第1課時DNA分子的結(jié)構(gòu)學習目標知識概覽(教師用書獨具)1概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點。(重點)2設計并制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。3DNA分子中堿基的計算。(難點)自 主 預 習·探 新 知一、DNA分子結(jié)構(gòu)的認識和結(jié)構(gòu)特點1對DNA分子結(jié)構(gòu)的認識過程(1)20世紀30年代后期，瑞典科學家們證明了DNA是不對稱的。(2)1951年奧地利生物化學家查哥夫在定量分析DNA分子的堿基組成后，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量，鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量。(3)1952年英國化學家富蘭克琳采用X射線衍射技術(shù)拍攝到DNA分子結(jié)構(gòu)的照片，確認DNA分子為螺旋結(jié)構(gòu)，而不是由一條鏈構(gòu)成。(4)1953年美國科學家沃森和英國科學家克里克提出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。2DNA分子的結(jié)構(gòu)(1)DNA分子的結(jié)構(gòu)層次基本組成元素：C、H、O、N、P基本組成化合物：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基基本組成單位：脫氧核苷酸(4種)，如圖(2)DNA分子的結(jié)構(gòu)及特點.結(jié)構(gòu).特點通過圖示可知DNA分子的結(jié)構(gòu)特點：a立體結(jié)構(gòu)：DNA分子是由和(填序號)組成的，它們按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。b內(nèi)部結(jié)構(gòu)：DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在雙螺旋的外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；和堿基排列在內(nèi)側(cè)。c堿基配對：兩條鏈上的堿基通過和氫鍵連接成堿基對，并且遵循AT、GC配對的規(guī)律，稱為堿基互補配對原則。.特性a多樣性：堿基對的排列順序千變?nèi)f化。b特異性：是由DNA分子中特定的堿基對排列順序決定的。二、設計制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型及DNA分子的相關(guān)計算1制作原理：DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點。2實驗目的：通過制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，加深對DNA分子結(jié)構(gòu)特點的理解和認識。3材料用具：曲別針、泡沫塑料、紙板、牙簽、橡皮泥等。4設計模型：繪出DNA模型的設計圖；確定制作的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的大小(如高度與直徑的比例)、維系立體構(gòu)型的方式；代表磷酸、脫氧核糖、堿基的材料等。5制作模型選材：選擇能代表磷酸、4種堿基和脫氧核糖的材料等制作：若干個磷酸、脫氧核糖、堿基整合：若干個脫氧核苷酸連接：形成脫氧核苷酸鏈構(gòu)成平面：兩條反向平行的單鏈旋轉(zhuǎn)：DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)6DNA分子的相關(guān)計算原理：堿基互補配對原則，即雙鏈DNA分子中AT、GC?；A自測1判斷對錯(1)DNA徹底水解產(chǎn)物是四種脫氧核苷酸。()(2)DNA分子一條鏈上相鄰的兩個堿基通過氫鍵相連。()(3)DNA分子中G、C堿基的比例越高，分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越高。