高中生物 第3章第2节 DNA分子的结构学案 新人教版必修2

第2节DNA分子的结构

学习目标

1.体验DNA分子双螺旋结构模型的制作过程，学会制作DNA分子的模型。

2.掌握DNA分子的结构特点并会进行相应的碱基计算。(重、难点)

知识点一DNA分子的结构[学生用书P45]

.冽iiS■导

阅读教材P47-P49

1.DNA双螺旋结构模型的构建

威尔金斯和富兰克林DNA的结构单位：4种脱氧核甘酸,

提供的DNA衍射图谱分别含有A、T、C、G四种碱基

沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构

I一

r旅、碱基位于螺旋的外部

试建J双螺旋UI-

:模型1三螺旋/用尽磷酸一脱氧核糖骨架在处，碱

重新建构模型：让A与罢配对，G与C配对

I

形成DNA双螺旋结构模型

2.DNA分子的结构

(1)写出下图中各部分的名称

②

③

①胸腺口密陡(T)；②脱氧核糖;③磷酸;④碱基对;⑤腺喋吟(A)；⑥鸟口票吟(G)；⑦胞

喀咤。

(2)双螺旋结构的特点

①DNA分子是由两条链构成,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

②DNA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；碱基排列在内

侧。

③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基配对的规律是：A与T配对，鱼与C配

对。碱基之间这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。

深化❿展

1.解读DNA结构模型的三个关键

［每个DNA分子片段中，游离的磷酸基团有2个;

JA—T碱基对之间有两个氢键，G—C碱基对之

H|间有三个氢键；

〔脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数

［单链中相邻碱基通过脱氧核糖一磷酸一脱

(2)^5氧核糖连接；

关系|

〔互补链中相邻碱基通过氢键相连

［氢键：连接互补链中相邻碱基；

(3)|化学键||磷酸二酯键:连接单链中相邻两个脱氧核

〔昔酸的脱氧核糖和磷酸

2.利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子结构

|五种1四种11一种空1

元素「碱基「

1「分子11长链「1间结构1

~~r~1__1___1-1

；C、H、0.：：A、G、;脱氧核糖、「脱氧核昔::规则的双1

：N、P：C.T，磷酸、碱基♦酸双链：;螺旋结构

3.DNA分子的特性

(1)稳定性：①DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；②两条链间碱基互补配对

的方式不变。

(2)多样性：不同DNA分子中脱氧核昔酸的数量不同，排列顺序多种多样。〃个碱基对

构成的DNA分子中，排列顺序有4"种。

(3)特异性：每种DNA都有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。

题组⑥破

1.(2019•滨州高一检测)下面关于DNA分子结构的叙述，不正确的是()

A.每个DNA分子中通常都含有四种脱氧核甘酸

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着一个磷酸和一个碱基

解析：选D。通常情况下，DNA分子中每个脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基，位于

两条链两端的脱氧核糖连接着一个磷酸和一个碱基。

2.下图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核甘酸链，下列表

述不正确的是()

A.能表示一个完整脱氧核甘酸的是图中的a或b

B.图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个

C.相邻脱氧核甘酸之间通过化学键②连接起来

D.从碱基上看，缺少的碱基是T

解析：选A。图中所示只有a表示的是一个完整的脱氧核音酸；图中与五碳糖直接相连

的碱基只有1个；②表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核甘酸通过此键相连接；脱氧核甘酸

中的碱基共有4种，即A、G、C、To

知识点二DNA分子中的相关计算[学生用书P46]

