新教材生物人教版必修2学案3-2DNA的结构

第2节DNA的结构核心素养能力培优知识点一DNA的结构1．DNA双螺旋结构模型的构建(1)构建者：沃森和克里克。(2)构建过程：(3)DNA双螺旋结构的构建历程：结合科学家对DNA结构的探索过程，判断正误：①由于DNA双螺旋结构的发现，沃森、克里克和威尔金斯共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。(√)提示：由于沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文的发表，沃森、克里克和威尔金斯共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。②A—T碱基对和G—C碱基对的形状和直径是不相同的，使得DNA的直径也不同。(×)提示：由于A—T碱基对和G—C碱基对具有相同的形状和直径，使得DNA具有恒定的直径。③受威尔金斯和富兰克林的影响，沃森和克里克改变了碱基配对的方式。(×)提示：威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱，推算出DNA呈螺旋结构，受查哥夫的影响，沃森和克里克改变了碱基配对方式。④沃森和克里克构建了一个将磷酸——脱氧核糖骨架排在螺旋外部，碱基排在螺旋内部的双链螺旋。(√)提示：DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。2．DNA的结构(1)平面结构：(2)空间结构：①名称：双螺旋结构。②特点：3.制作DNA双螺旋结构模型某学习小组，利用材料制作了DNA双螺旋结构模型，请将合理的制作顺序排列起来③①②⑤④。①组装“脱氧核苷酸模型”②组成多核苷酸长链③制作若干个磷酸、碱基和脱氧核糖④获得DNA分子的立体结构⑤制作DNA分子平面结构DNA的结构：(1)数量关系：①游离磷酸基团：每个DNA片段有2个。②氢键：A—T之间有2个，G—C之间有3个。③脱氧核糖数＝磷酸数＝含氮碱基数。(2)位置关系：①单链中：相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。②双链间：相邻碱基通过氢键相连。(3)化学键：①氢键：连接互补链中配对的碱基。②磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸。★思考·讨论1．DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪一组成成分中？(生命观念)提示：N存在于含氮碱基中，P存在于磷酸基团中。2．DNA若进行初步水解和彻底水解，则产物分别是什么？(科学思维)提示：初步水解的产物是4种脱氧核糖核苷酸；彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。1．如图是某DNA片段的结构示意图，下列叙述正确的是(C)A．②③⑤构成一个脱氧核苷酸B．DNA中A＋T含量高时稳定性较高C．磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架D．a链、b链方向相同，a链与b链的碱基互补配对解析：a链、b链方向相反，③④⑤构成一个脱氧核苷酸，A错误；碱基A和T之间有两个氢键，碱基G和C之间有三个氢键，因此G＋C含量高的DNA分子的相对稳定性较高，B错误；磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架，C正确；DNA的两条链方向相反，a链与b链的碱基互补配对，D错误。【方法规律】记忆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。二条长链：二条反向平行的脱氧核苷酸链。一种螺旋：双螺旋结构。★素养·探究——情境迁移坐落在北京中关村高新科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的造型吸引着过往行人，它象征着中关村生生不息的精神，寓意创新的生命更加顽强。(1)生命观念——结构与功能观该双螺旋模型代表的双链之间通过什么化学键连接？提示：氢键。(2)生命观念——结构与功能观该双螺旋模型代表的双链长度是否相等？为什么？提示：相等；两条链之间通过碱基互补配对，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等。2．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，下列表述不正确的是(A)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．相邻脱氧核苷酸之间通过化学键③连接起来D．