()(4)DNA分子中的嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。()(5)雙鏈DNA分子中(AG)/(TC)存在特異性。()提示：(1)×DNA初步水解產(chǎn)物是四種脫氧核苷酸，徹底水解產(chǎn)物是含氮的堿基、磷酸和脫氧核糖。(2)×DNA分子的兩條鏈堿基之間通過氫鍵相連，一條鏈上的兩個堿基則通過脫氧核糖、磷酸和脫氧核糖相連。(3)(4)(5)×雙鏈DNA分子中(AG)/(TC)1，不存在特異性。2某同學制作一DNA片段模型，現(xiàn)準備了10個堿基T塑料片，8個堿基A塑料片，30組脫氧核糖和磷酸的塑料片，那么還需準備堿基C塑料片數(shù)目是()A14 B8 C7 D16C因為30組脫氧核糖和磷酸塑料片可制成含15個堿基對的DNA分子模型，而該同學已準備了10個堿基T塑料片，8個堿基A塑料片，這樣僅能構(gòu)成8個AT堿基對，剩下的7個堿基對若全為GC堿基對，則還需要準備G、C堿基塑料片各7片。3分析某生物的雙鏈DNA分子，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基的64%，其中一條鏈上的腺嘌呤占該鏈全部堿基的30%，則另一條鏈中腺嘌呤占整個DNA分子堿基總數(shù)的比例是() 【導學號：01632126】A17% B32% C34% D50%A假設DNA中共有2N個堿基，根據(jù)題干可知：(AT)%64%，即(AT)/2N0.64，則(A1A2T1T2)/2N0.64，可推出(A1T1)/N0.64。題干還告訴我們：A1/N0.30，則可知T1/N0.34，而T1A2，所以A2/N0.34(即另一條鏈中的A占該條鏈堿基總數(shù)的34%)，則A2/2N0.17，即另一條鏈中的A占整個DNA分子堿基總數(shù)的17%。合 作 探 究·攻 重 難DNA分子結(jié)構(gòu)的認識過程及結(jié)構(gòu)特點背景材料坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑，以簡潔而獨特的雙螺旋造型吸引著過往的行人，但很少有人注意到它的旋轉(zhuǎn)是順時針方向還是逆時針方向。思考交流1DNA分子是怎樣構(gòu)成的？提示：DNA分子是由脫氧核苷酸連接成單鏈，單鏈之間通過氫鍵連接起來，形成雙螺旋的空間結(jié)構(gòu)。2DNA分子的基本單位是什么？提示：脫氧核苷酸。3DNA是怎樣攜帶遺傳信息的？提示：通過堿基對的排列順序攜帶遺傳信息。4近年來，許多人嘗試著用DNA作防偽標記，其原理是什么？提示：DNA分子具有特異性。1DNA分子的結(jié)構(gòu)(1)平面結(jié)構(gòu)。由多個脫氧核苷酸分子聚合形成脫氧核苷酸長鏈。配對的堿基，A與T之間形成2個氫鍵，G與C之間形成3個氫鍵，CG堿基對在DNA中所占的比例越大，DNA分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。在同一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰2個堿基之間通過脫氧核糖磷酸脫氧核糖間接相連。(2)DNA分子的空間結(jié)構(gòu)。DNA分子是由兩條脫氧核苷酸長鏈，按反向平行(指一條鏈的起點為磷酸，另一條鏈的起點為脫氧核糖)方式盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)?；竟羌苡闪姿岷兔撗鹾颂墙惶孢B接而成。中間的堿基嚴格按堿基互補配對原則(A與T配對，G與C配對)形成堿基對。DNA分子中，脫氧核苷酸數(shù)脫氧核糖數(shù)磷酸數(shù)含氮堿基數(shù)1111。2DNA分子的結(jié)構(gòu)特性(1)穩(wěn)定性：脫氧核糖與磷酸交替排列的順序穩(wěn)定不變，兩條鏈間堿基互補配對的方式不變。(2)多樣性：堿基對的排列順序多種多樣。(3)特異性：每個DNA都有特定的堿基對排列順序。好記巧學：DNA結(jié)構(gòu)的“五四三二一”五種元素：C、H、O、N、P。四種堿基：A、G、C、T，相應的有四種脫氧核苷酸。三種物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基。