2023-2024学年 苏教版 必修二 DNA分子结构 学案

知识点(一)DNA分子的结构[教材知识梳理](一)DNA分子结构主要探究历程时期科学家成果20世纪30年代后期瑞典科学家证明DNA分子是不对称的1951年查哥夫在定量分析几种生物DNA分子的碱基组成后，发现DNA分子中腺嘌呤(A)的量总与胸腺嘧啶(T)的量相当，鸟嘌呤(G)的量总与胞嘧啶(C)的量相当1952年富兰克林推断DNA分子可能由两条链组成1953年沃森和克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型(二)DNA分子的双螺旋结构模型1．平面结构(填图)2．立体结构(1)DNA分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成DNA分子的基本骨架。(3)DNA分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧。(4)DNA分子中碱基配对有一定的规律：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应关系，称为碱基互补配对原则。(5)在碱基对中，A和T之间形成两个氢键，G和C之间形成三个氢键。(三)遗传信息1．遗传信息储存在碱基对的排列顺序中。2．特点(1)DNA分子的多样性：碱基对排列顺序的千变万化。(2)DNA分子的特异性：特定碱基对的排列顺序。3．应用：生物亲缘关系的判断、亲子鉴定和犯罪嫌疑人的鉴定等。[核心要点点拨](一)分析DNA的方向性(1)脱氧核糖上与碱基相连的碳称作1′碳原子，与磷酸基团相连的碳称作5′碳原子。(2)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。(3)DNA的两条单链走向相反，一条单链是从5′端到3′端，另一条单链则是从3′端到5′端。(二)DNA分子的特性归纳分析稳定性DNA分子结构的稳定性是指其双螺旋结构具有相对稳定性。与这种稳定性有关的因素主要有以下几点：①DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定不变。②DNA分子双螺旋结构的内侧为碱基对，配对的碱基之间形成氢键，从而维持了双螺旋结构的稳定。③DNA分子两条链的碱基之间遵循碱基互补配对原则。④每个特定的DNA分子中碱基的数量和排列顺序稳定不变特异性尽管不同的DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样，但对于某一特定的生物而言，它的DNA分子中碱基对的排列顺序是特定的，这种特定的碱基对序列包含了特定的遗传信息，从而使DNA分子具有特异性多样性构成DNA分子的碱基虽然只有4种，但是DNA分子中碱基对的数量不同，碱基对排列顺序的千变万化导致了DNA分子的多样性[典例](2023·海安质检)下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是()A．DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA的基本骨架B．DNA两条链之间可形成氢键，且G—C碱基对所占比例越高，DNA稳定性越强C．若两个DNA分子的碱基排列顺序不同，则它们形成的空间结构也不同D．DNA分子两条链间的碱基遵循碱基互补配对原则，对于DNA维持平行结构至关重要[解析]DNA的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成，A正确；G—C碱基对之间是三个氢键，A—T之间是两个氢键，因此G—C碱基对所占比例越高，DNA稳定性越强，B正确；两个DNA分子的碱基排列顺序虽然不同，但它们形成的空间结构是相同的，一般都是双螺旋结构，C错误；DNA分子两条链间的碱基之间严格遵循碱基互补配对原则，A和T配对，C和G配对，对于DNA维持平行结构至关重要，D正确。[答案]C[归纳拓展](1)DNA分子所含氢键越多，结构越稳定，即DNA分子中G—C碱基对所占的比例越大，结构越稳定。(2)如果一个DNA分子含有n个碱基对，那么这些碱基对的排列方式就有4n种，而不是42n种，因为一个DNA分子有两条链，只要其中一条链的碱基排列顺序确定了，另一条链的碱基排列顺序也就确定了。(3)不同的碱基对排列顺序代表了不同的遗传信息，因此，DNA分子能够储存大量的遗传信息。[层级训练评价](一)澄清概念1．判断下列说法的正误(1)DNA彻底水解的产物是四种脱氧核苷酸。(×)提示：DNA初步水解的产物是四种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是含氮碱基、磷酸和脱氧核糖。(2)DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过氢键相连。(×)提示：DNA分子两条链的碱基之间通过氢键相连，一条链上的两个碱基则通过脱氧核糖、磷酸和脱氧核糖相连。(3)DNA分子中G、C碱基的比例越高，分子结构的稳定性越高。(√)(4)DNA分子中的嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。(√)(5)双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)存在特异性。(×)提示：双链DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1，不存在特异性。(6)双链DNA分子中的每个磷酸都与2个五碳糖连接。(×)提示：双链DNA分子中大多数磷酸与2个五碳糖连接，位于末端的磷酸只与1个五碳糖连接。