1、第2节DNA的结构课堂互动探究案课程标准概述DNA是由四种脱氧核苷酸构成，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了遗传信息搜集DNA结构模型建立过程的资料并进行讨论和交流制作DNA双螺旋结构模型素养达成 1了解科学家构建模型的研究历程，领悟模型建构在研究中的应用，体会持之以恒的科学精神。(社会责任) 2通过动手制作模型，培养观察能力，动手能力及空间想象能力等，形成结构与功能观。(科学探究)3理解并掌握DNA的结构特点，并掌握有关的计算规律。(科学思维)你知道冷泉港实验室吗？美国冷泉港实验室被誉为世界生命科学的圣地与分子生物学的摇篮，如今约有300位研究人员在冷泉
2、港实验室从事科研工作。曾任冷泉港实验室负责人的沃森是DNA双螺旋结构的发现者之一，诺贝尔奖得主。请思考：沃森发现的DNA双螺旋结构与图中的结构一样吗？探究点一DNA的结构【师问导学】一、DNA双螺旋结构模型的构建仔细阅读教材P4849沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的故事，探究下列问题：(1)沃森和克里克在构建模型的过程中，借鉴利用了他人的哪些经验和成果？(2)沃森和克里克在构建模型过程中，出现了哪些错误？二、如图是DNA片段的结构图，请据图思考下列问题：(1)DNA的基本单位是什么？四种基本单位的主要区别是什么？(2)写出图中数字的名称。(3)为什么“GC”含量越多的DNA越耐高温？(4
3、)乙比甲结构更稳定，为什么？(5)不同的DNA分子哪些方面会有所不同？(供选：脱氧核苷酸的数量、碱基种类、基本骨架、碱基对的排列顺序)(6)DNA中，每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗？(7)DNA中，互补链之间相邻两个脱氧核苷酸靠什么连接？【智涂笔记】利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构“三看法”判断DNA结构【师说核心】1DNA的结构(1)DNA单链：脱氧核苷酸分子连接成脱氧核苷酸链(如图)。(2)DNA双链：两条脱氧核苷酸单链以氢键相连形成(如图)。每个DNA片段中、之间的数量比为1:1:1，游离的磷酸基团有2个；一条核苷酸链中相邻两个核苷酸通过磷酸二酯键相连；连接双链
4、之间的化学键为碱基对之间的氢键；每个脱氧核糖(除两端外)连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接；在DNA的一条单链中相邻的碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连接；若碱基对数为n，则氢键数为2n3n；若已知A有m个，则氢键数为3nm。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。【针对检测】1在DNA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
5、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2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，则可以是胸腺嘧啶C在T2噬菌体中核苷酸共有8种D人体内的有5种，有2种3(等级考选做)下面关于DNA分子结构的叙述中，不正确的是()A每个DNA分子中通常都含有四种脱氧核苷酸BDNA分子的两条链反向平行CDNA两条链上的碱基以氢键相连，且A与T配对，G与C配对DDNA分子长链的每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基4(等级考选做，多选)下面为含有四种碱基的DNA的结构示意图，对该图的正确描述是()A有可能是碱基AB和相间排列，构成DNA分
6、子的基本骨架C中特有的元素分别是P、C和ND与有关的碱基对一定是AT探究点二制作DNA双螺旋结构模型及碱基比率的计算【师问导学】一、以下为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，请找出图中的错误有几处？分别是什么？二、结合DNA双螺旋结构模型的特点思考下列问题：1为什么DNA中嘌呤和嘧啶数量相等？2为什么“AT”或“GC”在整个双链上所占的比例与在每一条单链上所占的比例相等？3如果一条链上m，则其互补链上比值是多少？4DNA中共有4种类型的碱基对，若某个DNA具有n个碱基对，则该DNA可能有多少种排列方式？5运用碱基互补配对原则分析，在所有的双链DNA中，(AG)/(CT)的值相同吗？在DNA的一条
7、链中是否存在同样的规律？6DNA的两条链之间，哪些比例是相等的？哪些比例互为倒数？【智涂笔记】三步解决DNA中有关碱基比率的计算第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA碱基的比例，还是占DNA一条链上碱基的比例。第二步：画一个DNA模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。易错提醒：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。方法规律：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，
8、GC)。双链DNA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。【师说核心】1DNA双螺旋结构模型设计制作流程2碱基互补配对原则AT，GC，如图所示。3有关推论(1)规律一：一个双链DNA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，
