浙江专版高中生物第三章遗传的分子基础第二节DNA的分子结构和特点学案浙科版.docx

第二节DNA的分子结构和特点 1DNA是由四种不同的(A、G、C、T)脱氧核苷酸聚合而成的高分子化合物。2DNA分子的双螺旋结构：脱氧核糖与磷酸相间排列在外侧，形成两条脱氧核苷酸链(反向平行)，构成DNA的基本骨架；两条脱氧核苷酸链之间是碱基对，排列在内侧。3DNA分子中碱基之间一一对应，遵循卡伽夫法则 (碱基互补配对)：A一定与T配对，A和T的分子数相等；G一定与C配对，G和C的分子数相等；但AT的量不一定等于GC的量。依据卡伽夫法则可以确定是双链DNA还是单链DNA。4不同生物的DNA碱基对的数目可能相同，但碱基对的排列顺序肯定不同。5基因是有遗传效应的DNA片段，基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。 DNA分子的结构和特点1DNA的化学组成(1)基本组成元素：C、H、O、N、P五种元素。(2)基本单元：脱氧核苷酸。(3)脱氧核苷酸分子组成：脱氧核苷酸(4)脱氧核苷酸的种类：碱基组成：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。种类：腺嘌呤脱氧核苷酸；鸟嘌呤脱氧核苷酸；胞嘧啶脱氧核苷酸；胸腺嘧啶脱氧核苷酸。2DNA分子的结构特点项目特点整体由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋而成排列外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接组成，构成基本骨架内侧碱基通过氢键连接形成碱基对碱基互补配对A与T配对、G与C配对卡伽夫法则双链DNA分子中，A与T的分子数相等，G与C的分子数相等，(AG)等于(TC)；但(AT)不一定等于(GC)巧学妙记DNA结构的“五、四、三、二、一”五种元素：C、H、O、N、P；四种碱基：A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸；三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；两条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链；一种螺旋：规则的双螺旋结构。1DNA分子主要存在于细胞的什么部位？提示：DNA分子主要存在于细胞核中的染色体上，在线粒体和叶绿体中有少量分布。2双链DNA分子中，嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系？提示：嘌呤碱基数嘧啶碱基数。3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的比例是多少？提示：(1)2个；(2)111。4两个长度相同的双链DNA分子，其结构差异主要体现在哪里？提示：主要体现在碱基对的排列顺序不同。1DNA分子的结构(1)基本单位脱氧核苷酸，如图所示：其中，表示磷酸基团； 表示脱氧核糖(O表示氧原子，数字表示碳原子编号)；表示含氮碱基，构成DNA分子的含氮碱基共有4种，即A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。(2)一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图所示： 一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖上的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连接。(3)两条单链之间形成的碱基对表示如下： (4)DNA分子形成规则的双螺旋结构： 特别提醒(1)在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中脱氧核糖的1号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分子相连。(2)DNA分子的每条脱氧核苷酸长链中，两个脱氧核苷酸分子间的连接是：一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖上3号碳原子上的羟基与另一个脱氧核苷酸的磷酸通过形成磷酸二酯键相连接。2DNA分子的特性(1)稳定性：DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定，排列在外侧，构成基本骨架。DNA分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对，且每个特定的DNA分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不变。(2)多样性：DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样。设某DNA分子有n个碱基对，DNA分子上的一个碱基对可能是AT或TA或GC或CG，即每一个碱基对有4种类型的可能性，故n个碱基对的排列顺序种类数为4n，这样便构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。 (3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA分子的特定的碱基排列顺序。DNA分子的多样性与特异性，从分子水平上说明了生物界的多样性和生物个体之间存在差异的原因。3卡伽夫法则及其应用(1)卡伽夫法则：在DNA分子中，A和T的分子数相等，G和C的分子数相等，但AT的量不一定等于GC的量。