从碱基上看，缺少的碱基是T解析：图中所示a表示的是一个完整的脱氧核苷酸；图中与五碳糖直接相连的碱基只有一个；图中③处表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T。知识点二DNA中碱基数量的计算根据碱基互补配对原则：A与T配对、G与C配对，4种碱基之间存在以下关系：(1)在DNA双链中，由于碱基互补配对，有A＝T，G≡C。(2)在DNA双链中，嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。(3)互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中eq\f(A＋T,G＋C)＝m，则在互补链及整个DNA中eq\f(A＋T,G＋C)＝m。(4)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中eq\f(A＋G,T＋C)＝a，则在其互补链中eq\f(A＋G,T＋C)＝eq\f(1,a)，而在整个DNA分子中eq\f(A＋G,T＋C)＝1。(5)某种碱基在DNA中所占比例，等于这种碱基在DNA每条链中所占比例和的平均数。如DNA中A占n%，则eq\f(A1＋A2,2)＝n%。★思考·讨论3．DNA的一条链中(G＋T)/(A＋C)＝0.5，(A＋T)/(C＋G)＝2，则该DNA中另一条链上同样的碱基比例为多少？(科学思维)提示：根据碱基互补配对原则，另一条链上(G＋T)/(A＋C)＝2，(A＋T)/(C＋G)＝2。4．若某DNA中，A≠T，G≠C，可能的原因是什么？(生命观念)提示：该DNA不是双链结构，而是单链结构。3．某研究小组测定了多个不同双链DNA的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA中碱基数目比值的关系图。下列表示正确的是(C)解析：DNA中eq\f(A＋C,T＋G)应始终等于1；一条单链中eq\f(A＋C,T＋G)与其互补链中eq\f(A＋C,T＋G)互为倒数，一条单链中eq\f(A＋C,T＋G)＝0.5时，互补链中eq\f(A＋C,T＋G)＝2；一条单链中eq\f(A＋T,G＋C)与其互补链中eq\f(A＋T,G＋C)及DNA中eq\f(A＋T,G＋C)都相等。★素养·探究——母题追问(1)科学思维——模型与建模以DNA单链中eq\f(A＋G,T＋C)为横坐标，另一条单链中eq\f(A＋G,T＋C)为纵坐标，请在坐标图上标出对应曲线。提示：(2)科学思维——分析与综合若DNA一条单链中(A＋T)占该链碱基总数的50%，A占该链碱基总数的20%，则另一条单链中A占DNA中碱基总数的比例是多少？提示：DNA另一条链中(A＋T)占该链碱基总数的50%，T占比例为20%，A占比例为50%－20%＝30%，则该单链中A占DNA碱基总数的比例为15%。【方法规律】DNA中有关碱基比例计算的三个步骤第一步：弄清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA碱基的比例，还是占DNA一条链上的碱基的比例。第二步：画一个DNA模式图，并在图中标明已知的和所求的碱基。第三步：根据碱基互补配对原则和相关规律进行计算。4．下列有关DNA分子结构的叙述中错误的是(B)A．每个双链DNA分子最多含有四种脱氧核苷酸B．每个碱基分子上均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．一段双链DNA分子中若含有40个胞嘧啶，就会同时含有40个鸟嘌呤解析：先画出脱氧核苷酸的结构简图，就可依图回答问题。每个碱基上均连接一个脱氧核糖和一个对应的互补配对的碱基。课题调研：模式图类题目——DNA结构[典范例题]根据下面的DNA分子结构模式图回答问题。(1)写出下列序号所表示物质或结构的名称：①________；⑤________；⑦________；⑧________；⑩________。(2)构成DNA的两条链按________方式盘旋成双螺旋结构；DNA的基本骨架由________________而成；DNA两条链上的碱基通过________连接成碱基对。(3)图示该DNA片段中基本组成单位共有________种，但由于__________________使DNA具有多样性；由于__________________，使DNA具有特异性。[模板构建·思路导引]eq\a\vs4\al(识图)模式图一般源于教材，根据题中信息可知，本模式图原型为教材中“DNA分子的结构模式图”eq\a\vs4\al(析图)利用剖析的方法，从局部到整体识别图中各序号所表示的物质或结构名称。根据碱基互补配对原则，由碱基G判断①和⑧代表的物质或结构。