《高中生物 第4章 遺傳的分子基礎 第2節(jié) DNA的結構和DNA的復制 第1課時 DNA分子的結構學案 蘇教版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中生物 第4章 遺傳的分子基礎 第2節(jié) DNA的結構和DNA的復制 第1課時 DNA分子的結構學案 蘇教版必修2（12頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 第1課時　DNA分子的結構 學習目標 知識概覽(教師用書獨具) 1．概述DNA分子結構的主要特點。(重點) 2．設計并制作DNA分子雙螺旋結構模型。 3．DNA分子中堿基的計算。(難點) [自 主 預 習探 新 知] 一、DNA分子結構的認識和結構特點 1．對DNA分子結構的認識過程 (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射線衍射技術拍

2、攝到DNA分子結構的照片，確認DNA分子為螺旋結構，而不是由一條鏈構成。 (4)1953年美國科學家沃森和英國科學家克里克提出DNA分子的雙螺旋結構模型。 2．DNA分子的結構 (1)DNA分子的結構層次 ①基本組成元素：C、H、O、N、P ↓ ②基本組成化合物：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基 ↓ ③基本組成單位：脫氧核苷酸(4種)，如圖 (2)DNA分子的結構及特點 Ⅰ.結構 Ⅱ.特點 通過圖示可知DNA分子的結構特點： a．立體結構：DNA分子是由①和②(填序號)組成的，它們按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結構。 b．內部結構：DNA分子中的⑤脫氧核糖和④磷酸交替

3、連接，排列在雙螺旋的外側，構成基本骨架；⑦和⑧堿基排列在內側。 c．堿基配對：兩條鏈上的堿基通過③和⑥氫鍵連接成堿基對，并且遵循A—T、G—C配對的規(guī)律，稱為堿基互補配對原則。 Ⅲ.特性 a．多樣性：堿基對的排列順序千變萬化。 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分子雙螺旋結構模型及DNA分子的相關計算 1．制作原理：DNA分子雙螺旋結構的主要特點。 2．實驗目的：通過制作DNA分子雙螺旋結構模型，加深對DNA分子結構特點的理解和認識。 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

4、作的DNA分子雙螺旋結構模型的大小(如高度與直徑的比例)、維系立體構型的方式；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 　↓ 構成平面：兩條反向平行的單鏈 　↓ 旋轉：DNA分子雙螺旋結構 6．DNA分子的相關計算原理：堿基互補配對原則，即雙鏈DNA分子中A＝T、G＝C。 [基礎自測] 1．判斷對錯 (1)DNA徹底水解產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。

5、 (　　) (3)DNA分子中G、C堿基的比例越高，分子結構的穩(wěn)定性越高。 (　　) (4)DNA分子中的嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數。 (　　) (5)雙鏈DNA分子中(A＋G)/(T＋C)存在特異性。 (　　) 提示：(1)　DNA初步水解產物是四種脫氧核苷酸，徹底水解產物是含氮的堿基、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(A＋G)/(T＋C)＝1，不存在特異性。 2．某同學制作一DNA片段模型，現準備了10個堿基T塑料片，8個堿基A塑

6、料片，30組脫氧核糖和磷酸的塑料片，那么還需準備堿基C塑料片數目是(　　) A．14　　 　　B．8　　 　　C．7　　 　　D．16 C　[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，這樣僅能構成8個A＝T堿基對，剩下的7個堿基對若全為G≡C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分子堿基總數的比例是(　　) 【導學號：01632126】 A．17

7、% B．32% C．34% D．50% A　[假設DNA中共有2N個堿基，根據題干可知：(A＋T)%＝64%，即(A＋T)/2N＝0.64，則(A1＋A2＋T1＋T2)/2N＝0.64，可推出(A1＋T1)/N＝0.64。題干還告訴我們：A1/N＝0.30，則可知T1/N＝0.34，而T1＝A2，所以A2/N＝0.34(即另一條鏈中的A占該條鏈堿基總數的34%)，則A2/2N＝0.17，即另一條鏈中的A占整個DNA分子堿基總數的17%。] [合 作 探 究攻 重 難] DNA分子結構的認識過程及結構特點 背景材料 坐落于北京中關村高科技園區(qū)的DNA雕塑，以簡潔而獨特的雙

8、螺旋造型吸引著過往的行人，但很少有人注意到它的旋轉是順時針方向還是逆時針方向。 [思考交流] 1．DNA分子是怎樣構成的？ 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構。 2．DNA分子的基本單位是什么？ 提示：脫氧核苷酸。 3．DNA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。 1．DNA分子的結構 (1)平面結構。 ①由多個脫氧核苷酸分子聚合形成脫氧核苷酸長鏈。 ②配對的堿基，A與T之間形成2個氫鍵，