读

结合DNA分子双螺旋结构模型的特点，归纳DNA分子中的有关计算规律。

ATGC

(1)以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系

①A、T、G、C的关系：A=T,G=C。

②非互补碱基和之比：(A+G)/(T+C)=(A+C)/(T+G)=1。

结论：DNA中非互补碱基之和相笠。

(2)以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系

①Ai=Tz，Gi-C2?Ci—G2,TI=A2O

②若1链中(Ai+Gi)/(「+G)=处则2链中(Az+G2)/(T2+C2)=l/伍

结论：两链间非互补碱基和之比互为倒数。

(3)DNA双链和单链中碱基数量的关系

①若双链DNA分子中的一条链上缶+/=或，贝1J

Ai-T2I

f=>Ai+Ti=A2+T2=75%,所以A+T=

TI=A2J

A1+A2+T1+T2ifk+lfk

2=2=成。

结论：在同一DNA分子中，单链中某互补碱基之和所占的比例与双链中该互补碱基之和

所占的比例相等。

②若1链中Ai占比例为％,2链中A?占比例为扁则整个DNA分子中A占比例为（％+

%）/2。

结论：某碱基占双链DNA碱基总数的比例等于相应碱基占相应单链比例和的一。

深化❿展

解答此类问题分三步

第一步：（1）看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例。

⑵看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基。

第二步：画一个DNA分子简图，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。

题组⑥破

1.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（）

CGAG

A—=一B-=-

TATC

C.A+G=T+CD.A+T=G+C

答案：D

2.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

占这个链碱基的18%,则另一条链上的A的比例是（）

A.9%B.27%

C.28%D.46%

解析：选C。G占整个DNA分子的27%,依碱基互补配对原则可知：G=C=27%,G+C=

54%,那么A+T=l—54%=46%,又因为它的任何一条链中A+T=46%,其中一条链中的人=

18%,则此链中T=46%-18%=28%,另一条链中A=28%。

3.某DNA分子中，胞嚏咤与鸟喋吟共占碱基总量的46%,其中一条链上腺喋吟占此链

碱基总数的28%,则另一条链上腺喋吟占此链碱基总数的百分比为（）

A.46%B.26%

C.54%D.24%

解析：选B。假设这段DNA分子中分为H链和L链，根据碱基互补配对原则，列出：

（GH+CH）%=（Q+GJ%=总（G+C）%,故GL+Q=46%。同理，。口+，）%=31.+11）%=总供

+T）%,即AL+TL=54%,AH=TL=28%,故AL=54%—28%=26%。

核心知识小结

［规范答题］

❶DNA分子的双螺旋结构

［要点回眸］

（1）两条链反向平行。

（2）脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外

DNA结构模型侧，构成基本骨架。

的构建过程

(3)碱基通过氢键连接成碱基对，排列在

内侧。

❷双链DNA分子中，喋吟碱基数=嚏咤碱

基数，即A+G=T+C。

❸互补碱基之和的比例在DNA的任何一

条链及整个DNA分子中都相等。

0在DNA分子中，含G—C碱基对越多的

DNA分子相对越稳定。

❺非互补碱基之和的比例在两条互补链

中互为倒数，而在整个DNA分子中比值为

lo

■■■一堂达标检测■■■［学生用书P47］

［拓宽教材］

1.(必修2P50“模型建构”改编)下面是4位同学拼制的DNA分子部分平面结构模型，

正确的是()

AB

D

解析：选C。脱氧核甘酸之间的连接点是在一个脱氧核昔酸的磷酸和另一个脱氧核甘酸

的脱氧核糖之间，A、B两项错误；磷酸分别与两个脱氧核糖的5号、3号碳原子相连，C项

正确，D项错误。

2.(必修2P51拓展题改编)(1)如果DNA分子一条链氏中的(A+C)/(T+G)为如那么

互补链上中(A+C)/(T+G)为；在整个DNA分子中，该比值为o

(2)在双链DNA分子中，若某一条链中(A+T)/(G+C)=〃，则在另一条链中(A+T)/(G

+0的比值是；在整个DNA分子中(A+T)/(G+C)的比值是o

答案：(D-1

m

(2)nn

［精练好题］

3.下图为某同学在学习DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(其中O代表

磷酸)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是()

A.甲说：该图没有什么物质和结构上的错误

B.乙说：该图有一处错误，就是U应改为T

C.丙说：该图有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖

D.丁说：如果说他画的是RNA双链则该图就是正确的

解析：选C。题图中有三处错误，错误一：组成DNA分子的五碳糖应该是脱氧核糖，所

以图中的核糖应改为脱氧核糖。错误二：碱基应为A、T、G、C四种，图中的U应改为T。

错误三：单链中脱氧核甘酸之间的连接形式不应该是磷酸与磷酸相连，而是磷酸与脱氧核糖

相连。

4.(2019•昆明高一检测)某同学制作的DNA双螺旋结构模型中，在一条链中所用碱基

模型A：C：T：G为1：2：3：4,则该模型中四种碱基模型的比例应为()

