1、第2节DNA分子的结构学习目标1.概述科学家构建DNA模型的研究历程。2.概述DNA分子双螺旋结构模型的特点。(重点)3.依据DNA分子的结构特点，分析并掌握DNA分子结构的相关计算。(重、难点)知识点1DNA双螺旋结构模型的构建请仔细阅读教材第4748页，完成下面的问题。1构建者美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。2构建过程知识点2DNA分子的结构请仔细阅读教材第49页，完成下面的问题。1组成元素：C、H、O、N、P。2基本单位：脱氧核苷酸(4种)。(1)组成：每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基构成，共有四种碱基，分别为A腺嘌呤、T胸腺嘧啶、G鸟嘌呤、C胞嘧啶。(2
2、)结构简式3平面结构：两条长链。许多脱氧核苷酸脱水缩合成脱氧核苷酸长链。4空间结构：双螺旋结构。结构特点：(1)DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基配对的规律是：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。知识点3制作DNA双螺旋结构模型及有关计算规律请仔细阅读教材第50页，完成下面的问题。1制作DNA双螺旋结构模型(1)组装“脱氧核苷酸模型”：利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装
3、成若干个脱氧核苷酸。(2)制作“多核苷酸长链模型”：将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相等，碱基之间能够互补配对。(3)制作DNA分子平面结构模型：按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。(4)制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型：把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。2下图为一个DNA的结构示意图，由两条链组成分析上图可得出以下规律：(1)互补的两个碱基数量相等，即AT，CG。(2)DNA分子中，两个不互补的碱基之和比值相等，并为碱基总数的1/2，即(AG)/(AGTC
4、)(TC)/(AGTC)(AC)/(AGTC)(TG)/(AGTC)。(3)一条链中互补的两碱基的和占该单链的比等于DNA分子双链中这两种碱基的和占碱基总数的比例，即，。(4)若一条链中(A1G1)/(T1C1)K，则另一条链中(A2G2)/(T2C2)。(5)不同DNA，的值不同。要点一DNA双螺旋结构的构建历程1.构建历程2物理模型构建分析模型构建是自然科学研究中的一种常用的方法。当研究对象难以直接操作或研究时，可以考虑模型构建。该方法用模型来模拟研究对象，被模拟的对象称作原型。模型的构建是否正确还需要通过与原型的比较来确定。沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构的物理模型最终被认可，就是因为
5、这一物理模型与原型DNA晶体的X射线衍射图谱相符，并能解释DNA作为遗传物质所具备的多种功能。因此，物理模型是以实物或图片或其他形象化的手段直观地表达认识对象的特征，是有人为加工的因素在里面的。【典例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的量解析在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
6、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DNA分子的双螺旋结构模型，B正确，C、D错误。答案B针对训练11953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如何存储遗传信息为DNA复制机制的阐明奠定基础A B C D解析沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型的基础上，提出了DNA分子的(半保留)复制机制；DNA双螺旋结构模型的构建使人们认识到DNA通过碱基对的排列顺序来存储遗传信息，正确。答案D要点二DNA分子的结构及特点下面是DNA分子的两
7、种模型，根据模型图分析DNA的结构1磷酸二酯键的形成(1)每条链中，脱氧核苷酸分子之间的连接如图所示。(2)在脱氧核苷酸聚合形成脱氧核苷酸长链的过程中会产生水。2由图1得到以下信息3图2是图1的简化形式，其中是磷酸二酯键，是氢键。4DNA分子的特性(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：不同DNA分子中脱氧核苷酸的数量不同，排列顺序多种多样。n个碱基对构成的DNA分子中，排列顺序有2n种。(3)特异性：每种DNA都有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。【典例2】如下图是4位同学拼制的DNA分子部分平面结构模型，正确的是()解析脱氧