(2)碱基计算的一般规律：规律一：一个双链DNA分子中，AT、CG、AGTC、ACGT，即a嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的50%；b不互补配对的两种碱基之和占全部碱基数的50%；c双链中，不配对的两种碱基之和的比值为1。规律二：一个双链DNA分子中，一条链中的两个不互补配对碱基之和的比值是另一条互补链中这一比值的倒数。设双链DNA分子一条链上m，因为m，所以互补链上。规律三：一个双链DNA分子中，互补配对的碱基之和在两条单链中所占比例等于在整个DNA分子中所占比例。设双链DNA分子中的一条链上总碱基数为100个，A1T1n%，因为A1T2、A2T1，则：A1T1A2T2n%。所以ATA1A2T1T2n%。规律四：一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于两条链中的该碱基所占百分数的平均值。设双链DNA分子中含有碱基总数为200个，其中一条链上的腺嘌呤A所占的百分数为A1%，另一条链上的腺嘌呤A所占的百分数为A2%，则在整个DNA分子中腺嘌呤A所占的比例为。特别提醒(1)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应注意题中所给的和所求的碱基比例是占DNA分子的比例还是占其中一条链的比例。(2)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应熟练掌握：在双链DNA分子中，不配对的两种碱基之和占总数的一半。 以图示为载体，考查DNA分子的结构和特点例1下面为DNA分子结构示意图，对该图的叙述正确的是()a和相间排列，构成了DNA分子的基本骨架b的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸c是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则dDNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息e占的比例越大，DNA分子越不稳定f依次代表A、G、C、TAbcdf Bcdf Cabcf Dbce思路点拨精讲精析DNA分子是反向平行的双螺旋结构，磷酸与脱氧核糖交替排列在外侧，构成了DNA的基本骨架；中的及下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸，磷酸属于上一胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，不属于；内部两条脱氧核苷酸链间碱基互补配对，配对碱基之间通过氢键相连； DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息。G与C之间形成3条氢键，G与C含量越多，DNA分子越稳定；根据碱基互补配对原则，依次代表A、G、C、T。答案BDNA分子是由反向平行的脱氧核苷酸链组成，每条链中磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架，脱氧核糖的1号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分子相连。1“三看法”判断DNA分子结构的正误一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基与相邻核苷酸的3号碳原子之间； 二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。2解读DNA分子结构模式图信息(1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。(2)、 、之间的数量关系是111。和之间的化学键为磷酸二酯键。(3)碱基对之间的化学键为氢键，AT对之间形成2个氢键，GC对之间形成3个氢键。氢键可用解旋酶断裂，也可加热断裂。若碱基对为n，则氢键数为2n3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3nm。(4)每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖中1号碳与碱基相连接，5号碳与磷酸相连接，3号碳与下一个脱氧核苷酸的磷酸相连接，如右图。3区分核酸种类的方法(1)若含U，则该核酸一定为RNA。因为只有RNA分子含有尿嘧啶；(2)若含T，AT或嘌呤嘧啶，则一般为单链DNA。因为双链DNA分子中AT，GC，嘌呤(AG)嘧啶(TC)。(3)若嘌呤嘧啶，肯定不是双链DNA(可能为单链DNA，也可能为RNA)。但若是细胞中所有的核酸的嘌呤数嘧啶数，则可能既有双链DNA又有RNA。下列有关下图DNA分子结构的叙述，正确的是()ADNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构，其基本骨架由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基交替排列而成B整个DNA分子中，嘌呤数目等于嘧啶数目，所以每条DNA单链中AT、GCC与DNA分子中的碱基G直接相连的是碱基C和脱氧核糖D每个脱氧核糖均只与一个磷酸和一个碱基相连解析：选CDNA分子双螺旋结构的外侧是磷酸与脱氧核糖交替排列构成的基本骨架，碱基排列在内侧。若DNA分子的一条链上是碱基A，则另一条链上与之配对的一定是碱基T；一条链上是碱基G，则另一条链上与之配对的一定是碱基C，反之亦然。所以，在双链DNA分子中AT、GC，但在单链中，碱基A的数目不一定等于碱基T的数目，碱基G的数目也不一定等于碱基C的数目。