9、整个双链DNA上的碱基总数为2m。因为A1T2、T1A2，则A1T1A2T2AT(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中该比值等于1。(4)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的特异性。(6)规律六：若b%，则%。(7)规律七：若已
10、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。4双链DNA中碱基数量关系的归纳(1)碱基互补配对原则的应用：在双链DNA中，四种碱基的比例和为1。(2)AT，CG，AGCTACGT总碱基数的1/2。(3)互补碱基之和的比值(AT):(CG)在已知链、互补链和整个DNA分子中相等；非互补碱基之和的比值如(AC):(TG)在已知链与互补链间互为倒数，在整个DNA分子中该比值为1。(4)在一个双链DNA中，某种碱基的比例等于其在每条链上所占比例的平均值。【针对检测】1某研究小组用如图所示的6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物
11、、碱基对之间(代表氢键)的连接物若干，成功搭建了一个完整的DNA模型，模型中有4个T和6个G。下列有关说法正确的是()A碱基对之间(代表氢键)的链接物有24个B代表胞嘧啶的卡片有4个C脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个D理论上能搭建出410种不同的DNA模型2某双链DNA一条链上(AT)/(GC)的值为0.3，则在整个DNA中A:T:G:C为()A1:1:1:1 B2:2:3:3C3:3:10:10 D10:10:3:33甲生物核酸的碱基组成为嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遗传物质的碱基组成为嘌呤占34%、嘧啶占66%，则甲、乙生物可能是()A发菜、变形虫B玉米、T2噬菌体C硝化细菌、绵羊
12、D乳酸菌、SARS病毒4(等级考选做，多选)下列有关DNA的一条单链与其所在DNA中、一条单链与其互补链中碱基数目比值的关系图，正确的是()【网络建构】【主干落实】1DNA的双螺旋结构(1)两条链反向平行。(2)脱氧核糖和磷酸交替连接，排列于外侧，构成基本骨架。(3)碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。2双链DNA中，嘌呤碱基数嘧啶碱基数，即AGTC。3互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA中都相等。4在DNA中，含GC碱基对越多的DNA相对越稳定。5非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，而在整个DNA中比值为1。1在双链DNA中，与腺嘌呤配对的碱基是()A胸腺嘧啶B胞嘧啶
13、C尿嘧啶 D鸟嘌呤2下列有关DNA结构的叙述，正确的是()A基本组成单位是核糖核苷酸B磷酸和五碳糖排列在内侧C碱基对构成DNA的基本骨架D具有规则的双螺旋结构31953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于()证明DNA是遗传物质确定DNA是染色体的组成成分发现DNA如何存储遗传信息解释A、T、G、C的数量关系A BC D4如图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“”代表磷酸)，下列为几位同学对此图的评价，叙述正确的是()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
14、说：“如果他画的是RNA双链，则该图应是正确的”5假设一个DNA片段中，碱基T共312个，占全部碱基的26%，则此DNA片段中碱基G所占百分比和数目分别是()A26%,312个 B24%,288个C24%,298个 D12%,144个教材第48页【问题探讨】提示：本节的问题探讨主要是培养收集资料、讨论交流的能力。教材第4849页【思考讨论】1(1)两条链。DNA的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成基本骨架。(3)腺嘌呤(A)一定与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)一定与胞嘧啶(C)配对。碱基排列在内侧。2提示：要善于利用他人的研究成果和经验
15、；要善于与他人交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；对所从事的研究要有兴趣和激情等。教材第51页【探究实践】1提示：DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基千变万化的排列顺序使DNA储存了大量的遗传信息。2答案合理即可。3开放性试题，答案合理即可。教材第52页【练习与应用】一、概念检测1(1)DNA链不一定都含A、T、G、C四种碱基。(2)一个双链DNA中，AT，GC，故(AG)/(TC)1。2胞嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤胸腺嘧啶脱氧核糖磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸碱基对氢键一条脱氧核苷酸链的片段3C该DNA片段所含全部碱基数(即)。由该DNA片段含有4种碱基可知，b肯定
16、小于0.5；又因为双链DNA中，任意两种不互补碱基之和等于碱基总数的一半，所以胞嘧啶数1/2(碱基总数腺嘌呤数胸腺嘧啶数)a(1/2b1)个。4CDNA的两条单链方向相反，且碱基互补配对。二、拓展应用提示：碱基互补配对是DNA的结构基础，同时能够保证遗传信息传递的准确性。第2节DNA的结构互动探究智涂探究点一【师问导学】一、(1)提示：当时科学界已发现的证据；英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的X射线衍射图谱；奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果，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。(2)提示：将碱基置于螺旋外部。以相同碱基进行配对连接双链。二、
