2016_2017学年高中生物第4章遗传的分子基础第2节DNA分子的结构和复制第1课时DNA分子的结构学案苏教版必修.docx

第二节DNA分子的结构和复制第1课时DNA分子的结构1概述DNA分子结构的主要特点。(重点)2设计并制作DNA分子双螺旋结构模型。3DNA分子中碱基的计算。(难点)DNA 的 认 识 过 程 及 DNA 分 子 的 结 构1对DNA结构的认识过程(1)20世纪30年代后期，瑞典科学家们证明了DNA是不对称的。(2)1951年奥地利生物化学家查哥夫在定量分析DNA分子的碱基组成后，发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。(3)1952年英国化学家富兰克琳采用X射线衍射技术拍摄到DNA结构的照片，确认DNA分子为螺旋结构，而不是由一条链构成。(4)1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型。2DNA分子的结构(1)DNA的结构层次基本组成元素：C、H、O、N、P基本组成化合物：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基基本组成单位：脱氧核苷酸(4种)，如图(2)DNA的结构及特点结构特点通过图示可以观察DNA分子的结构特点：a立体结构：DNA分子是指和(填序号)组成的，它们按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。b内部结构：DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋的外侧，构成基本骨架；和碱基排列在内侧。c碱基配对：两条链上的碱基通过和氢键连接成碱基对，并且遵循AT、GC配对，称为碱基互补配对原则。特性a多样性：碱基对的排列顺序的千变万化。b特异性：是由DNA分子中特定的碱基排列顺序决定的。坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往的行人，很少有人注意到它的旋转是顺时针方向还是逆时针方向。探讨：DNA分子是怎样构成的？【提示】DNA分子是由脱氧核苷酸连接成单链，单链之间通过氢键连接起来，形成双螺旋的空间结构。探讨：DNA分子的基本单位是什么？【提示】脱氧核苷酸。探讨：DNA是怎样携带遗传信息的？【提示】通过碱基对的排列顺序携带遗传信息。探讨：近年来，许多人尝试着用DNA作防伪标记，其原理是什么？【提示】DNA分子具有特异性。1DNA分子结构中的“五、四、三、二、一”：“五”DNA分子的基本组成元素有5种(C、H、O、N、P)。“四”DNA分子的基本组成单位为“四种”脱氧核苷酸。“三”每种单位均由三分子物质(1分子磷酸、1分子脱氧核糖及1分子含氮碱基)构成。 “二”两条脱氧核苷酸长链。 “一”一种规则的双螺旋结构。2DNA分子的结构层次3DNA分子的结构特点(1)稳定性：脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序稳定不变，两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：碱基对的排列顺序多种多样。(3)特异性：每个DNA都有特定的碱基对排列顺序。1(2016镇江一中高一月考)下面关于DNA分子结构的叙述中，错误的是() 【导学号：21920037】A每个双链DNA分子中嘌呤数嘧啶数B每个碱基分子上均直接连接着一个磷酸和一个脱氧核糖C每个DNA分子中碱基数磷酸数脱氧核糖数D双链DNA分子中的一段含有40个胞嘧啶，就一定会同时含有40个鸟嘌呤【解析】DNA分子是双螺旋结构，碱基间遵循碱基互补配对原则，即AT、GC，所以AGTC，即嘌呤数嘧啶数。DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子碱基组成。脱氧核苷酸分子的连接方式为，碱基是通过五碳糖与磷酸相连的。【答案】B2(2016宁波高一检测)如图为DNA分子的结构示意图，对该图的正确描述是()A和相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B构成胞嘧啶脱氧核苷酸C是由于碱基互补配对形成的DDNA分子中依次代表A、G、C、U【解析】结构图中分别表示磷酸、脱氧核糖、胞嘧啶。磷酸和脱氧核糖的相间排列构成了DNA分子的基本骨架。图中不是同一个脱氧核苷酸分子的成分，其中磷酸是上面一个脱氧核苷酸的组成成分。是氢键，是碱基互补配对形成的。根据碱基互补配对原则，DNA分子中依次代表A、G、C、T。【答案】C设计和制作DNA分子双螺旋结构模型及DNA分子的相关计算1制作原理：DNA分子双螺旋结构的主要特点。2实验目的：通过制作DNA分子双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解和认识。3材料用具：曲别针、泡沫塑料、纸板、牙签、橡皮泥等。4设计模型：绘出DNA模型的设计图；确定制作的DNA分子双螺旋结构模型的大小(如高度与直径的比例)、维系立体构型的方式；代表磷酸、脱氧核糖、碱基的材料等。5制作模型：选材：选择能代表磷酸、4种碱基和脱氧核糖的材料等制作：若干个磷酸、脱氧核糖、碱基整合：若干个脱氧核苷酸连接：形成脱氧核苷酸链构成平面：两条反向平行的单链旋转：DNA分子双螺旋结构根据下图DNA分子的平面结构，完成下列探究题目。探讨：DNA分子中，磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量关系如何？