人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构导学案

这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构导学案，共10页。学案主要包含了DNA双螺旋结构模型的构建，DNA的结构等内容，欢迎下载使用。

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__
〔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。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)DNA分子中的每个磷酸均与2个脱氧核糖连接。( × )
(2)DNA外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成基本骨架，内部是碱基。( √ )
(3)DNA的两条链等长，但是反向平行。( √ )
(4)DNA的特异性由碱基的数目及空间结构决定。( × )
(5)DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。( × )
(6)不同DNA分子中(A＋G)/(T＋C)的值相同。( √ )
〔思考〕
1．什么是碱基互补配对原则？哪种碱基对的数量对DNA分子结构的稳定性影响更大？(生命观念)
提示：在DNA的内部，A总是与T配对，C总是与G配对，碱基之间这种一一对应的关系叫作碱基互补配对原则。由于A与T之间是两个氢键，G与C之间是三个氢键，DNA中G—C碱基对越多，结构越稳定。
2．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。
课内探究·名师点睛
知识点
DNA的结构及特点
要点归纳
1．DNA分子的结构层次
2．DNA结构的“五、四、三、二、一”
3．DNA结构的三个关系及水解产物
①数量关系eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a：每个DNA分子片段中，游离磷酸基团有2个,b：脱氧核糖数＝磷酸数＝含氮碱基数,c：A—T碱基对有2个氢键，G—C碱基对有3个氢键))
②位置关系eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a：单链中相邻碱基间通过“—脱氧核糖,—磷酸—脱氧核糖—”连接,b：互补链中相邻碱基间通过氢键相连))
③化学键eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(氢键：连接互补链中碱基的化学键,磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧核,苷酸的化学键))
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。
典例剖析
典例1 (2022·山东省临沂市沂水县高一期中)图中圆形、五边形和方形分别代表磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。下列脱氧核苷酸链的模型构建正确的是( A )
[解析] 相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸和脱氧核糖之间形成的磷酸二酯键连接，A正确。故选A。
变式训练1
(2022·北京市平谷区五中高一下学期期中)下列关于DNA分子双螺旋结构主要特点的叙述，正确的是( B )
A．核苷酸通过肽键互相连接
B．A与T配对，C与G配对
C．DNA分子的两条链方向相同
D．碱基和磷酸交替排列在内侧
[解析] 核苷酸之间通过磷酸二酯键相连，A错误；碱基互补配对原则中A与T配对，C与G配对，B正确；DNA分子的两条链方向相反，C错误；脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，D错误。故选B。
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 (2022·甘肃天水一中高一下期末)某生物兴趣小组在构建DNA平面结构模型时，所提供的卡片名称和数量如表所示，下列说法正确的是( A )
A．最多可构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对
B．DNA中每个脱氧核糖均只与1分子磷酸相连
C．最多可构建44种不同碱基序列的DNA
D．构成的双链DNA片段最多有15个氢键
[解析] 由表格中卡片数量分析可知，最多可构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对，A正确；DNA中绝大多数脱氧核糖与2分子磷酸相连，只有3′端的脱氧核糖只与1分子磷酸相连，B错误；由表格中卡片数量分析可知，这些卡片可形成2对A—T碱基对，2对C—G碱基对，碱基对种类和数目确定，因此可构建的DNA种类数少于44种，C错误；由表格中卡片数量分析可知，这些卡片最多可形成2对A—T碱基对，2对C—G碱基对，而A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，因此构成的双链DNA片段最多有10个氢键，D错误。
变式训练2
下列表示某同学制作的脱氧核苷酸对模型(表示脱氧核糖、▭表示碱基、〇表示磷酸基团)，其中正确的是( D )
[解析] 构成脱氧核苷酸对的两个脱氧核苷酸的方向应是相反的，A错误；G与C之间有三个氢键，B错误；脱氧核苷酸中不含碱基U，C错误；DNA两条链反向平行，且A－T之间有2个氢键，D正确。
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：
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(一条链上：(A＋C)/(T＋G)＝a,互补链上：(A＋C)/(T＋G)＝1/a,双链中：(A＋C)/(T＋G)＝1))
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
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(一条链上：(A＋T)/(C＋G)＝b,互补链上：(A＋T)/(C＋G)＝b,双链中：(A＋T)/(C＋G)＝b))
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。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·天津市第三中学高一年级期中检测)1953年，沃森和克里克建立了DNA分子的结构模型，两位科学家于1962年获得诺贝尔生理学或医学奖。关于DNA分子双螺旋结构的特点，叙述错误的是( C )
A．DNA分子由两条反向平行的链组成
B．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧
C．碱基对构成DNA分子的基本骨架
D．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对
[解析] DNA分子是由两条链组成的，这两条链是反向平行的，A正确；DNA分子的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成基本骨架，B正确；C错误；两条链上的碱基，通过氢键连接形成碱基对，D正确。故选C。
2．(2022·江苏省镇江市高一下学期期末)下图是某DNA片段的结构模式图。下列叙述正确的是( D )
A．①处的化学键为氢键
B．②③④构成一个胞嘧啶核糖核苷酸
C．碱基对⑤的含量越高，DNA稳定性越低
D．该片段中含有两个游离的磷酸基团
[解析] ①处的化学键为磷酸二酯键，A错误；②③④构成一个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，B错误；C－G之间有3个氢键，A－T之间有2个氢键，因此碱基对⑤的含量越高，DNA稳定性越高，C错误；该片段中每条链都含有一个游离的磷酸基团，因此该DNA含有两个游离的磷酸基团，D正确。故选D。
3．(2022·江苏省宿迁市高一下学期期末) 某DNA片段的碱基组成中，若A占32.8%，则C和T之和应占( A )
A．50%B．17.2%
C．67.2%D．65.6%
[解析] 由于DNA分子中，A与T配对、G与C配对，因此DNA分子中A＋G＝T＋C＝50%。故选A。
4．(2022·广西梧州市高一期末)下图为DNA分子结构模式图，请回答下列问题：
(1)写出其中文名称：①__胸腺嘧啶__；⑤__脱氧核糖__。
(2)分析这种结构的主要特点：
Ⅰ.构成DNA分子的两条链按__反向平行__方式盘旋成双螺旋结构。
Ⅱ. DNA分子的基本骨架由__脱氧核糖和磷酸交替连接成的两条长链构成__。
Ⅲ. DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成__碱基对__，并且遵循碱基互补配对原则。
[解析] (1)由图可知，图中①为胸腺嘧啶、②为胞嘧啶、③为腺嘌呤、④为鸟嘌呤、⑤为脱氧核糖、⑥为磷酸基团。(2)Ⅰ.构成DNA分子的两条链按反向平行盘旋成双螺旋结构。Ⅱ.磷酸和脱氧核糖交替连接形成两条长链，排列在DNA分子的外侧，构成DNA分子的基本骨架。Ⅲ.DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且遵循碱基互补配对原则。
课标要求
核心素养
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。
1．分析和研讨科学家探索基因的本质的过程和方法，领悟模型方法在这些研究中的应用。(生命观念)
2．根据材料分析，概述DNA结构的主要特点。(科学思维)
3．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。(科学思维)
卡片名称
磷酸
脱氧核糖
碱基种类
A
G
T
C
卡片数量
12
10
3
3
2
2