A.1：2：3：4B,3：4：1：2

C.1：1：1：1D.2：3：2：3

解析：选D。DNA双链中A与T配对，C与G配对，所以已知比例的这条链上的A(T)数

量与另一条链上的T(A)数量相等，C(G)数量与另一条链上的G(C)数量相等，故另一条链中

A、C、T、G数量之比为3：4：1：2,两比值对应相加，即得到整个DNA双链中四种碱基数

量的比为2：3：2：3。

5.(2019•济宁高一检测)某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%,其中一

条链(a)上的G占该链碱基总数的21%,那么，对应的另一条互补链(b)上的G占DNA分子碱

基总数的比例是()

A.35%B.29%

C.28%D.17.5%

解析：选D。己知该DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的比例为44%,根据碱基

互补配对原则可知，A=T,G=C,所以A=T=22%,则G=C=50%—22%=28%。又已知一条

链(a)上的G占该链碱基总数的21%,即侪=21%,在双链DNA分子中，G=(GI+G2)/2,解得

互补链(b)上Gz=2G—Gi=35%,则Gz占双链碱基总数的比例为35%/2=17.5%。

6.(2019•烟台高一检测)下图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题:

（1）图甲表示DNA片段的结构，图乙表示DNA片段的结构。

（2）填出图中部分结构的名称：［2］、［5］。

（3）从图中可以看出DNA分子的两条链是由和交替连接形成的。

（4）连接碱基对的化学键是,碱基配对的方式如下：与配对；

与配对。

（5）从图甲中可以看出组成DNA分子的两条链的方向是的，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表示一条脱氧核甘酸单链片段，而5表示腺喋吟脱氧核昔酸。（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分子的两条脱氧核甘酸链是反向平行的；从图乙可以看出组成DNA

分子的两条脱氧核甘酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。

答案：（1）平面立体（或空间）（2）一条脱氧核甘酸单链片段腺喋吟脱氧核甘酸（3）

脱氧核糖磷酸（4）氢键A（腺喋吟）T（胸腺喀咤）G（鸟喋吟）C（胞嚓咤）（5）反向

平行双螺旋

■■■演练强化提升■■■［学生用书P107（单独成册）］

［基础达标］

1.（2019•连云港高一检测）脱氧核昔酸的正确组成图示应为图中的（）

解析：选D。碱基应该连接在脱氧核糖的第1号碳原子上，磷酸连接在脱氧核糖的第5

号碳原子上，只有D项连接正确。

2.某同学制作的碱基对模型如图，下列对其分析正确的是（）

A.模型中的圆圈表示磷酸基团

B.模型中的五边形表示核糖

C.模型中的A和T之间的双线表示磷酸二酯键

D.模型中的A表示腺音

答案：A

3.DNA分子的基本骨架是（）

A.磷脂双分子层

B.规则的双螺旋结构

C.由脱氧核糖和磷酸交替连接而成

D.碱基的连接

解析：选C。脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成DNA的基本骨架。双螺旋结

构是DNA的立体结构。

4.（2019•西安高一检测）由1对氢键连接的脱氧核甘酸，已查明它的结构中有1个腺

喋吟，则它的其他组成成分应是（）

A.3个磷酸、3个脱氧核糖和1个胸腺喀咤

B.2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胞喀咤

C.2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胸腺喘陡

D.2个磷酸、2个脱氧核糖和1个尿喀咤

解析：选C。根据碱基互补配对原则，A=T、C=G,则这一对氢键连接的脱氧核甘酸可

表示为%可见它的其他组成应是2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胸腺喀咤。

5.下表为生物学家在分析大麦、果蝇、猪、牛和人等生物DNA碱基比例时得到的结果:

