和腺嘌呤的数目依次是()A2 000个和200个B2 000个和400个C 1 000个和400个 D1 000个和600个B一个脱氧核苷酸含有1个碱基，因此DNA分子中碱基数目与脱氧核苷酸数目相同。已知1个DNA分子中有1 000个碱基对，则这个DNA中含有2 000个脱氧核苷酸；双链DNA中，非互补配对的碱基之和占碱基总数的一半。已知一个DNA中有1 000个碱基对，其中鸟
16、嘌呤有600个，则这个DNA中腺嘌呤的数目为1 000600400个；故选B。5如图为DNA片段的结构图，请据图回答下列问题：(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：_、_。(3)从图中可以看出，DNA分子中的_和_交替连接排列在外侧，构成基本骨架。(4)连接碱基对的是_，碱基配对的方式如下：即_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_结构。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)图中表示的是一条脱氧核苷酸单链片段，而表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲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。答案(1)平面立体(或空间)(2)一条脱氧核苷酸单链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)反向平行规则的双螺旋