【提示】磷酸数脱氧核糖数碱基数。探讨：四种碱基(A、T、C、G)之间有何关系？【提示】AT，GC。探讨：某DNA分子中A有n个，C有m个，该DNA分子两单链之间共有多少个氢键？【提示】2n3m。探讨：不同的DNA分子中或的值有什么规律？【提示】 等于1，因为DNA分子中A与T相等，G与C相等。DNA分子结构如图，碱基互补配对原则：A配T，G配C。1以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系(1)A、T、G、C的关系：AT，GC。(2)非互补碱基和之比：(AG)/(TC)(AC)/(TG)1。结论：DNA中非互补碱基之和总相等。(3)互补碱基和之比：(AT)/(GC)不是定值。2以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系(如上图)(1)A1T2，G1C2，C1G2，T1A2。(2)若1链中(A1G1)/(T1C1)m，则2链中(A2G2)/(T2C2)1/m。结论：两链间非互补碱基和之比互为倒数。3DNA双链和单链中碱基数量的联系(如上图)(1)若在双链中(AT)/(GC)n，则在1链中(A1T1)/(G1C1)n,2链中(A2T2)/(G2C2)n。结论：在同一DNA分子中，双链和单链中互补碱基和之比相等。(2)若1链中A1占的比例为X1,2链中A2占的比例为X2，则整个DNA分子中A占的比例为(X1X2)/2。结论：某碱基占双链DNA分子碱基总数的百分比等于相应碱基占相应单链比值和的一半。碱基配对原则应用注意问题(1)大部分DNA是双链，但也有DNA是单链的，单链DNA中不存在AT，CG的关系。(2)DNA中碱基配对只能是A和T、C和G之间。(3)计算碱基含量时，应注意题干中提供的是碱基对还是碱基数目，所求的碱基比例，是占整个DNA分子的比例还是占其中一条链的比例。1某同学制作一DNA片段模型，现准备了10个碱基T塑料片，8个碱基A塑料片，30组脱氧核糖和磷酸的塑料片，那么还需准备碱基C塑料片数目是()A14B8C7D16【解析】因为30组脱氧核糖和磷酸塑料片可制成含15个碱基对的DNA分子模型，而该同学已准备了10个碱基T塑料片，8个碱基A塑料片，这样仅能构成8个AT碱基对，剩下的7个碱基对若全为GC碱基对，则还需要准备G、C碱基塑料片各7片。【答案】C2分析某生物的双链DNA，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，其中一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则另一条链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是() 【导学号：21920038】A17%B32%C34%D50%【解析】假设DNA中共有2N个碱基，根据题干可知：(AT)%64%，即(AT)/2N0.64.则(A1A2T1T2)/2N0.64，可推出(A1T1)/N0.64，题干还告诉我们：A1/N0.30，则可知T1/N0.34，而T1A2，所以A2/N0.34(即另一条链中的A占该条链碱基总数的34%)，则A2/2N0.17，即另一条链中的A占整个DNA分子碱基总数的17%。【答案】A3某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上ATGC1234，下列表述错误的是()A该DNA分子的另一条链上ATGC2143B该DNA分子共有腺嘌呤60个C该DNA分子共有鸟嘌呤140个D其中一条链中(AT)/(GC) 3/7，另一条链中(AT)/(GC)7/3【解析】根据碱基互补配对原则，AT60，GC140；DNA分子的两条单链中(AT)/(GC)都等于。【答案】D1下列关于DNA分子结构的叙述正确的是() 【导学号：21920039】ADNA分子中每个磷酸都与两个脱氧核糖相连BDNA分子中每个脱氧核糖都与两个磷酸相连CDNA分子中A一定等于T，G一定等于CD在双链DNA分子中，嘌呤数等于嘧啶数【解析】由DNA分子的平面结构图可知，每条链两端的磷酸(或脱氧核糖)只与一个脱氧核糖(或磷酸)相连接。DNA分子包括单链和双链，其中双链DNA分子中，AT，GC。【答案】D2下列制作的DNA双螺旋结构模型图中，连接正确的是()【解析】DNA双螺旋结构的外侧是由脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替连接而成的长链，构成DNA分子的基本骨架；碱基对位于双螺旋结构内侧，通过氢键相连。【答案】B3(2016郑州高一检测)在双链DNA分子中，有关四种碱基的关系，下列等式中错误的是()A.B.CATGCDAGTC【解析】双链DNA中AT，GC，因此，1，AGTC，但AT不一定等于GC。【答案】C4双链DNA的一条链中，(AG)/(TC)0.4，则该比值在整个DNA及其互补链中分别是() 【导学号：21920040】A1和0.4 B1和0.6C1和2.5D0.4和0.4【解析】整个DNA分子中AGTC。双链DNA的一条链中的A与互补链中的T相等，一条链中的G与互补链中的C相等。【答案】C5(2016泰安期末)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】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、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。