9、G與C之間形成3個氫鍵，C—G堿基對在DNA中所占的比例越大，DNA分子結構越穩(wěn)定。 ③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分子的空間結構。 ①DNA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構。 ②基本骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接而成。 ③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。 ④DNA分子中，脫氧核苷酸數∶脫氧核糖數∶磷酸數∶含氮堿基數＝1∶1∶1∶1。 2．DNA分子的結構特性 (1)穩(wěn)定性：脫氧核糖與磷酸交替排列的順序穩(wěn)

10、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結構的“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：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)則的雙螺旋結構。 [典例通關] 如圖是DNA分子的部分平面結構示意圖，下列有關敘述不正確的是(　　) A．圖中4的名稱是腺嘌呤脫氧核苷酸 B．構成DNA的核苷酸種類的不同與2有關 C．N元素存在于圖中的堿基中 D．從主鏈

11、上看，兩條脫氧核苷酸鏈反向平行 [技巧點撥]　明確①、②、③、④、⑤的名稱，脫氧核苷酸的組成及其與脫氧核苷酸鏈和DNA之間的關系是解題關鍵。 B　[構成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，與脫氧核糖和磷酸無關，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？ 提示：6種。 [活學活用] 1．如圖表示某同學制作的DNA分子雙螺旋結構模型的一個片段。其中存在的錯誤有(　　) A．3處　　　　 B．5處 C．7處 D．8處 C　[圖中的核糖應

12、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，下列關于該長鏈的相關敘述中，錯誤的是(　　) A．2和3構成腺苷 B．嘌呤數目等于嘧啶數目 C．4為胞嘧啶脫氧核苷酸 D．磷酸基團的數目等于脫氧核糖的數目 B　[圖示核苷酸長鏈為單鏈，嘌呤數不一定等于嘧啶數。] 1．下面關于DNA分子結構的敘述中，錯誤的是(　　) A．每個雙鏈DNA分子中嘌呤數＝嘧啶數 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＝磷酸數＝脫氧核糖數 D．雙鏈DNA分子中的一

13、段含有40個胞嘧啶，就一定會同時含有40個鳥嘌呤 B　[DNA分子是雙螺旋結構，堿基間遵循堿基互補配對原則，即A＝T、G＝C，所以A＋G＝T＋C，即嘌呤數＝嘧啶數。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構模型，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

14、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，A—T之間有2條氫鍵，G—C之間有3條氫鍵；相同長度的DNA分子，G—C堿基對越多，氫鍵越多，DNA分子越穩(wěn)定。 DNA分子的相關計算 背景材料 下圖是DNA分子的平面結構。 [思考交流] 1．雙鏈DNA分子中，磷酸、脫氧核糖和堿基之間的數量關系如何？ 提示：磷酸數＝脫氧核糖數＝堿基數。 2．四種堿基(A、T、C、G)之間有何關系？ 提示：A＝T，G＝C。 3．某雙鏈D

15、NA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：2n＋3m。 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分子結構簡圖如下圖所示，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量的關系 (1)A、T、G、C的關系：A＝T，G＝C。 (2)非互補堿基和之比： (A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝1。 結論：DNA分子中非互補堿基之和總相等。 (3)互補堿基和之比： (A＋T)/(G＋C)不是定值。 2．以DNA單鏈為研究對象時堿基數量的關系(

16、如上圖) (1)A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。 (2)若1鏈中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝m，則2鏈中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝1/m。 結論：兩鏈間非互補堿基和之比互為倒數。 3．DNA雙鏈和單鏈中堿基數量的聯系(如上圖) (1)若在雙鏈中(A＋T)/(G＋C)＝n，則在1鏈中(A1＋T1)/(G1＋C1)＝n,2鏈中(A2＋T2)/(G2＋C2)＝n。 結論：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(X1＋X2)/2。 結論：某堿基占雙鏈DNA

17、分子堿基總數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A＝T，C＝G的關系。 (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] 某雙鏈DNA分子含有400個堿基，其中一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，下列表述錯誤的是(　　) A．該DNA分子的另一條鏈上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3 B．該DNA分子共有腺嘌呤60個