8、核苷酸之间的连接方式是一个脱氧核苷酸的磷酸和另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖连接，A、B错误；磷酸分别与两个脱氧核糖的5号、3号碳原子相连，C正确，D错误。答案C针对训练2下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是()ADNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构BDNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基CDNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对DDNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连解析DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构；DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连；DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连
9、。答案C要点三与碱基互补配对原则有关的计算及其推论1.碱基互补配对原则AT，GC，如图所示。2有关推论(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”。特别提醒一个双链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，且等于其转录形成的mRNA中AU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D
10、NA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”。特别提醒在整个DNA分子中的值等于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分子中的的值是相等的。特别提醒综合规律三、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。【典例3】一
11、条双链DNA分子，G和C占全部碱基的44%，其中一条链的碱基中，26%是A,20%是C，那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的百分比是()A28%和22% B30%和24%C26%和20% D24%和30%解析由44%推出44%，又因为A126%，C120%，推出G144%20%24%，T1144%26%30%，则A2T130%，C2G124%。答案B针对训练3DNA的一条单链中(AG)/(TC)0.4。上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为()A0.4、0.6 B2.5、1.0C0.4、0.4 D0.6、1.0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(AG
12、)/(TC)的值为1.0。在双链DNA分子中，一条链上的(AG)/(TC)与另一条链上(AG)/(TC)的值互为倒数，因而互补链中(AG)/(TC)2.5。答案B课堂归纳小结网络构建自我校对：反向平行磷酸脱氧核糖互补配对拓展阅读遗传因子本质的发现历程19世纪，孟德尔提出了遗传因子的概念。1909年，摩尔根做的果蝇实验证明了基因在染色体上(此时的人们还不知道基因到底是怎样一种物质)。1928年，格里菲思以小鼠为实验材料做了肺炎双球菌转化实验，提出了“转化因子”的概念。1944年，艾弗里通过著名的肺炎双球菌体外转化实验，证明了遗传物质是DNA(但是仍有相当一部分人不相信DNA是遗传物质)。1952
13、年，赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌实验，进一步证明了DNA是遗传物质。在探索基因的漫漫之路上，孟德尔、摩尔根、艾弗里的工作，是通往1953年发现DNA双螺旋结构之路上三个最重要里程碑。1953年，沃森与克里克构建了DNA的双螺旋结构模型，标志着分子生物学的真正诞生，生命科学的历史由此开始了一个新的时代。20世纪90年代，人类基因组计划正式启动，截至2003年，人类基因组的测序任务已顺利完成。测序结果表明，人类基因组大约由31.6亿个碱基对组成，已发现的基因约为2.0万2.5万个。碱基对和基因的关系是怎么样的？基因的本质又是什么？提示：基因含多对碱基对；基因本质是DNA。 学业水平合格测试1如图
14、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：“如果他画的是RNA双链，则该图应是正确的”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，而含碱基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C2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
15、氢键B脱氧核糖磷酸脱氧核糖C肽键D磷酸脱氧核糖磷酸解析DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，1分子脱氧核苷酸由1分子磷酸、1分子含氮碱基和1分子脱氧核糖组成，其连接方式如图所示，含氮碱基连接在脱氧核糖的1号碳原子上，因此DNA单链中，相邻碱基应通过两个脱氧核糖和一个磷酸连接。答案B3某DNA分子中含有腺嘌呤的分子数为15%，含胸腺嘧啶的碱基所占的比例为()A15% B35% C70% D85%解析由DNA分子的碱基互补配对原则可知，双链DNA中，AT，GC，所以胸腺嘧啶的分子数等于腺嘌呤的分子数，为15%。答案A学业水平等级测试4在“DNA分子双螺旋模型搭建实验”中，为了逼真起见，用一种长度的