在一个脱氧核苷酸中，碱基G与脱氧核糖直接相连，两链之间碱基G与碱基C互补配对。每个脱氧核糖均只与一个碱基相连，但除了游离的脱氧核糖只与一个磷酸相连外，其余脱氧核糖均与两个磷酸相连。以图示为载体，考查DNA分子结构中相关碱基数量计算例2在一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子上碱基总数的24%，则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链上碱基数目的()A44% B24%C14% D28%思路点拨精讲精析画出DNA分子简图(如右图所示)。依题意，列出等量关系：(A1G1)/G140%A11.4G1，而在整个DNA分子中：(A1G1)/20024%A1G148，联系、得：A128。整个DNA分子中A1T2，则T228。答案D明确双链DNA的两条链所含碱基数目相同，且AT，GC，一条链中的A、T、G、C数目等于另一条链中的T、A、C、G数目，整个DNA分子中AG数占碱基总数的50%。解答此类问题分三步第一步：弄清题干所给的碱基比例是占整个DNA分子的比例，还是占一条链的碱基比例。第二步：直观地画一个DNA分子简图，绘出两条链及碱基符号，并注明含量，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。第三步：根据碱基互补配对原则及其推论进行解答。课堂回扣练习一、概念原理识记题1下列关于DNA结构的叙述中，错误的是()A大多数DNA分子由两条核糖核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构B外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基CDNA两条链上的碱基间以氢键相连，且A与T配对，C与G配对DDNA的两条链反向平行解析：选A绝大多数DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋而成为双螺旋结构，而不是由核糖核苷酸长链盘旋而成，核糖核苷酸是RNA的基本组成单位。2下列关于核酸的叙述中，正确的是()ADNA和RNA中的五碳糖相同B组成DNA与ATP的元素种类不同CT2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中 D双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数解析：选DDNA含的五碳糖是脱氧核糖，RNA含的五碳糖是核糖；组成DNA和ATP的元素种类都是C、H、O、N、P；T2噬菌体的遗传信息贮存在DNA中；DNA中A与T配对、G与C配对，故双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数。二、易错易混辨析题3在DNA分子的一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基A与T之间的连接结构是()A氢键 B磷酸脱氧核糖磷酸C肽键 D脱氧核糖磷酸脱氧核糖解析：选D审题时应扣住“一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基A与T之间的连接结构”，相邻的脱氧核苷酸相连接，依靠磷酸基团和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，因此两个碱基之间的连接结构是：脱氧核糖磷酸脱氧核糖。三、基本原理应用题4分析四个双链DNA样品分别得到下列资料：种类样品1样品2样品3样品4碱基含量15%C12%G35%T28%A哪两个样品最可能取自同一生物个体()A样品1和样品2 B样品1和样品3C样品2和样品4 D样品3和样品4解析：选B样品1中，CG15%，AT35%；样品2中，GC12%，AT38%；样品3中，TA35%，GC15%；样品4中，AT28%，GC22%。样品1与样品3中，AT35%，CG15%，这两个样品最可能来自同一生物个体。5某化验员检测一待测核酸样品后发现，对其碱基个数统计和计算得到下列结果：(AT)/(GC)1，(AG)/(TC)1，根据此结果，该样品()A无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸B可被确定为双链DNAC无法被确定是单链DNA还是双链DNAD可被确定为单链DNA解析：选C在双链DNA中，碱基比例的含量符合碱基互补配对原则，单链DNA中不符合该原则。双链DNA分子中，AT，GC，所以(AG)/(TC)(AC)/(TG)1。(AT)/(GC)的碱基比率在特殊情况下等于1，在绝大多数情况下不等于1；在单链DNA分子中，A和T，G和C之间无对应关系，其(AG)/(TC)的比例在绝大多数情况下不等于1，特殊情况下等于1，所以题干给出的情况无法判断该核酸是单链DNA还是双链DNA。回扣知识点1DNA的结构及特点。 。2核酸的种类及其组成。 。3易误点提醒：DNA中相邻碱基A与T或G与C之间连接结构的差异。4能力迁移：根据DNA碱基互补配对的原则进行相关计算。5能力迁移：核酸种类的判定方法。课下综合检测一、选择题1科学家分别用35S和32P标记T2噬菌体的不同的有机物。下列被标记的部位组合正确的是()A B.C D.解析：选A代表的是氨基酸的R基，代表磷酸基团，代表五碳糖，代表含氮碱基，含有S的是，含有P的是。