苏教版（2019）高中生物： 必修2 第2章 第2节 第1课时 DNA分子的结构 学案 （Word版含解析）

第二节　DNA分子的结构和复制

第1课时　DNA分子的结构

一、沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜

1．20世纪30年代后期，瑞典科学家证明了DNA分子是不对称的。

2．20世纪40年代后期，科学家又用电子显微镜观察，并通过计算得出DNA分子的直径约为2 nm。

3．1951年，奥地利科学家查哥夫(E.Chargaff,1905—2002)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。

4．1952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2－2－1)。她通过解析，推断DNA分子可能由两条链组成。

5．1953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)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2－2－4)。

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“√”，错误的打“×”)

1．DNA彻底水解的产物是四种脱氧核苷酸。 (　　)

2．DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过氢键相连。 (　　)

3．DNA分子中G、C碱基的比例越高，分子结构的稳定性越高。 (　　)

4．DNA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(A＋G)/(T＋C)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。

3．√　4.√

5．×　提示：双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1，不存在特异性。

6．×　提示：双链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

1．DNA的结构

(1)数量关系

①游离磷酸基团：每个DNA片段有2个。

②氢键：A—T之间有2个，G—C之间有3个。

③脱氧核糖数＝磷酸数＝含氮碱基数。

(2)位置关系

①单链中：相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。

②双链间：相邻碱基通过氢键相连。

(3)化学键

①氢键：连接互补链中配对的碱基。

②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。  

2．DNA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。

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DNA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

B．DNA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

D．DNA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

A－T，G－C，如图所示。

2．有关推论

(1)规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，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，A＋T与C＋G不一定相等，而且一般都不相等。

(2)规律二：在双链DNA分子中，A＋T或C＋G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A＋T或C＋G所占的比例。

由图知：A1＋T1＋G1＋C1＝m，A2＋T2＋G2＋C2＝m，整个双链DNA上的碱基总数为2m。

因为A1＝T2、T1＝A2，则A1＋T1＝A2＋T2，A＋T＝(A1＋T1)＋(A2＋T2)，＝＝

(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)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(A＋T)/(C＋G)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，(A＋C)/(T＋G)一定等于1，故A项正确；在DNA分子中，存在(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)，故B、D项正确；当一条链中存在(A1＋C1)/(T1＋G1)＝1时，其互补链中存在(A2＋C2)/(T2＋G2)＝(T1＋G1)/(A1＋C1)＝1，C项错误。]

2．某双链DNA分子中A＋T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(　　)

A．41%　　　B．38%　　　C．28%　　　D．21%

A　[在整个DNA分子中，A＋T＝38%，则G＋C＝62%。在a链上G＋C＝62%，由G＝21%，推知C＝62%－21%＝41%。根据碱基互补配对原则可知，在b链上G＝41%。]

　关于碱基含量计算的“两点两法”

(1)“两点”为两个基本点

①A与T配对，G与C配对(A＝T，G＝C)。

②双链DNA分子中，嘌呤总数＝嘧啶总数＝1/2碱基总数(A＋G＝T＋C)。

(2)“两法”为双链法和设定系数法

①用两条直线表示DNA分子的双链结构即双链法。

②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]

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(　　)

A．DNA与RNA的不同点只体现在②处

B．若②为核糖，则③不可能是胸腺嘧啶

C．在T2噬菌体中核苷酸共有8种

D．人体内的③有5种，②有2种

BD　[图中①②③分别是磷酸、五碳糖、含氮碱基。DNA与RNA的不同点体现在②③两处，A错误；若②为核糖，则③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(　　)

A．DNA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

C　[DNA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(　　)

A．2 000个和200个　 B．2 000个和400个

C． 1 000个和400个    D．1 000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，其中鸟嘌呤有600个，则这个DNA中腺嘌呤的数目为1 000－600＝400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：②____________、⑤__________。

(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⑦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②表示的是一条脱氧核苷酸单链片段，而⑤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