16、塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，并且使用代表氢键的订书钉将代表四种碱基的塑料片连为一体。现已搭建一段含有10个碱基对的DNA分子片段，其中有3对是A与T碱基对，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型的粗细和所用钉子数分别是()A粗细相同，27个钉 B粗细相同，23个钉C粗细不同，23个钉 D粗细不同，27个钉解析分析题意可知，因为嘌呤必定与嘧啶互补，所以搭建而成的DNA双螺旋的整条模型粗细相同；A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，该DNA片段含有10个碱基对，其中有3对是A与T碱基对，则氢键数32(103)327(个)，A正确。答案A5由60个碱基组成的DNA，最多能
17、形成约多少种不同DNA分子()A230 B430 C604 D304解析含有60个碱基的DNA，只有30个碱基对，所以碱基排列方式有430种，即最多能形成约430种不同DNA分子，B正确。答案B课后作业(十一) 学业水平合格练1下列哪项不是沃森和克里克构建过的模型()A碱基在外侧的双螺旋结构模型B同种碱基配对的三螺旋结构模型C碱基在外侧的三螺旋结构模型D碱基互补配对的双螺旋结构模型解析沃森和克里克最先提出了碱基在外侧的双螺旋和三螺旋结构模型，后来又提出了碱基在内侧的双螺旋结构模型，并且同种碱基配对，最后提出了碱基互补配对的双螺旋结构模型。答案B2有关DNA分子结构的叙述，正确的是()ADNA分
18、子由4种核糖核苷酸组成BDNA单链上相邻碱基以氢键连接C碱基与磷酸相连接D磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架答案D3某基因含有腺嘌呤的分子数为15%，含胞嘧啶的分子数为()A15% B35% C70% D85%解析DNA分子中，任意两个不互补的碱基之和占碱基总数的50%，即AC50%，A15%，所以C35%。答案B4下列能正确表示DNA片段的示意图的是()解析DNA中存在T，不存在U，可排除A选项；DNA分子的两条链是反向平行的，而不是B选项中同向的(依据两条链中脱氧核糖分析)；A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，可排除C选项。答案D5有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它
19、的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成应是()A三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶B两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶C两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶D两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶解析根据碱基互补配对原则可知，另一个碱基为T，两个脱氧核苷酸含有两个磷酸和两个脱氧核糖。答案C6下面对DNA结构的叙述中，错误的一项是()ADNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧BDNA分子中的两条链反向平行CDNA分子中只有4种碱基，所以实际上只能构成44种DNADDNA分子中碱基之间一一对应配对的关系是碱基互补配对原则解析DNA分子中，脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在DNA外侧，共同构成DNA
20、分子的基本骨架。DNA分子的多样性取决于碱基的种类、数量及排列顺序。答案C7下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是()A每个DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸B一个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的C每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基D双链DNA分子中的一段，如果有40个腺嘌呤，就一定同时含有40个胸腺嘧啶解析在DNA分子长链中间的每个脱氧核糖均连接一个碱基和两个磷酸基团，两端的脱氧核糖只连接一个碱基和一个磷酸基团。答案C8制作DNA分子的双螺旋结构模型时，发现制成的DNA分子的平面结构很像一架“梯子”，那么组成这架“梯子”的“扶手”、“扶手”之间的“阶梯”、连
21、接“阶梯”的化学键以及遵循的原则依次是()磷酸和脱氧核糖氢键碱基对碱基互补配对A BC D解析“扶手”代表DNA的骨架，即磷酸和脱氧核糖交替连接形成的长链，排列在内侧的碱基对相当于“阶梯”，连接“阶梯”的化学键是氢键，碱基间遵循碱基互补配对原则。答案B9对DNA分子的碱基进行数量分析，可以通过检测其中某种碱基的数目及其比例来推断其他碱基数目及其比例。假如检测某DNA分子得知碱基A的数目为x，其比例为y，以下推断正确的是()A碱基总数量为x/yB碱基C的数目为x(0.5y1)C嘌呤数与嘧啶数之比为x/(1y)D碱基G的比例为(1y)/2解析根据题意知，Ax，则Tx，它们所占比例均为y，则碱基总数
22、量为x/y；CGx/yATx/y2x，则CGx；嘌呤数与嘧啶数之比为1；碱基G的比例为(12y)/2。答案A学业水平等级练10下列从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是()A碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子中基因的多样性B碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个基因的特异性C一个含2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41000种D人体内控制珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种解析珠蛋白基因碱基对的排列顺序，是珠蛋白所特有的。任意改变碱基的排列顺序后，合成的就不一定是珠蛋白。答案D11现有一待测核酸样品，经检测后，对