兩條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈。一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。典例通關(guān)如圖是DNA分子的部分平面結(jié)構(gòu)示意圖，下列有關(guān)敘述不正確的是()A圖中4的名稱是腺嘌呤脫氧核苷酸B構(gòu)成DNA的核苷酸種類的不同與2有關(guān)CN元素存在于圖中的堿基中D從主鏈上看，兩條脫氧核苷酸鏈反向平行技巧點撥明確、的名稱，脫氧核苷酸的組成及其與脫氧核苷酸鏈和DNA之間的關(guān)系是解題關(guān)鍵。B構(gòu)成DNA的核苷酸是脫氧核苷酸，脫氧核苷酸種類的不同與堿基有關(guān)，與脫氧核糖和磷酸無關(guān)，圖中2為脫氧核糖，3為堿基。(1)組成DNA分子基本骨架的元素有哪些？提示：C、H、O、P。(2)若圖示DNA片段徹底水解可以形成幾種小分子物質(zhì)？提示：6種。活學活用1如圖表示某同學制作的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的一個片段。其中存在的錯誤有()A3處B5處C7處 D8處C圖中的核糖應改為脫氧核糖；DNA中不存在尿嘧啶；胞嘧啶與鳥嘌呤之間有3個氫鍵；腺嘌呤與胸腺嘧啶之間有2個氫鍵。2如圖為某核苷酸長鏈片段的示意圖，下列關(guān)于該長鏈的相關(guān)敘述中，錯誤的是()A2和3構(gòu)成腺苷B嘌呤數(shù)目等于嘧啶數(shù)目C4為胞嘧啶脫氧核苷酸D磷酸基團的數(shù)目等于脫氧核糖的數(shù)目B圖示核苷酸長鏈為單鏈，嘌呤數(shù)不一定等于嘧啶數(shù)。1下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中，錯誤的是()A每個雙鏈DNA分子中嘌呤數(shù)嘧啶數(shù)B每個堿基分子上均直接連接著一個磷酸和一個脫氧核糖C每個DNA分子中堿基數(shù)磷酸數(shù)脫氧核糖數(shù)D雙鏈DNA分子中的一段含有40個胞嘧啶，就一定會同時含有40個鳥嘌呤BDNA分子是雙螺旋結(jié)構(gòu)，堿基間遵循堿基互補配對原則，即AT、GC，所以AGTC，即嘌呤數(shù)嘧啶數(shù)。DNA分子的基本組成單位是脫氧核苷酸，每個脫氧核苷酸由1分子磷酸、1分子脫氧核糖和1分子堿基組成。脫氧核苷酸分子的連接方式為，堿基是通過五碳糖與磷酸相連的。2下列表示某同學制作的脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)模型，正確的是() 【導學號：01632127】D每1個脫氧核苷酸是由1個脫氧核糖、1個磷酸基團和1個堿基構(gòu)成，堿基可能是A或C或G或T，不可能是U，A項錯誤；脫氧核糖是五碳糖，其中1號碳上連著堿基，5號碳上連著磷酸基團，B項、C項錯誤，D項正確。題后反思：DNA分子中兩條鏈反向平行，每條鏈有一個游離的磷酸基團；一條鏈上的相鄰堿基由脫氧核糖磷酸脫氧核糖連接；兩條鏈之間的堿基由氫鍵連接形成堿基對，AT之間有2條氫鍵，GC之間有3條氫鍵；相同長度的DNA分子，GC堿基對越多，氫鍵越多，DNA分子越穩(wěn)定。DNA分子的相關(guān)計算背景材料下圖是DNA分子的平面結(jié)構(gòu)。思考交流1雙鏈DNA分子中，磷酸、脫氧核糖和堿基之間的數(shù)量關(guān)系如何？提示：磷酸數(shù)脫氧核糖數(shù)堿基數(shù)。2四種堿基(A、T、C、G)之間有何關(guān)系？提示：AT，GC。3某雙鏈DNA分子中A有n個，C有m個，該DNA分子中共有多少個氫鍵？提示：2n3m。4不同的雙鏈DNA分子中或的值有什么規(guī)律？提示：等于1，因為雙鏈DNA分子中A與T相等，G與C相等。DNA分子結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示，堿基互補配對原則：A配T，G配C。1以DNA雙鏈為研究對象時堿基數(shù)量的關(guān)系(1)A、T、G、C的關(guān)系：AT，GC。(2)非互補堿基和之比：(AG)/(TC)(AC)/(TG)1。結(jié)論：DNA分子中非互補堿基之和總相等。(3)互補堿基和之比：(AT)/(GC)不是定值。