18、C．該DNA分子共有鳥嘌呤140個 D．其中一條鏈中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，另一條鏈中(A＋T)/(G＋C)＝7/3 [技巧點撥]　根據雙鏈DNA分子堿基互補配對原則，畫示意簡圖進行作答。 D　[根據堿基互補配對原則，A＝T＝60，G＝C＝＝140；DNA分子的兩條單鏈中(A＋T)/(G＋C)都等于。] 　(1)整個DNA分子中A∶T∶G∶C的比值是多少？ 提示：3∶3∶7∶7。 (2)一條鏈中(A＋G)/(T＋C)＝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。 [活學活用] 1．已知1個DNA分子

19、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目和腺嘌呤的數目分別是(　　) A．4 000個和900個 B．4 000個和1 800個 C．8 000個和1 800個 D．8 000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目是2 200，所以腺嘌呤和胸腺嘧啶的堿基對數目是1 800，又因腺嘌呤和胸腺嘧啶數目相等，所以腺嘌呤的數目是1 800個。] 2．某DNA分子中A＋T占整個DNA分子堿基總數的44%，其中一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數

20、的21%，那么，對應的另一條互補鏈(b)上的G占該鏈堿基總數的比例是(　　) 【導學號：01632128】 A．35% B．29% C．28% D．21% A　[整個DNA中的A＋T占整個DNA分子堿基總數的44%，則G＋C占整個DNA分子堿基總數的56%，又因為其中一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數的21%，所以與G對應的互補鏈(b)上的C占b鏈堿基總數的21%，則G(a鏈上)＋C(b鏈上)占DNA分子堿基總數的21%。因為總的G＋C占整個DNA分子堿基總數的56%，所以G(b鏈上)＋C(a鏈上)占整個DNA分子堿基總數的35%，推得G占b鏈堿基總數的35%，所以答案選A。]

21、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”，這方面往往帶來數據成倍的錯誤。 (2)注意提供的數據是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．下列關于DNA分子結構的敘述正確的是(　　) A．DNA分子中每個磷酸都與兩個脫氧核糖相連 B．DNA分子中每個脫氧核糖都與兩個磷酸相連 C．DNA分子中A一定等于T，G一定等于C D．在雙鏈DNA分子中，嘌呤數等于嘧啶數 D　[由DNA分子的平面結構圖可知，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

22、連接。DNA分子包括單鏈和雙鏈，其中雙鏈DNA分子中，A＝T，G＝C。] 2．下列制作的DNA分子雙螺旋結構模型圖中，連接正確的是(　　) B　[DNA分子雙螺旋結構的外側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，構成DNA分子的基本骨架；堿基對位于雙螺旋結構內側，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】 A．b≤0.5　 B．b≥0.5 C．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

23、的比例為b。設胞嘧啶為x個，鳥嘌呤也為x個，則b＝，b＜0.5，但b≠0.5，故A、B兩項錯誤；根據上述關系式，可知胞嘧啶的數量：x＝a(－1)，故C項正確、D項錯誤。] 4．雙鏈DNA分子的一條鏈中，(A＋G)/(T＋C)＝0.4，則該比值在整個DNA及其互補鏈中分別是(　　) A．1和0.4 B．1和0.6 C．1和2.5 D．0.4和0.4 C　[整個DNA分子中A＋G＝T＋C。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之間的連接結構是(　　) A．氫鍵 B．磷酸－脫氧核糖－

24、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之間的連接結構”，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構是脫氧核糖－磷酸－脫氧核糖。] 6．根據DNA分子結構模式圖回答下列問題。 (1)寫出①～⑥的名稱： ①________；②________；③________；④________； ⑤________；⑥________。 (2)分析這種結構的主要特點： Ⅰ.構成DNA分子的兩條鏈按_________________________________ 的方式盤旋成雙

25、螺旋結構。 Ⅱ.DNA分子的基本骨架由________而成。 Ⅲ.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構特點。(1)根據脫氧核苷酸的結構及堿基互補配對原則，可依次推斷出①～⑥的名稱。(2)根據DNA的立體結構可知，DNA分子的兩條鏈按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結構，其外側是由脫氧核糖和磷酸交替連接形成的基本骨架；內側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)①胸腺嘧啶(T)?、诎奏?C) ③腺嘌呤(A)　④鳥嘌呤(G)?、菝撗鹾颂? ⑥磷酸

26、 (2)Ⅰ.反向平行 Ⅱ.脫氧核糖與磷酸交替連接 Ⅲ.氫鍵　堿基互補配對 [核心語句歸納] 1．DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，DNA雙鏈是反向平行的關系。 2．DNA分子外側由脫氧核糖和磷酸交替連接構成基本骨架，內側由氫鍵相連的堿基對組成。 3．雙鏈DNA分子中，嘌呤堿基數＝嘧啶堿基數，即A＋G＝T＋C。 4．DNA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。 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375