23、碱基个数统计和计算得到下列结果：(AT)(GC)(AG)(TC)1。根据此结果，该样品()A无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸B可被确定为双链DNAC无法被确定是单链DNA还是双链DNAD可被确定为单链DNA解析由于核酸样品检测得到碱基A、T、C、G，所以该核酸一定是DNA，而不是RNA；据题意可知四种碱基相等，即ATGC，无法确定是单链DNA还是双链DNA。答案C12下列关于DNA分子结构的叙述中，正确的是()DNA分子中，碱基种类均有4种在双链DNA的一条核苷酸链中AT相连的脱氧核糖和碱基，能够和上下相连的任一磷酸基团组成脱氧核苷酸单位双链脱氧核苷酸之间由磷酸和脱氧核糖相连接A BC D
24、解析DNA分子都含有四种碱基；DNA双链中互补的碱基数量相等，但一条链中A不一定等于T；脱氧核糖和碱基组成核苷，核苷要连接磷酸基团才能组成脱氧核苷酸单位；“单位”之间由磷酸和脱氧核糖之间形成的磷酸二酯键相连接，而两链之间靠氢键相连。答案B13已知多数生物的DNA是双链的，但也有个别生物的DNA是单链的。有人从两种生物中提取出DNA，分析它们的碱基比例如下，请据表分析下列问题：生物ATCG甲25331921乙31311919(1)从生物_的碱基比例来看，它的DNA分子的结构应为_链，是极少数病毒具有的。(2)从生物_的碱基比例来看，它代表着大多数生物种类DNA分子的结构，其碱基构成特点为_。(3
25、)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%的样品解析双链DNA分子的两条链之间由氢键相连，碱基之间遵循碱基互补配对原则，即AT，GC，若AT，GC，则说明该DNA分子不是双链，而是单链。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和C含量多的生物，稳定性大于G与C含量少的生物。答案(1)甲单(2)乙AT，GC(3)B14如下图14是DNA双螺旋结构模型的建构过程，据图回答下列相关问题：(1)图
26、1中的物质1是构成DNA的基本单位，与RNA的基本单位相比，两者成分方面的差别是_。(2)图3中的氢键用于连接两条脱氧核苷酸链，DNA分子中_(填“GC”或“AT”)碱基对越多，DNA耐高温的能力越强。(3)一般来说，RNA病毒比DNA病毒更容易发生变异，请结合图4和有关RNA的结构说明其原因：_。(4)图4所示的DNA分子片段中，游离的磷酸基团有_个。若图4的DNA分子中碱基G有x个，占该DNA分子碱基总数的比例是y，则该DNA分子的碱基之间的氢键数目是_。解析(1)DNA与RNA相比，成分方面的主要区别是DNA中的五碳糖是脱氧核糖，特有的碱基是T，而RNA的基本单位中的五碳糖是核糖，特有的
27、碱基是U。(2)C与G之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，DNA分子中氢键越多，DNA分子越稳定。(3)一般来说，RNA是单链结构，DNA分子是双螺旋结构，因此DNA分子稳定性较强，单链RNA更容易发生变异。(4)由于每条DNA单链中含有1个游离的磷酸基团，故图中DNA分子片段中，游离的磷酸基团有2个。该DNA分子中碱基G的数目为x，占碱基总数的比例为y，则该DNA分子的碱基总数为，由于G与C之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，因此DNA分子的碱基之间的氢键数目是3x2x。答案(1)物质1中的五碳糖是脱氧核糖，特有的碱基是T；而RNA的基本单位中的五碳糖是核糖，特有的碱基是U(2)GC(3
28、)DNA的双螺旋结构较RNA单链结构更稳定(4)2x应用创新综合练15下面图甲是用DNA测序仪测出的某DNA片段上一条脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(TGCGTATTGG)，请回答下列问题：(1)据图甲推测，此DNA片段上的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是_个。(2)根据图甲中脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序，推测图乙中显示的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为_(从上往下)。(3)图甲所显示的DNA片段与图乙所显示的DNA片段中的(AG)/(TC)总是为_，由此证明DNA分子中碱基的数量关系是_。图甲中的DNA片段与图乙中的DNA片段中的A/G分别为_、_，由此说明了DNA分子具有特异性。解析(1)图甲中显示的一条链上鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是4个，胞嘧啶脱氧核苷酸的数量是1个，根据碱基互补配对原则，其互补链上还有1个鸟嘌呤脱氧核苷酸。(2)看清楚图甲中各列所示的碱基种类是读出图乙中脱氧核苷酸链碱基序列的关键。(3)在双链DNA分子中，因为碱基互补配对，所以嘌呤数等于嘧啶数；不同的DNA分子中(AT)/(GC)、A/G、T/C是不同的，体现了DNA分子的特异性。答案(1)5(2)CCAGTGCGCC(3)1嘌呤数等于嘧啶数1/11/4