2以DNA單鏈為研究對象時堿基數(shù)量的關(guān)系(如上圖)(1)A1T2，G1C2，C1G2，T1A2。(2)若1鏈中(A1G1)/(T1C1)m，則2鏈中(A2G2)/(T2C2)1/m。結(jié)論：兩鏈間非互補堿基和之比互為倒數(shù)。3DNA雙鏈和單鏈中堿基數(shù)量的聯(lián)系(如上圖)(1)若在雙鏈中(AT)/(GC)n，則在1鏈中(A1T1)/(G1C1)n,2鏈中(A2T2)/(G2C2)n。結(jié)論：在同一DNA分子中，雙鏈和單鏈中互補堿基和之比相等。(2)若1鏈中A1占的比例為X1,2鏈中A2占的比例為X2，則整個DNA分子中A占的比例為(X1X2)/2。結(jié)論：某堿基占雙鏈DNA分子堿基總數(shù)的百分比等于相應堿基占相應單鏈比值和的一半。特別提醒：堿基配對原則應用注意問題(1)大部分DNA是雙鏈，但也有DNA是單鏈的，單鏈DNA分子中不存在AT，CG的關(guān)系。(2)DNA分子中堿基配對只能是A和T、C和G之間。(3)計算堿基含量時，應注意題干中提供的是堿基對還是堿基數(shù)目，所求的堿基比例，是占整個DNA分子的比例還是占其中一條鏈的比例。典例通關(guān)某雙鏈DNA分子含有400個堿基，其中一條鏈上ATGC1234，下列表述錯誤的是()A該DNA分子的另一條鏈上ATGC2143B該DNA分子共有腺嘌呤60個C該DNA分子共有鳥嘌呤140個D其中一條鏈中(AT)/(GC)3/7，另一條鏈中(AT)/(GC)7/3技巧點撥根據(jù)雙鏈DNA分子堿基互補配對原則，畫示意簡圖進行作答。D根據(jù)堿基互補配對原則，AT60，GC140；DNA分子的兩條單鏈中(AT)/(GC)都等于。(1)整個DNA分子中ATGC的比值是多少？提示：3377。(2)一條鏈中(AG)/(TC)2/3，則另一條鏈中的比值是多少？整個DNA分子中呢？提示：另一條鏈中的比值為3/2，整個DNA分子中比值為1?；顚W活用1已知1個DNA分子中有4 000個堿基對，其中胞嘧啶有2 200個，這個DNA分子中應含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是()A4 000個和900個B4 000個和1 800個C8 000個和1 800個D8 000個和3 600個C每個脫氧核苷酸含有一個堿基，因為含有4 000個堿基對，所以含有8 000個脫氧核苷酸。因為胞嘧啶和鳥嘌呤的堿基對數(shù)目是2 200，所以腺嘌呤和胸腺嘧啶的堿基對數(shù)目是1 800，又因腺嘌呤和胸腺嘧啶數(shù)目相等，所以腺嘌呤的數(shù)目是1 800個。2某DNA分子中AT占整個DNA分子堿基總數(shù)的44%，其中一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數(shù)的21%，那么，對應的另一條互補鏈(b)上的G占該鏈堿基總數(shù)的比例是() 【導學號：01632128】A35% B29%C28% D21%A整個DNA中的AT占整個DNA分子堿基總數(shù)的44%，則GC占整個DNA分子堿基總數(shù)的56%，又因為其中一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數(shù)的21%，所以與G對應的互補鏈(b)上的C占b鏈堿基總數(shù)的21%，則G(a鏈上)C(b鏈上)占DNA分子堿基總數(shù)的21%。因為總的GC占整個DNA分子堿基總數(shù)的56%，所以G(b鏈上)C(a鏈上)占整個DNA分子堿基總數(shù)的35%，推得G占b鏈堿基總數(shù)的35%，所以答案選A。誤區(qū)警示：進行堿基計算時要注意以下幾點(1)單位是“對”還是“個”，這方面往往帶來數(shù)據(jù)成倍的錯誤。(2)注意提供的數(shù)據(jù)是DNA雙鏈還是DNA的一條單鏈。(3)解題時最好畫一下簡圖，比較直觀，減少因為思路不清晰引起的錯誤。