生物的种类大麦果蝇猪牛人

A+T

1.211.371.431.311.52

G+C

根据上表，可获得的最恰当的结论是（）

A.DNA分子具有特异性

B.DNA分子具有多样性

C.DNA分子具有遗传性

D.DNA分子具有特异性和多样性

A+T

解析：选D。在双链DNA分子中，A=T,G=C,但不的比值因生物种类不同而不同,

b十1/

每一种生物都有其特定的比值，这就构成了DNA分子的特异性；不同生物，其比值又不同,

这就构成了DNA分子的多样性。

［能力提升］

6.（2019•湖南益阳期末）以下四个双链DNA分子中稳定性最差是（）

A.G—C—T—A—A—A—C—C-----T—T—A—C—G其中A占25%

B.G—C—T—A—A—C—C-----T—T—A—C—G—A其中T占30%

C.G—C—A—A—C—C-----T—T—A—C—G—T—A其中G占25%

D.T—A—A—A—C—C-----G—C—T—T—A—C—G其中C占30%

解析：选B。由题意知，A选项的DNA分子中A=25%,则G=C=25%；B选项中的DNA

分子中T=30%,因此G=C=20%；C选项中的DNA分子的G=C=25%；D选项中的DNA分子

中G=C=30%；因此四个选项中D选项中的DNA分子的G、C碱基对的比例最高，该DNA分

子最稳定，B中G、C碱基对最少，稳定性最差。

7.如果有人给你一种单链DNA的样品，你不相信，于是你对样品做了核甘酸组成分析,

以下能证明你的样品一定是单链DNA的数据是（）

A.38%A,12%C,12%G,38%U

B.22%A,32%C,17%G,29%U

C.22%A,32%C,17%G,29%T

D.38%A,12%C,12%G,38%T

解析：选C。双链DNA分子中互补配对的碱基数量一定相等，如果配对碱基数量不相等

则一定是单链DNA分子，且DNA分子中不含有碱基U。

8.（2019•山东师大附中学分认定）2017年7月，科学家们揭开了关于染色质中DNA的

世纪之谜，首次在人类活细胞的细胞核中实现了3D基因组成像。这项研究可能有助于改写

DNA结构的教科书模型。下列关于DNA分子结构的叙述，错误的是（）

A.组成DNA的碱基排列在内侧，互补链间的碱基配对有一定的规律性

B.脱氧核甘酸的数目和排列顺序决定了DNA分子的多样性

C.双链DNA分子中，若一条链的G：T=1：2,则另一条链的C：A=2：1

D.沃森和克里克研究DNA分子结构时，运用了建构物理模型的方法

答案：C

9.在含有四种碱基的DNA片段中，有腺喋吟a个，占该片段全部碱基的比例为6,则

下列有关叙述正确的是（）

A.6W0.5

B.心0.5

C.胞嚓陡为a（l/2b—l）个

D.胞口密咤为灰l/2a—1）个

解析：选C。由题意知，该DNA片段中含有A、G、C、T四种碱基。在双链DNA分子中A

=T,所以仅0.5,不可能等于0.5。在DNA分子中，A有a个，占全部碱基的比例为6,则

碱基总数为a/boG=C=a/26—a=a(l/26—1)个。

10.(2019•淄博高一检测)在一个双链DNA分子中，碱基总数为如腺喋吟碱基数为

则下列有关叙述错误的是()

A.脱氧核甘酸数=磷酸数=碱基总数=〃

B.碱基之间的氢键数为(加一2〃)/2

C.两条链中A+T的数量为2A

D.G的数量为ni—n

答案：D

11.(2019•广州高一检测)某DNA分子中，G+C之和占全部碱基的35.8%,一条链的T

与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,则它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数

的()

A.32.9%和17.1%B.31.3%和18.7%

C.18.7%和31.3%D.17.1%和32.9%

解析：选B。由于DNA分子中(G+C)之和在整体中的比例与在单链DNA中该比例均相等,

可推出该已知链中G+C=35.8%,又因T与C分别占32.9%与17.1%,可求出该链中的A为1

-(G+C+T)=1-(35.8%+32.9%)=31.3%,G=35.8%-17.1%=18.7%o其互补链中T和C

应与该链中A与G的含量相等。

12.下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是()

A.核甘酸的组成种类

B.核甘酸的连接方式

C.核甘酸的排列顺序

D.核昔酸的数量

解析：选B。核酸包括DNA和RNA,两种物质功能不同。DNA由4种脱氧核甘酸组成，

RNA由4种核糖核昔酸组成；核甘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；组成核酸的核甘酸分子之间都是通过磷酸二酯键连

接的。

13.某同学用纸片、细线等材料及剪刀、针等工具制作了一个DNA双螺旋结构模型。回

答下列与模型制作有关的问题：

(1)下图是该同学剪出来的一些小纸片，若C代表碱基，则A和B分别代表什么？

00n

A.B.C.碱基

(2)如果用线段的条数表示碱基对之间氢键的数目，请用线条连接下列碱基对。