(二)落实知能2．下面对DNA结构的叙述中，错误的一项是()A．DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧B．DNA中的两条链反向平行C．DNA中氢键数目和碱基数目一定相等D．DNA中在两条链的5′端共具有2个游离的磷酸基团解析：选CDNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，A正确；DNA分子中的两条链呈反向平行，B正确；DNA分子中A与T之间有2个氢键，G和C之间有3个氢键，故氢键数目和碱基数目不一定相等，C错误；DNA是由两条链组成的，在两条链的5′端分别具有1个游离的磷酸基团，D正确。3．DNA分子能够储存大量的遗传信息，下列说法错误的是()A．遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中B．基因是碱基对随机排列成的DNA片段C．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性D．每个人的DNA指纹图是独一无二的，这体现了DNA分子的特异性解析：选B遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中，A正确；基因是有遗传效应的DNA片段，并非碱基对随机排列，B错误；构成DNA分子的脱氧核苷酸虽只有4种，配对方式仅2种，但其数目却可以成千上万，碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性，C正确；每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息，碱基的特定排列顺序，构成了每一个DNA分子的特异性，D正确。4．假设某真核细胞的核DNA中有2000个碱基对，已知该DNA一条链上的G有400个，另一条链上的G有500个。下列有关分析错误的是()A．该DNA的每条链均有2个游离的磷酸基团B．该DNA两条链上的(A＋T)/(G＋C)的值相等C．该DNA中碱基对之间的氢键数为4900个D．该DNA中碱基排列顺序只有1种解析：选A真核细胞的核DNA为链状结构，则该DNA的每条链均有1个游离的磷酸基团，该DNA有2个游离的磷酸基团，A错误；该DNA分子遵循碱基互补配对原则，即A一定与T配对，G一定与C配对，所以该DNA两条链上的(A＋T)/(G＋C)的值相等，B正确；整个DNA中C＝G＝900，由于核DNA中有2000个碱基对，所以A＝T＝1100，C和G之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，所以该DNA中碱基对之间的氢键数为900×3＋1100×2＝4900(个)，C正确；由于DNA分子具有特异性，所以该DNA中碱基排列顺序只有1种，D正确。(三)迁移应用5．下图为真核细胞一段DNA空间结构和平面结构的示意图，回答下列问题：(1)图中DNA分子是由两条单链组或，这两条链按__________的方式盘旋成____________结构。(2)图中1代表的是__________，与2互补配对的碱基是__________(填中文名称)，图中构成DNA基本单位的是__________(填数字)。(3)假设某DNA分子含有2000个碱基对，则这些碱基对的排列顺序有______种。解析：(1)DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成的，这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。(2)图中1为氢键，与2(C)互补配对的碱基是鸟嘌呤(G)，DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸(由4、5、6组成)。(3)若某DNA分子由2000个碱基对组成，那么这些碱基对的排列方式就有42000种。答案：(1)反向平行双螺旋(2)氢键鸟嘌呤4、5、6(3)42000知识点(二)设计和制作DNA分子双螺旋结构模型及碱基间的数量关系[教材知识梳理]1．制作原理DNA分子由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧；两条链的碱基之间依据碱基互补配对原则通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧。2．制作流程3．注意事项(1)准备制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时，注意各分子的大小及比例。(2)A与T配对的一端应剪成相互吻合的形状，G与C也是如此。每个碱基对的长度应相等，以保证DNA分子两条链之间的距离相等。(3)磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。(4)各组以不同数量和顺序的A—T、C—G、T—A、G—C碱基对来制作模型，感受DNA分子的多样性。(5)两条互补链所包含的脱氧核苷酸个数应相等且互相对应，整体上两条链的走向应保证相反。[核心要点点拨]1．碱基互补配对原则：A—T，G—C。如图所示：2．有关规律(1)规律一：一个双链DNA中，A＝T、C＝G，则A＋G＝T＋C，即“嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数”或“任意两个不互补的碱基之和恒等于碱基总数的50%”。(2)规律二：在双链DNA中，A＋T或C＋G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A＋T或C＋G所占的比例。