高中生物第2节 DNA的结构导学案

第2节　DNA的结构

基础知识·双基夯实

一、DNA双螺旋结构模型的构建

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：

二、DNA的结构

1．DNA的结构层次：

(1)基本组成元素：__C、H、O、N、P__。

(2)组成物质：

①__磷酸基团__，②__脱氧核糖__，③__含氮碱基__。

(3)基本组成单位：④__脱氧核糖核苷酸__，共__4__种。

(4)整体结构：由__2__条长链反向平行按__双螺旋__方式盘旋而成。

2．DNA的结构特点：

(1)基本骨架：由__脱氧核糖__和__磷酸__交替连接组成。

(2)内侧：碱基之间通过__氢键__连接，且遵循__碱基互补配对__原则。根据此原则写出各序号代表的碱基种类。

⑤：__A__　⑥：__G__　⑦：__C__　⑧：__T__

〔活学巧练〕

判断下列叙述的正误

(1)DNA的两条核糖核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构。(　×　)

(2)A＋T/G＋C的比值在不同DNA分子中是不同的。(　√　)

(3)DNA分子初步水解的产物有4种，彻底水解的产物有5种。(　×　)

(4)根据DNA分子中碱基互补配对原则可知：A＝U，G＝C。(　×　)

(5)DNA分子中G—C碱基对含量越高，DNA分子越稳定。(　√　)

(6)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。(　×　)

〔思考〕

1．每个DNA片段中，游离的磷酸基团数是多少？磷酸数︰脱氧核糖数︰含氮碱基数是多少？

提示：2个；1︰1︰1。

2．为什么DNA分子中G与C碱基所占的比例越高，DNA分子结构的稳定性越强？

提示：G与C之间有三个氢键，而A与T之间只有两个氢键。因此G与C所占比例越大，氢键数目越多，DNA分子的稳定性越强。

〔学霸记忆〕

1．DNA双螺旋结构的主要特点：①两条脱氧核苷酸链反向平行；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分子中，嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数，即A＋G＝T＋C。

3．互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA分子中都相等。

课内探究·名师点睛

知识点　DNA的结构及特点

要点归纳　

1．DNA的结构层次

[巧学助记]　DNA结构的“五、四、三、二、一”

2．DNA的结构及特点

(1)由图1得到以下信息：

①数量关系

②位置关系

③化学键

④DNA初步水解的产物是脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。

(2)图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，③是氢键。

典例剖析　

典例1　(2020·苏州期中)DNA分子具有双螺旋结构，下列有关叙述错误的是(　D　)

A．双螺旋结构由科学家沃森和克里克提出

B．两条链反向平行

C．脱氧核糖和磷酸交替排列构成基本骨架

D．碱基间通过肽键构成碱基对

[解析]　DNA分子双螺旋结构由科学家沃森和克里克提出，A正确；DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的，B正确；DNA分子中，脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，排列在外侧，碱基在内侧，C正确；碱基间通过氢键构成碱基对，D错误。

┃┃变式训练1__■

下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是(　D　)

A．每个DNA分子都是以四种脱氧核苷酸为基本单位连接而成的单链结构

B．DNA分子中的每个磷酸均连接着两个脱氧核糖和一个碱基

C．DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连

D．双链DNA分子的两条链之间总是嘌呤和嘧啶形成碱基对

[解析]　每个DNA分子都是以四种脱氧核苷酸为基本单位连接而成的，一般为双链结构，A错误；DNA分子中的大多数磷酸基团连接着两个脱氧核糖，只有每条链有一个末端的磷酸基团只连接一个脱氧核糖，B错误；DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，C错误；双链DNA分子的两条链之间总是嘌呤和嘧啶形成碱基对，D正确。

知识点　制作DNA双螺旋结构模型

要点归纳　

1．制作原理

DNA分子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；DNA分子中的磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧；两条链的碱基之间依据碱基互补配对原则通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。

2．材料用具

曲别针、泡沫塑料、纸片、牙签、橡皮泥等常用物品都可用做模型制作的材料。

3．模型设计制作过程

4．注意事项

(1)制作模型时应按结构层次从小到大、从简单到复杂的顺序依次完成。在选择、修剪各部件时，应注意各部件的大小比例。

(2)制作含氮碱基时应保证腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的接口吻合，鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的接口吻合，且四种碱基的形状应具有差异性，同时两种配对模型的长度应相等，以保证DNA两条平行链之间各处的距离都相等。

(3)两条互补链所包含的脱氧核苷酸个数应相等且互相对应，整体上两条链的走向应保证相反。

典例剖析　

典例2　(2020·江西师大附中考试)用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是(　B　)