2下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是()A每个DNA分子一般都含有四种脱氧核苷酸B每个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的CDNA分子中每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基D某双链DNA分子片段中如果有40个腺嘌呤，就一定同时含有40个胸腺嘧啶解析：选CDNA分子的结构单位是脱氧核苷酸，在形成DNA分子时，相邻的脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，因此，除DNA分子中处于两端的脱氧核糖之外，其余脱氧核糖上均连接有两个磷酸和一个碱基。3某同学在实验室尝试搭建DNA分子模型，他用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型将是()A粗细相同，因为嘌呤碱基必定与嘧啶碱基互补B粗细相同，因为嘌呤碱基与嘧啶碱基的空间尺寸相似C粗细不同，因为嘌呤碱基不一定与嘧啶碱基互补D粗细不同，因为嘌呤碱基与嘧啶碱基的空间尺寸不同解析：选AA和G都是嘌呤碱基，C和T都是嘧啶碱基，在DNA分子中，总是AT，GC，依题意，用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，则DNA的粗细相同。4有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成应是()A三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶B两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶C两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶D两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶 解析：选C一个脱氧核苷酸分子由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成。由于组成脱氧核苷酸的含氮碱基的互补配对是严格的，只能是A与T配对，G与C配对，碱基之间通过氢键连接，形成碱基对，根据题中“有一对氢键连接的脱氧核苷酸”可知，一定形成碱基对AT。5下列关于碱基互补配对的含义的叙述不正确的是()ADNA分子中有一个嘌呤就会有一个与之相配对的嘧啶BDNA分子中一条链的嘌呤数或嘧啶数一定等于另一条链的嘌呤数或嘧啶数CDNA分子中嘌呤总数一定等于嘧啶总数且各占50%DDNA分子中任何一种碱基所占的比例是两条单链上该碱基所占比例的平均数解析：选B在DNA分子的双链中嘌呤和嘧啶互补配对，DNA分子中一条链的嘌呤数或嘧啶数一定等于另一条链的嘧啶数或嘌呤数。6在DNA分子中，碱基A和T通过两个氢键形成碱基对，碱基G和C通过三个氢键形成碱基对。有一个DNA分子中含1 000个脱氧核苷酸，共有1 200个氢键，则该DNA分子中含有胞嘧啶脱氧核苷酸()A150个 B200个 C300个 D无法确定解析：选B1 000个脱氧核苷酸可组成500个碱基对，假如均为AT，则有1 000个氢键，现有1 200个氢键，多余的部分为200个，每一个CG比AT多一个氢键，因此有CG 200个。7从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的()A26% B24%C14% D11%解析：选A解此题时，为理清解题思路应先绘出两条链及碱基符号，并注明含量，这样非常直观，便于推导和分析，寻求解题方法。明确DNA的两条链所含碱基数目相同，且AT，GC，一条链中的A、T、G、C数目等于另一条链中的T、A、C、G数目，由此可列出方程组来解题：假定每条链中有100个碱基，则双链DNA中(GC)100246%92(个)，所以AT20092108(个)。因为A对TH(AT)(AHT对)，AHT对28(个)，所以A对TH1/2(AT)(AHT对)1/2108(2828)26(个)。即：A对占该链全部碱基数的26%。8若一个DNA分子中有200个碱基对，其中腺嘌呤有90个，则该DNA分子中含有游离磷酸基团的数目和氢键的数目依次为()A200个和400个 B400个和510个C2个和510个 D2个和400个解析：选C任何双链DNA分子中，均含有2个游离的磷酸基团。由题意知：该DNA分子中有AT碱基对90个，氢键数为902180(个)；GC碱基对有20090110(个)，氢键数目为1103330(个)，所以该DNA分子中的氢键数目为180330510(个)。9基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则与小鼠DNA碱基序列相同的比例是()A20% B80% C100% D无法确定解析：选D对于细胞生物，基因是有遗传效应的DNA分子片段，人与小鼠的基因虽然约80%相同，但不同生物的DNA分子具有特异性，即碱基对排列顺序不同，故无法确定。10分析一个DNA分子时，发现30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该DNA分子的一条链上鸟嘌呤所占比例的最大值为()A20% B30% C40% D70%解析：选C根据碱基互补配对原则，可知该DNA分子中鸟嘌呤占碱基总数的(130%2)220%，故双链中GC40%，推知单链中GC40%。一般情况下，DNA双链上都应有G分布，所以G40%，但也有一种极端情况是G集中分布在一条链上(无C)，而另一条链上没有G(只有C)，所以该DNA分子一条链上鸟嘌呤所占比例的最大值为40%。二、非选择题11下面是DNA分子结构模式图，请看图填空：(1)填写名称：_，_，_，_，_，_，_，_，_。(2)从图来看，DNA分子平面模式图就如同一架“梯子”，在外侧的“扶手”是由_和_交替连接而成的，内侧的横档是