由图知：A1＋T1＋G1＋C1＝m，A2＋T2＋G2＋C2＝m，整个双链DNA的碱基总数为2m。因为A1＝T2、T1＝A2，所以A1＋T1＝A2＋T2，A＋T＝(A1＋T1)＋(A2＋T2)，eq\f(A1＋T1,m)＝eq\f(A2＋T2,m)＝eq\f(A1＋T1＋A2＋T2,2m)。(3)规律三：在双链DNA中，一条单链的(A1＋T1)/(G1＋C1)的值与其互补链的(A2＋T2)/(G2＋C2)的值是相等的，也与整个DNA的(A＋T)/(G＋C)的值是相等的。简记为“互补碱基和之比在每一条单链及双链中均相等”。(4)规律四：在双链DNA中，一条单链的(A1＋G1)/(T1＋C1)的值与其互补链的(A2＋G2)/(T2＋C2)的值互为倒数关系。简记为“不互补碱基和之比在两条单链中互为倒数”。(5)规律五：某碱基在双链中所占的比例等于它在每条单链中所占比例的平均值，若某种碱基在一条单链中占m%，在其互补链中占n%，则在双链中应占(m%＋n%)/2。(6)规律六：若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例虽然无法确定，但其最大值为2c%，最小值为0。(7)规律七：由n对脱氧核苷酸(碱基)构成的DNA，如果碱基比例未确定，理论上可构成4n种不同碱基序列的DNA；如果碱基比例已确定，则可构成的DNA种类远少于4n种。[典例1](2023·常州测试)对DNA片段的碱基进行数量分析，可以通过检测其中某种碱基的数目及其比例来推断其他碱基的数目及其比例。假如检测得知某DNA片段中碱基A的数目为x，其比例为y，下列推断正确的是()A．碱基总数为x/yB．碱基C的数目为x/(y－1)C．嘌呤数与嘧啶数之比为x/(1－y)D．碱基G的比例为(1－y)/2[解析]根据题意可知，A＝x，所占比例为y，则碱基总数为x/y，A正确；碱基总数为x/y，A＝T＝x，则C＋G＝x/y－A－T＝x/y－2x，且C＝G，故C＝G＝x[1/(2y)－1]，B错误；DNA片段中，嘌呤数等于嘧啶数，故嘌呤数与嘧啶数之比为1，C错误；碱基A的比例为y，T＝A＝y，C＋G＝1－2y，C＝G，故碱基G的比例为(1－2y)/2，D错误。[答案]A[典例2]模型建构是生物学研究的常用方法。为加深对DNA分子结构特点的理解与认识，某同学制作了图甲所示的结构模型，其部分片段的平面图如图乙所示。请回答下列问题：(1)该同学制作DNA结构模型时，需要选取____________种不同形状和颜色的塑料片作模型材料。若该同学制作的模型中含100个碱基对，且腺嘌呤占20%，则该DNA分子模型中胞嘧啶占__________，需要使用____________个订书钉来代表氢键。该模型用________________________解释DNA分子的多样性。(2)由图乙可知，⑧表示______________________。(3)由图乙可知，DNA分子中的两条长链是由________和__________交替连接构成基本骨架的。组成DNA分子的两条链的方向是____________的。(4)DNA分子中碱基的配对遵循______________原则。[答案](1)630%260碱基对排列顺序的多样性(2)胸腺嘧啶脱氧核苷酸(3)磷酸脱氧核糖反向平行(4)碱基互补配对[方法规律]画图法解答DNA中碱基计算类试题[层级训练评价](一)澄清概念1．判断有关制作DNA双螺旋结构模型的叙述的正误(1)在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(×)提示：需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。(2)两条脱氧核苷酸链之间的碱基通过氢键相连。(√)(3)制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和。(√)(4)搭建有5个碱基对的DNA双螺旋结构，需要磷酸与脱氧核糖之间的连接物9个。(×)提示：若要搭建一个具有5个碱基对的DNA双螺旋结构，则需要脱氧核糖与磷酸之间的连接物(2×5－1)×2＝18(个)。(5)制成的模型中，连接相邻两个碱基的化学键都是氢键。(×)提示：制成的模型中，连接同一条脱氧核苷酸链相邻两个碱基的是—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—，连接两条链上相邻碱基的化学键是氢键。(二)落实知能2．某班同学用如图所示卡片搭建(双链)DNA分子结构模型，其中“P”有30个，“C”有10个，以下说法错误的是()A．“D”表示脱氧核糖，“D”与“P”交替连接，排列在外侧B．碱基对中“T”与“A”之间靠氢键连接，两者之间有2个氢键C．两个小组搭建的模型长度一样，则代表两个DNA相同D．若要充分利用“P”和“C”，则需5个“A”解析：选C脱氧核苷酸由磷酸、脱氧核糖和碱基组成，“D”表示脱氧核糖，“P”表示磷酸，脱氧核糖和磷酸交替排列在DNA分子外侧，A正确；碱基对中，碱基A和T之间有2个氢键连接，G和C之间有3个氢键，B正确；两个小组搭建的模型(DNA)长度一样，但碱基排列顺序不一定相同，故代表的两个DNA不一定相同，C错误；若要充分利用磷酸基团和C碱基，“P”有30个，可以构成30个核苷酸，15个碱基对。题中的10个“C”全部利用，该DNA中有10对G—C，其余的碱基对为5对A—T，所以需要5个A，D正确。3．下列有关DNA双螺旋结构的说法，正确的是()A．一条DNA链上相邻的碱基通过氢键连接在一起B．若一条链的G∶T＝1∶2，则另一条链的C∶A＝2∶1C．碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的特异性D．A与T、G与C互补配对使DNA分子具有稳定的结构解析：选D一条DNA链上相邻的碱基通过—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—连接在一起，A错误；由于碱基互补配对，若一条链的G∶T＝1∶2，则另一条链的C∶A＝1∶2，B错误；碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性，C错误；DNA分子双螺旋空间结构、碱基互补配对使DNA保持相对稳定性，D正确。4．一条双链DNA分子，G和C占全部碱基的44%，其中一条链的碱基中，26%是A,20%是C，那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的百分比是()A．28%和22% B．30%和24%C．26%和20% D．24%和30%解析：选B双链DNA分子中，G和C占全部碱基的44%，且G1＋C1＝G2＋C2＝44%，则A＋T的含量为56%，且A1＋T1＝A2＋T2＝56%，现已知A1＝26%，C1＝20%，那么其互补链中A2＝T1＝56%－26%＝30%，C2＝G1＝44%－20%＝24%，B正确。(三)迁移应用5．下图为DNA分子结构，据图回答：(1)图中④的中文全称是____________________。(2)DNA分子的基本骨架由________________而成。(3)DNA分子两条链上的碱基通过____________连接成碱基对，并且遵循__________________原则。(4)碱基间配对方式有____________种，但由于____________，使DNA分子具有多样性。(5)如果1个DNA分子中有4000个碱基对，其中胞嘧啶有2200个，这个DNA分子中应含有的腺嘌呤的数目是________个。解析：(1)图中④是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子胞嘧啶组成的，是胞嘧啶脱氧核苷酸。(2)DNA分子的两条链是反向平行的，DNA分子的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接形成的，排列在外侧，内侧是碱基对。(3)在DNA分子中，两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，遵循碱基互补配对原则。(4)DNA分子中A与T配对，C与G配对，因此碱基间配对方式有2种。构成DNA分子的碱基虽然只有4种，但由于碱基对的排列顺序千变万化，因此构成了DNA分子的多样性。(5)在双链DNA分子中，非互补配对的碱基之和占全部碱基的一半。已知1个DNA分子中有4000个碱基对，其中胞嘧啶有2200个，则腺嘌呤的数目为4000－2200＝1800(个)。答案：(1)胞嘧啶脱氧核苷酸(2)脱氧核糖和磷酸交替连接(3)氢键碱基互补配对(4)2碱基对的排列顺序千变万化(5)1800/课堂小结与随堂训练/一、知识体系构建二、关键语句必背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。2．DNA分子外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，内侧由通过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A＋G＝T＋C。4．DNA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。三、素养好题训练1．DNA指纹技术是指利用合适的酶将待测样品DNA切开，经电泳法分成大小不同的片段，形成特定的DNA指纹图，根据DNA指纹图识别个体身份的技术。DNA指纹技术在亲子鉴定、海难、刑事侦查中有着重要应用。下列有关叙述正确的是()A．该技术的原理是磷酸和五碳糖交替排列的方式B．该技术所用的酶为解旋酶，断裂碱基对间的氢键C．同一个体不同体细胞中核DNA的序列几乎完全相同D．任意两个个体的体细胞中核DNA的序列完全不同解析：选CDNA指纹技术在刑事侦查、亲子鉴定等方面作用巨大，这主要是根据DNA具有特异性，即每个DNA分子都有特定的碱基序列，所有DNA分子磷酸和五碳糖交替排列的方式相同，A错误；该技术所用的酶为限制性内切核酸酶，断裂磷酸二酯键，B错误；由于同一个体不同体细胞来自同一个受精卵的有丝分裂和细胞分化，故其核DNA的序列几乎完全相同，C正确；DNA分子具有特异性，任意两个个体的体细胞中核DNA的序列不完全相同，但也可能出现相同的情况，如同卵双胞胎，D错误。2．(2023·无锡月考)如图为某核苷酸链片段结构图，下列叙述错误的是()A．图中的a和b都能构成一个完整核苷酸B．图中与每个五碳糖直接相连的碱基有1个C．磷酸和脱氧核糖交替连接构成了该核苷酸链的基本骨架D．若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T解析：选A一分子的磷酸、一分子的五碳糖、一分子的含氮碱基正好构成一个核苷酸，而b中包含的是第二个核苷酸的碱基和五碳糖及第三个核苷酸的磷酸，A错误；据图可知，图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个，B正确；磷酸和脱氧核糖交替连接构成了DNA分子的基本骨架，C正确；组成DNA的含氮碱基有A、C、G、T，若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T，D正确。3．已知DNA分子中，碱基对A—T以两个氢键相