A．最多可构建4种脱氧核苷酸，5个碱基对

B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键

C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连

D．一条链上相邻的碱基通过氢键相连

[解析]　根据表格数据可知，代表脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的卡片数分别都是10，所以最多可构建10个脱氧核苷酸，根据碱基种类可推知最多构建4种脱氧核苷酸，4个碱基对；构成的双链DNA片段中可含2个A—T碱基对和2个G—C碱基对，故最多可含有氢键数＝2×2＋2×3＝10(个)；DNA分子结构中，与脱氧核糖直接连接的一般是2个磷酸，但最末端的脱氧核糖只连接1个磷酸；一条链上相邻的碱基不通过氢键相连。

┃┃变式训练2__■

(2020·河南郑州模拟)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、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(　C　)

A．碱基对之间(代表氢键)的连接物有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

[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4×2＋6×3＝26个，A错误。由于DNA中G＝C，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＝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20×2－2＝38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4n＝410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。

指点迷津·拨云见日

双链DNA分子中碱基互补配对的相关计算

1．双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T、C＝G，且嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。

2．双链DNA分子中，任意两个不互补的碱基之和恒等，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G；并且任意两个不互补的碱基之和占碱基总量的50%，即(A＋C)%＝(T＋G)%＝50%(A＋T＋C＋G)。

3．双链DNA分子中，任意两个不互补碱基之和的比值：一条链与互补链互为倒数，双链中为1。即：

4．双链DNA分子中，任意两个互补碱基之和的比值：一条链与互补链以及双链中皆相等。即

5．某种碱基在双链中所占的比例等于其在每一条链中所占比例的平均值。

6．不同生物的DNA分子中，互补配对的碱基之和的比值不同，即(A＋T)/(C＋G)的值不同。

知识贴士

区分核酸种类的方法

(1)若含T，A≠T或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA。因为双链DNA分子中A＝T、G＝C，嘌呤(A＋G)＝嘧啶(T＋C)。

(2)若嘌呤≠嘧啶，肯定不是双链DNA(可能为单链DNA，也可能为RNA)。但若是细胞中所有核酸的嘌呤≠嘧啶，则可能既有双链DNA又有RNA。

典例3　某DNA分子中，胞嘧啶与鸟嘌呤共占碱基总量的46%，其中一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的28%，则另一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的比例为(　B　)

A．46%　　 B．26%　　

C．54%　　 D．24%

[解析]　根据题意画图，如图所示：

解题思路一：根据碱基互补配对原则，列出：

(GH＋CH)%＝(GL＋CL)%＝总(G＋C)%，故GL＋CL＝46%。

同理，(AH＋TH)%＝(AL＋TL)%＝总(A＋T)%，AL＋TL＝54%，AH＝TL＝28%，故AL＝54%－28%＝26%。

解题思路二：假设这段DNA共包含100对碱基，则H链和L链各有100个碱基，根据题意：

G＋C＝46%，即G＋C＝200×46%＝92个。

则A＋T＝108个，A＝T＝54个。

又已知：AH＝28%，即AH＝28个，则AL＝A－AH＝26个，所以AL＝26/100×100%＝26%。

知识贴士

DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤

解答DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行：

(1)弄清楚题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。

(2)画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。

(3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。

教材问题·解疑答惑

问题探讨☞P48

提示：本节的问题探讨主要是培养学生收集资料、讨论交流的能力。

思考·讨论☞P48

1．(1)提示：两条链，按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

(2)提示：DNA的基本骨架是脱氧核糖和磷酸交替连接构成的，位于DNA双螺旋结构的外侧。

(3)提示：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。碱基对排列在DNA双螺旋结构的内侧。

2．提示：要善于利用他人的研究成果和经验；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；研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。

探究·实践☞P51

1．提示：DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。碱基对千变万化的排列顺序使DNA储存了大量的遗传信息。

2．提示：(1)靠DNA分子碱基对之间的氢键将两条链连在一起；(2)在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。

3．提示：DNA分子的复制方式为半保留复制。

练习与应用☞P52

一、概念检测

1．(1)×　DNA由于碱基互补配对，两条单链碱基数量相等。但不一定每条单链都有A、T、C、G四种碱基。

(2)√　DNA由于碱基互补配对，在DNA双链结构中(A＋G)/(T＋C)＝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

3．C　由DNA的结构特点可知，在双链DNA分子中A＝T，G＝C。由题意可知，该DNA分子含有4种碱基，腺嘌呤的比例是b，因此胸腺嘧啶的比例也是b，b<0.5，A、B错误；由题意可知，腺嘌呤a个，占该区段全部碱基的比例为b，所以该DNA分子的碱基总数是a/b，因此胞嘧啶C＝(a/b－2a)×1/2＝a(1/2b－1)个，C正确。

4．C　按照碱基互补配对原则，A与T，C与G配对，及DNA双链反向平行，即可得出互补链的方向与序列。

二、拓展应用

提示：碱基互补配对保证了遗传信息的传递能够准确进行。