根据已知条件该片段为DNA片段，结合DNA的单位组成判断⑤和⑦代表的物质或结构eq\a\vs4\al(答题)结合题干及设问正确书写图中各序号表示的名称，准确表述DNA的结构特点[规范答案·警示失误](1)胞嘧啶脱氧核糖胸腺嘧啶脱氧核苷酸碱基对脱氧核苷酸链错答：将⑦答成核苷酸错因：混淆了DNA和核酸的基本单位，实际上核酸的基本单位是核苷酸，DNA的基本单位是脱氧核苷酸。(2)反向平行脱氧核糖与磷酸交替连接氢键(3)4不同DNA中碱基对排列顺序的千变万化每个DNA具有特定的碱基对排列顺序错答：第一空答为8错因：误认为图中DNA片段的两条链各含4种脱氧核苷酸，共含8种，实际两条链上脱氧核苷酸种类相同。课堂对点素养达标一、选择题1．下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是(B)A．核苷酸的组成种类 B．核苷酸的连接方式C．核苷酸的排列顺序 D．核苷酸的数量多少解析：核酸包括DNA和RNA，两种物质功能不同。DNA由4种脱氧核苷酸组成，RNA由4种核糖核苷酸组成；核苷酸的数量和排列顺序的不同，决定了核酸分子结构的多样性，结构的多样性决定了功能的多样性；组成核酸的核苷酸分子之间都是通过磷酸二酯键连接而成的。2．细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A，则该片段中(C)A．G的含量为30% B．U的含量为30%C．嘌呤含量为50% D．嘧啶含量为40%解析：本题考查DNA两条链的碱基互补配对原则。根据碱基互补配对原则，一个DNA片段中A＝T、C＝G，A的含量为30%，则T的含量也是30%，C＝G＝20%，嘌呤总数等于嘧啶总数，各占碱基总数的50%。3．下面关于DNA分子结构的叙述中，不正确的是(D)A．每个DNA分子中含有四种脱氧核苷酸B．DNA分子的两条链反向平行C．DNA两条链上的碱基以氢键相连，且A与T配对，G与C配对D．每个脱氧核糖上均连接一个磷酸和一个含氮碱基解析：在DNA分子中，位于单链中间的脱氧核糖与2个磷酸和1个含氮碱基相连。4．DNA分子的多样性和特异性分别取决于(A)A．碱基对不同的排列顺序和特定的碱基排列顺序B．DNA分子的双螺旋结构和解旋酶的特异性C．碱基对有不同的排列顺序和碱基互补配对原则D．细胞分裂的多样性和DNA复制的稳定性解析：DNA分子具有多样性和特异性，碱基对的不同排列顺序决定其多样性，对每个DNA分子来说，其碱基对的排列顺序是特定的，这决定了DNA分子的特异性。5．下列有关DNA的叙述中不正确的是(多选)(ACD)A．同一生物个体各种体细胞核中的DNA，具有相同的碱基组成B．双链DNA分子的碱基含量是A＋G＝C＋T或A＋C＝G＋TC．细胞缺水和营养不足将影响DNA的碱基组成D．DNA只存在于细胞核中解析：双链DNA分子中，碱基A与碱基T配对，数目相同，碱基G与碱基C配对，数目相同。同一生物个体各种体细胞核中的DNA可能由于某种原因发生变化。细胞缺水和营养不足只影响细胞的新陈代谢，不影响DNA的碱基组成。DNA不只存在于细胞核中，在线粒体、叶绿体中也有。二、非选择题6．如图是DNA片段的结构图，请据图回答：(1)图甲是DNA片段的平面结构，图乙是DNA片段的立体(或空间)结构。(2)填出图中部分结构的名称：[2]一条脱氧核苷酸单链片段、[5]腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图中可以看出DNA分子中的两条链是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。(4)连接碱基对的结构是氢键，碱基配对的方式如下：即A(腺嘌呤)与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)与C(胞嘧啶)配对。(5)从图甲可以看出组成DNA分子的两条链的方向是反向平行的，从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成规则的双螺旋结构。解析：(1)图甲表示DNA分子的平面结构，图乙表示DNA分子的立体(空间)结构。(2)图中2表示一条脱氧核苷酸单链片段，而5表示腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲的平面结构可以看出：DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成了基本骨架。(4)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且有一定规律：A与T配对，G与C配对。(5)根据图甲可以判断：组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的；从图乙可以看出组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。7．已知双链DNA分子的一条单链中(A＋G)/(T＋C)＝m，求：(1)在另一互