【答案】D课堂小结：网络构建核心回扣1.DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，DNA双链是反向平行的关系。2DNA分子外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，内侧是由氢键相连的碱基对组成。3双链DNA分子中，嘌呤碱基数嘧啶碱基数，即AGTC。4DNA具有多样性和特异性，DNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息。学业分层测评 (建议用时：45分钟) 学业达标1(2016苏大附中高一测试)下列有关DNA分子双螺旋结构中碱基对特征的表述，错误的是()A两条主链上的对应碱基以氢键连接成对B配对碱基的互补关系为AG，TCC各个碱基对的平面之间呈平行关系D碱基对排列在双螺旋的内侧【解析】DNA分子中碱基对是以氢键连接，并排列于双螺旋内侧，且碱基对平面是平行的。碱基互补配对的关系是AT，GC。【答案】B2(2016长沙高一检测)下列关于沃森和克里克、富兰克琳、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富兰克琳提供了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富兰克琳和查哥夫发现A的量等于T的量、C的量等于G的量【解析】在DNA分子结构构建方面，富兰克琳提供了DNA分子衍射图谱；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DNA分子的双螺旋结构模型。【答案】B3由一对氢键连接的两个脱氧核苷酸已查明它的结构有一个腺嘌呤，则它的其他组成成分应是() 【导学号：21920041】A3个磷酸、3个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶B2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胞嘧啶C2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶D1个磷酸、1个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶【解析】A与T之间由两个氢键连接，除了一个腺嘌呤外，还有一个胸腺嘧啶(T)、两个磷酸、两个脱氧核糖。【答案】C4(2016无锡高一检测)已知在甲DNA分子的一条单链中(AG)/(TC)m，乙DNA分子的一条单链中(AT)/(GC)n，分别求甲、乙两DNA分子中各自的另一条链中对应的碱基比例分别为()Am、1/nB1/m、nCm、1D1、n【解析】根据碱基互补配对原则，DNA分子一条链中(AG)/(TC)的值与互补链中的该比值互为倒数，所以甲DNA分子另一条链中(AG)/(TC)的值为1/m；DNA分子的一条单链中(AT)/(GC)的值等于其互补链和整个DNA分子中该比值，所以乙DNA分子另一条链中(AT)/(GC)的比值为n。【答案】B5在一个双链DNA分子中，脱氧核苷酸总数为n，胞嘧啶碱基数为a，下列各种物质的数量，错误的是()A磷酸数nB一条链中的CGaCA的数量(n2a)/2D一条链中的ATn2a【解析】每个脱氧核苷酸分子中含有1个磷酸分子，故A项正确。DNA分子中的CGa，整个DNA分子中的CG2a，因此，一条链中CGa，B项正确。A的数量T的数量碱基总数减去G和C之和，再除以2，即(n2a)/2，C项正确。整个DNA分子中ATn2a，一条链中AT(n2a)/2，D项错。【答案】D6在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有4种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌(生活在高温环境中)的是()A含胸腺嘧啶32%的样品B含腺嘌呤17%的样品C含腺嘌呤30%的样品D含胞嘧啶15%的样品【解析】DNA分子中氢键的数量越多，结构越稳定，AT含2个氢键，GC含3个氢键，因此GC碱基对越多的DNA分子结构越稳定。四个选项中含腺嘌呤17%的样品中碱基G、C的含量最多，其结构最稳定。【答案】B7(2016常州高一检测)如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是()ADNA与RNA在核苷酸上的不同点只在方面B如果要构成ATP，只要在位置上加上两个磷酸基团C在超级细菌的遗传物质中只有4种DDNA分子中每个均与一个相连【解析】分别是磷酸、五碳糖和碱基，DNA和RNA的区别不仅种类不同，的种类也有所不同。如果为核糖，是腺嘌呤，在的位置加两个磷酸基团，形成ADP，再加一个磷酸基团则形成ATP，但如果为脱氧核糖则不能形成ADP或ATP。为含氮碱基，细菌的遗传物质是DNA，DNA中只有4种碱基：A、G、T、C。【答案】C8(2016无锡高一检测)如图为DNA分子结构示意图。对该图的描述正确的是()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代表的碱基为TDDNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息【解析】图中表示磷酸，表示脱氧核糖，表示胞嘧啶。磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架；中下方的磷酸基团与才共同构成一个胞嘧啶脱氧核苷酸；表示氢键，代表的碱基为C；DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息。【答案】D9假设一个DNA分子片段中，碱基T共312个，占全部碱基的26%，则该DNA片段中碱基G所占百分比和数目分别是 ()A26%,312个 B24%,288个C24%,298个D12%,144个【解析】DNA分子的碱基数目和比例严格遵循碱基互补配对原则，即DNA分子中有一个A，必定有一个和其互补的T；有一个C，必有一个G。根据这个原理可知G24%；又知T共312个，占26%，则可知该DNA分子片段中共有碱基31226%1 200(个)；前面已计算出G占24%，则G的数目是1 20024%288(个)。【答案】B10如图是DNA分子片段的结构模式图，请据图回答：(1)填写有关结构的名称：(中文名称)_；_；_。(2)该图所示DNA分子片段中，有_个脱氧核苷酸分子。(3)有人形象地将DNA的平面结构比喻为一架“梯子”，那么组成这个“梯子”的“扶手”的物质是_和_，它形成了DNA分子的基本骨架；相当于两个“扶手”间“阶梯”的物质是_，它的形成靠_相连，并严格遵循_原则。(4)若以这条链为模板，按碱基互补配对的规律，形成的另一条链上碱基的排列顺序，从上到下依次为_。【解析】根据碱基互补配对原则，知分别为C、A、G、T，为磷酸，为碱基，为脱氧核糖，共同构成，为DNA的基本单位脱氧核苷酸。两条脱氧核苷酸链外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接，组成“梯子”的“扶手”，“阶梯”就是两条链之间的碱基对。【答案】(1)鸟嘌呤磷酸脱氧核糖(2)8(3)磷酸脱氧核糖碱基对氢键碱基互补配对(4)GACT能力提升11在DNA分子模型搭建实验中，如果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()A粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补B粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似C粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补D粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同【解析】A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。【答案】A12下图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述正确的是()A能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或bB图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个C图中总是与两个磷酸相连D如图所示的脱氧核苷酸链中AT，CG【解析】图中a表示一个完整的脱氧核苷酸，b中的磷酸在脱氧核糖上的连接位置不对，不是一个脱氧核苷酸；一端的脱氧核糖只能与一个磷酸相连；脱氧核苷酸单链中，AT，CG。【答案】B13若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子一条链上的A占这条链碱基的18%，则另一条链上的A的比例是()A9% B27% C28%D46%【解析】G占整个DNA分子的27%，依碱基互补配对原则：GC27%，GC54%，那么AT154%46%。那么任何一条链中AT46%，其中一条链中A18%，则此链中T46%18%28%，另一条链中A28%。【答案】C14(2016江苏南菁中学高一测试)分析以下材料，回答有关问题。材料一在沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型之前，人们已经证实了DNA分子是由许多脱氧核苷酸构成的长链，自然界中的DNA并不以单链形式存在，而是由两条链结合形成的。材料二在1949年到1951年期间，科学家查哥夫研究不同生物的DNA时发现，DNA分子中的嘌呤脱氧核苷酸的总数始终等于嘧啶脱氧核苷酸的总数，且A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，但(AT)与(GC)的比值是不固定的。材料三根据富兰克琳等人对DNA晶体的X射线衍射分析表明，DNA分子由许多“亚单位”组成，而且每一层的间距为0.34 nm，而且整个DNA分子长链的直径是恒定的。以上科学研究成果为1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型奠定了基础。(1)材料一表明DNA分子是由两条_组成的，其基本单位是_。(2)嘌呤脱氧核苷酸的总数始终等于嘧啶脱氧核苷酸的总数，说明_。(3)A的总数等于T的总数，G的总数等于C的总数，说明_。(4)A与T的总数和G与C的总数的比值不固定，说明_。(5)富兰克琳等人提出的DNA分子中的亚单位事实上是_；亚单位的间距都为0.34 nm，而且DNA分子的直径是恒定的，这些特征表明_。(6)基于以上分析，沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是_，并成功地构建了DNA分子的双螺旋结构模型。【解析】本题考查DNA分子的双螺旋结构模型