當 堂 達 標·固 雙 基1下列關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述正確的是()ADNA分子中每個磷酸都與兩個脫氧核糖相連BDNA分子中每個脫氧核糖都與兩個磷酸相連CDNA分子中A一定等于T，G一定等于CD在雙鏈DNA分子中，嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)D由DNA分子的平面結(jié)構(gòu)圖可知，每條鏈兩端的磷酸(或脫氧核糖)只與一個脫氧核糖(或磷酸)相連接。DNA分子包括單鏈和雙鏈，其中雙鏈DNA分子中，AT，GC。2下列制作的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型圖中，連接正確的是()BDNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)是由脫氧核糖和磷酸通過磷酸二酯鍵交替連接而成的長鏈，構(gòu)成DNA分子的基本骨架；堿基對位于雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，通過氫鍵相連。3在含有4種堿基的DNA片段中，有腺嘌呤a個，占該片段全部堿基的比例為b，則() 【導學號：01632129】Ab0.5Bb0.5C胞嘧啶為a(1)個 D胞嘧啶為b(1)個C由題意可知，該DNA分子含有4種堿基，腺嘌呤為a個，且占該片段全部堿基的比例為b。設胞嘧啶為x個，鳥嘌呤也為x個，則b，b0.5，但b0.5，故A、B兩項錯誤；根據(jù)上述關(guān)系式，可知胞嘧啶的數(shù)量：xa(1)，故C項正確、D項錯誤。4雙鏈DNA分子的一條鏈中，(AG)/(TC)0.4，則該比值在整個DNA及其互補鏈中分別是()A1和0.4 B1和0.6C1和2.5 D0.4和0.4C整個DNA分子中AGTC。雙鏈DNA分子的一條鏈中的A與互補鏈中的T相等，一條鏈中的G與互補鏈中的C相等。5在DNA分子的一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰的堿基A與T之間的連接結(jié)構(gòu)是()A氫鍵B磷酸脫氧核糖磷酸C肽鍵D脫氧核糖磷酸脫氧核糖D審題時應扣住“一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰的堿基A與T之間的連接結(jié)構(gòu)”，相鄰的脫氧核苷酸相連接，依靠磷酸、脫氧核糖之間形成磷酸二酯鍵，因此兩個堿基之間的連接結(jié)構(gòu)是脫氧核糖磷酸脫氧核糖。6根據(jù)DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖回答下列問題。(1)寫出的名稱：_；_；_；_；_；_。(2)分析這種結(jié)構(gòu)的主要特點：.構(gòu)成DNA分子的兩條鏈按_的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。.DNA分子的基本骨架由_而成。.DNA分子兩條鏈上的堿基通過_連接成堿基對，并且遵循_原則。解析本題主要考查DNA分子的化學組成及其結(jié)構(gòu)特點。(1)根據(jù)脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)及堿基互補配對原則，可依次推斷出的名稱。(2)根據(jù)DNA的立體結(jié)構(gòu)可知，DNA分子的兩條鏈按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)，其外側(cè)是由脫氧核糖和磷酸交替連接形成的基本骨架；內(nèi)側(cè)是通過氫鍵連接而成的堿基對，堿基對的形成嚴格遵循堿基互補配對原則。答案(1)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)脫氧核糖磷酸(2).反向平行.脫氧核糖與磷酸交替連接.氫鍵堿基互補配對核心語句歸納1DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，DNA雙鏈是反向平行的關(guān)系。2DNA分子外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架，內(nèi)側(cè)由氫鍵相連的堿基對組成。3雙鏈DNA分子中，嘌呤堿基數(shù)嘧啶堿基數(shù)，即AGTC。4DNA具有多樣性和特異性，DNA分子中堿基對的排列順序代表遺傳信息。12