17、(1)提示：脱氧核苷酸；碱基种类不同。(2)提示：1：碱基对；2：脱氧核苷酸链；3：脱氧核糖；4：磷酸；5：腺嘌呤脱氧核苷酸；6：腺嘌呤；7：氢键。(3)提示：GC之间的氢键数量是3个，而AT之间的氢键数量是2个，所以含“GC”越多则结构越稳定，越不容易被高温破坏。(4)提示：甲所示的是平面结构，乙是双螺旋结构，螺旋化使DNA分子的结构更稳定。(5)提示：脱氧核苷酸的数量和碱基对的排列顺序。(6)提示：DNA中，每个脱氧核糖均连一个碱基；而除3端的脱氧核糖只连一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连两个磷酸。(7)提示：互补链配对的两脱氧核苷酸之间靠氢键相连。【针对检测】1解析：在DNA的一条单链中
18、，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。答案：B2解析：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，不可能是T(胸腺嘧啶)，B错误；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种五碳糖，5种碱基，D正确。答案：D3解析：DNA分子长链结束部位的脱氧核糖上连接着一个磷酸和一个碱基，其他脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基，D错误。答案：D4解析：该DNA含有四种碱基，且A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，因此与有
19、关的碱基对一定是AT，与有关的碱基对一定是GC，但无法确定具体是哪一种碱基。DNA的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的，应为图中的。中特有的元素是P，中特有的元素是N，而C并不是所特有的，中也含有C。答案：BD探究点二【师问导学】一、提示：4处；核糖应是脱氧核糖、碱基U应为T、磷酸二酯键连接位置及C、G间氢键数错误。二、1提示：碱基互补配对原则中，A总是和T配对，G总是和C配对，所以AT，GC，AGCT。2提示：设在双链DNA中的一条链上A1T1n%，因为A1T2，T1A2，所以另一条链上：T2A2n%，整个DNA中：ATn%。3提示：双链DNA的一条链上：m，因为m，所以互补链上。4提
20、示：4n。5提示：相同。在双链DNA中，由于AT，GC，所以嘌呤数等于嘧啶数，即AGTC，可得(AG)/(TC)1，因此双链DNA中(AG)/(TC)的值相同。在单链DNA中不存在同样的规律，因为A与T，G与C不一定相等。6提示：能配对的两个碱基之和所占的比例，即(AT)或(GC)在每条链上占的比例。或在互补链上的比值互为倒数。【针对检测】1解析：DNA中A与T配对，它们之间有2个氢键；G与C配对，它们之间有3个氢键，则碱基对之间(代表氢键)的连接物有426326个，A错误。由于DNA中GC，模型中有6个G，因此代表胞嘧啶(C)的卡片有6个，B错误。该DNA片段中，脱氧核苷酸数脱氧核糖数磷酸数
21、碱基数20，除每条链3端的脱氧核糖需要1个该连接物外，其他的脱氧核糖需要2个该连接物，故该DNA片段需要的脱氧核糖和磷酸之间的连接物有202238个，C正确。该DNA片段在各种碱基比例不确定的情况下，碱基排列方式共有4n410种(n为碱基对数)，而该DNA碱基比例已确定，因此理论上能搭建出的DNA模型种类数少于410种，D错误。答案：C2解析：某双链DNA一条链上(AT)/(GC)的值为0.3，则另一条链上(AT)/(GC)的值也为0.3。又因AT、CG，故在整个DNA中A:T:G:C3:3:10:10，C正确。答案：C3解析：甲生物核酸的碱基组成中嘌呤数不等于嘧啶数，可能是含有DNA和RNA
22、，也可能是只含有RNA一种核酸；乙生物遗传物质的碱基组成中嘌呤数不等于嘧啶数，说明只含有RNA，而上述答案中，只有D中SARS病毒的遗传物质是RNA。答案：D4解析：双链DNA中，(AC)/(TG)一定等于1，故A正确；在DNA中，存在(A1T1)/(G1C1)(A2T2)/(G2C2)(AT)/(GC)，故B、D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错误。答案：ABD归纳提升素养【网络建构】双螺旋反向平行交替连接互补配对当堂即时反馈1解析：腺嘌呤是碱基A，与之配对的是胸腺嘧啶T。答案：A2解析：DNA的基本
23、组成单位是脱氧核苷酸，A错误；磷酸和五碳糖交替连接排列在外侧，碱基对排列在内侧，B错误；DNA的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接形成的，C错误；DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成，形成规则的双螺旋结构，D正确。答案：D3解析：在沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型之前，就已经明确了染色体的组成成分；艾弗里等人通过大量的生物实验证明DNA是遗传物质，错误。答案：D4解析：DNA中含有的五碳糖应为脱氧核糖，而不是核糖；DNA中不含碱基U，含碱基T；C和G间的氢键应为3个；一条单链上两个相邻脱氧核苷酸之间的连接方式不正确，应是一个脱氧核苷酸的脱氧核糖与另一个脱氧核苷酸的磷酸连接。答案：C5解析：DNA中，GTCA各占50%，所以T26%，G24%，G的数目设x，x288，B正确。答案：B
