2023-2024学年 人教版 必修二 DNA的结构 学案

第2节DNA的结构[学习目标]1.概述DNA结构的主要特点。2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。3.制作DNA双螺旋结构模型。一、DNA双螺旋结构模型的构建1．构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。2．过程任务一：DNA双螺旋结构模型的构建1．DNA的两条单链由碱基连接而成还是由“脱氧核糖—磷酸”的基本骨架连接而成？请结合以下资料，判断模型1、2中哪一个是科学的？资料一嘌呤和嘧啶碱基具有疏水性，脱氧核糖和磷酸具有亲水性。请判断：在科学的模型下画“√”，反之画“×”。2．两条链中的碱基排列在内侧，是相同的碱基两两相连吗？请结合以下资料进行分析：资料二DNA螺旋的直径是固定的，均为2nm。资料三嘌呤和嘧啶的分子结构图结论：不是相同的碱基两两相连，应是嘌呤与嘧啶相连。3．请根据查哥夫碱基数据表猜测应是哪两种碱基配对？来源碱基的相对含量腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T人30.919.919.829.4牛27.922.722.127.3酵母菌31.318.717.132.9结核分枝杆菌15.134.935.414.6结论：A与T配对，G与C配对。1．下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是()A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像B．沃森和克里克提出了DNA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．富兰克林和查哥夫发现DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量答案B解析在DNA结构模型构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱，A错误；查哥夫发现了DNA中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A与T配对、C与G配对的正确关系，还构建了DNA双螺旋结构模型，B正确，C、D错误。2．(多选)1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于()A．证明DNA是遗传物质B．确定DNA是染色体的组成成分C．发现DNA如何储存遗传信息D．解释A、T、G、C的数量关系答案CD二、DNA的结构1．DNA双螺旋结构的主要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成双螺旋结构排列外侧脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架内侧碱基通过氢键连接成碱基对碱基互补配对A与T配对、G与C配对2.“反向”含义的理解：脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1′－C，与磷酸基团相连的碳叫作5′－C。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端开始，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链则是从3′－端到5′－端的。任务二：DNA的结构及相关计算1．如图是DNA的结构模式图，据图回答下列问题：(1)说出图中①～⑩的名称。提示①胞嘧啶②腺嘌呤③鸟嘌呤④胸腺嘧啶⑤脱氧核糖⑥磷酸⑦胸腺嘧啶脱氧核苷酸⑧碱基对⑨氢键⑩一条脱氧核苷酸链的片段(2)一个链状DNA分子含有几个游离的磷酸基团？提示含有2个游离的磷酸基团。(3)为什么G－C碱基对含量越多DNA越稳定？提示因为A与T之间有两个氢键，而G与C之间有三个氢键，所以DNA中G与C碱基对所占的比例越高，该DNA稳定性越强。2．双链DNA碱基数目的相关计算规律根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。请据此完成以下推论：(1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。即：双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝eq\f(1,2)(A＋G＋T＋C)。规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。(2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。eq\f(A1＋T1,N1)＝eq\f(A2＋T2,N2)＝eq\f(A＋T,N)(N为相应的碱基总数)，eq\f(C1＋G1,N1)＝eq\f(C2＋G2,N2)＝eq\f(C＋G,N)。规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。(3)若eq\f(A1＋C1,T1＋G1)＝m，则eq\f(A2＋C2,T2＋G2)＝eq\f(1,m)，即两者的关系是互为倒数。规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。(4)若eq\f(A1,N1)＝a，eq\f(A2,N2)＝b，则eq\f(A,N)＝eq\f(1,2)(a＋b)。规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。准确辨析DNA结构中的数量、位置关系及连接方式3．(2023·河北邢台高一联考)如图为DNA分子部分片段的示意图，下列有关叙述正确的是()A．①为3′－端，⑥为5′－端B．DNA的基本骨架中所含化学元素包括C、H、O、N、PC．一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过氢键相连D．若该分子中G—C碱基对比例高，则热稳定性较高答案D解析DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端，故①⑥均为5′－端，A错误；DNA的基本骨架由磷酸和脱氧核糖组成，所含化学元素包括C、H、O、P，B错误；一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连，C错误。4．已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的40%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是()A．在它的互补链中，T与C之和占该链碱基总数的55%B．在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的20%和25%C．若该DNA分子含有1000个碱基对，则碱基之间的氢键数为2600个D．该DNA分子中eq\f(C＋G,A＋T)＝eq\f(3,2)答案B解析由题中信息可知，某DNA分子中，G＋C＝40%，其中一条链中T＝40%、C＝15%，可推出此链中G＝25%、A＝20%，则它的互补链中，C＝25%、T＝20%，A错误，B正确；若该DNA分子含有1000个碱基对，则A＝T＝600(个)，C＝G＝400(个)，A、T之间的氢键为600×2＝1200(个)，C、G之间的氢键为400×3＝1200(个)，碱基之间的氢键数为2400个，C错误；该DNA分子中eq\f(C＋G,A＋T)＝eq\f(40%,60%)＝eq\f(2,3)，D错误。三、制作DNA双螺旋结构模型1．材料用具曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。2．制作过程(1)从DNA的基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过曲别针连接成基本单位——脱氧核苷酸模型。(2)把“脱氧核苷酸”按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条“脱氧核苷酸链”，用同样方法制作另一条。(3)再按碱基互补配对方式用曲别针连接两条链，最后旋转。任务三：DNA的特性1．DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？提示碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。2．为什么可以利用DNA指纹来识别身份？提示两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此可以利用DNA指纹来识别身份。3．DNA是如何维系它的遗传稳定性的？提示两条链上的碱基之间的氢键和每条链上的磷酸二酯键共同维持了双螺旋结构的稳定性。5．(2023·江苏无锡高一期末)下列学生小组制作的DNA结构模型片段中，正确的是()答案A解析组成DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，两条链中的脱氧核糖的方向应相反，两条链上互补的碱基A与T通过两个氢键相连、G与C通过三个氢键相连，A正确。6．(多选)用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如表所示，下列说法正确的是()卡片类型脱氧核糖磷酸碱基ATGC卡片数量10102332A．最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键C．搭建的DNA模型中有2个游离的磷酸基团D．最多可构建44种不同碱基序列的DNA片段答案BC解析双链DN