DNA分子的結(jié)構(gòu)[高教課堂]

1、第2節(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu) 第3章基因的本質(zhì) 學(xué)習(xí)導(dǎo)航 1.閱讀教材P47“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建”，了解科學(xué)家構(gòu)建模型 的研究歷程，體驗(yàn)持之以恒的奮斗精神。 2.結(jié)合教材圖311，分析教材P49“DNA分子的結(jié)構(gòu)模式圖”，理解 并掌握DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)。 3.學(xué)習(xí)制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)一步理解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并掌握有關(guān) 的計(jì)算規(guī)律。 重難點(diǎn)擊 1.DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)。 2.DNA分子結(jié)構(gòu)的有關(guān)計(jì)算規(guī)律。 課堂導(dǎo)入 通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道生物的遺傳物質(zhì)主要是DNA，細(xì)胞生物和部分 病毒的遺傳物質(zhì)都是DNA。那么DNA究竟具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢？上圖是坐 落于北京中關(guān)村高

2、科技園區(qū)的DNA雕像和雅典奧運(yùn)會(huì)中關(guān)于人類發(fā)現(xiàn) DNA的過程，這就是科學(xué)家模擬的DNA模型，下面就讓我們重溫科學(xué)家 構(gòu)建DNA模型的研究歷程，分析DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建和主要特點(diǎn) 當(dāng)堂檢測 二、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型及有關(guān)計(jì)算規(guī)律 內(nèi)容索引 一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建和主要特點(diǎn) 基礎(chǔ)梳理 1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建 (1)構(gòu)建者：美國生物學(xué)家 和英國物理學(xué)家 。 (2)過程 沃森克里克 脫氧 核苷酸 DNA衍射圖譜 外部 骨架 A=T，G=C 相同堿基 TC 2.DNA分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu) (1)寫出圖中各部分的名稱： ； ； ； ；

3、； _ _； ； 。 (2)從圖中可以看出，和A配對的一定是T，和G配對的一 定是C，堿基對之間靠 連接。其中AT之間是_ 個(gè)氫鍵，GC之間是 個(gè)氫鍵。 胸腺嘧啶脫氧核糖 磷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸堿基對腺嘌 呤鳥嘌呤胞嘧啶 氫鍵 3 2 (3)雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn) DNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按 方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 DNA分子中的 交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架； 排列在內(nèi)側(cè)。 兩條鏈上的堿基通過 連接成堿基對。堿基配對的規(guī)律是： 與T 配對， 與C配對。堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系，叫做_ 原則。 反向平行 脫氧核糖和磷酸 氫鍵A G堿基互補(bǔ)配對 堿基 如圖是DNA片段的結(jié)構(gòu)圖，請據(jù)

4、圖回答下列問題： 答案答案1為堿基對、2為一條脫氧核苷酸單鏈片段、5為腺嘌呤脫氧 核苷酸、7為氫鍵。 問題探究 答案 1.圖中的1、2、5、7的名稱分別是什么？ 答案答案DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對；且有一定規(guī)律： A與T配對，G與C配對。 2.兩條鏈之間的堿基是怎樣結(jié)合的？配對有什么規(guī)律？ 答案答案連接方式為：C脫氧核糖磷酸基脫氧核糖A。 3.結(jié)構(gòu)2中的相鄰堿基C和A是如何連接的？ 答案 答案答案2個(gè)。 4.該片段中，游離的磷酸基有幾個(gè)？ 答案 答案答案M分子中有CG堿基對共60個(gè)；N分子更穩(wěn)定。 5.現(xiàn)有M、N兩個(gè)均含有200個(gè)堿基的雙鏈DNA分子，其中M分子中共有 260

5、個(gè)氫鍵，N分子中含有20個(gè)腺嘌呤，那么M分子中有CG堿基對多 少個(gè)？這兩個(gè)DNA分子中哪個(gè)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定？ 答案 分析分析假設(shè)M分子只有A、T兩種堿基，則200個(gè)堿基，100個(gè)堿基對，含 有200個(gè)氫鍵，而實(shí)際上有260個(gè)氫鍵，即GC堿基對共60個(gè)。N分子中 AT對有20個(gè)，則GC對有80個(gè)，氫鍵共有202803280個(gè)，氫 鍵越多的DNA分子越穩(wěn)定。 分析 知識(shí)知識(shí) 整合整合 DNA中兩條鏈反向平行，每條鏈有一個(gè)游離的磷酸基；一條鏈內(nèi)的相鄰 堿基由脫氧核糖磷酸基脫氧核糖連接；兩條鏈之間的堿基由氫鍵連 接形成堿基對，AT之間有2條氫鍵，GC之間有3條氫鍵；相同長度 的DNA分子，GC堿基對越多，氫

6、鍵越多，DNA分子越穩(wěn)定。 拓展應(yīng)用 1.下面對DNA結(jié)構(gòu)的敘述中，錯(cuò)誤的一項(xiàng)是 A.DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè) B.DNA分子中的兩條鏈反向平行 C.DNA分子中氫鍵數(shù)目和堿基數(shù)目一定相等 D.DNA分子中堿基之間一一對應(yīng)配對的關(guān)系是堿基互補(bǔ)配對原則 答案解析 解析解析在DNA分子中，AT、GC，脫氧核糖與磷酸交替連接，排列 在DNA外側(cè)，共同構(gòu)成DNA分子的基本骨架；DNA分子兩條鏈反向平行； AT間是2個(gè)氫鍵，GC間是3個(gè)氫鍵，氫鍵數(shù)目和堿基數(shù)目不相等。 2.如圖是一個(gè)DNA分子的片段，從圖中不能得到的信息是 答案解析 A.DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu) B.堿基嚴(yán)格互補(bǔ)配對

7、C.嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù) D.兩條脫氧核苷酸鏈反向平行 解析解析由圖示可以看出，DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)，且兩條鏈之間堿基嚴(yán)格互 補(bǔ)配對，即嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)；從題中不能看出兩條鏈的方向。 知識(shí)拓展知識(shí)拓展 (1)相對穩(wěn)定性：DNA分子中磷酸和脫氧核糖交替連接的方式不變；兩條 鏈間堿基互補(bǔ)配對的方式不變。 (2)多樣性：不同的DNA分子中脫氧核苷酸數(shù)目不同，排列順序多種多樣。 若某DNA分子中有n個(gè)堿基對，則排列順序有4n種。 (3)特異性：每種DNA分子都有區(qū)別于其他DNA的特定的堿基對排列順序， 代表了特定的遺傳信息。 二、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型及有關(guān)計(jì)算規(guī)律 1.制作制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋

8、結(jié)構(gòu)模型 (1)組裝“脫氧核苷酸模型”：利用材料制作若干個(gè) 、磷酸和堿 基，組裝成若干個(gè)脫氧核苷酸。 (2)制作“多核苷酸長鏈模型”：將若干個(gè)脫氧核苷酸依次穿起來，組成 兩條多核苷酸長鏈。注意兩條長鏈的單核苷酸數(shù)目必須 ，堿基之間 能夠 。 (3)制作DNA分子平面結(jié)構(gòu)模型：按照 的原則，將兩條多 核苷酸長鏈互相連接起來，注意兩條鏈的方向 。 (4)制作DNA分子的立體結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu))模型：把DNA分子平面結(jié)構(gòu)旋 轉(zhuǎn)一下，即可得到一個(gè)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。 基礎(chǔ)梳理 脫氧核糖 相同 互補(bǔ)配對 堿基互補(bǔ)配對 相反 2.DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算規(guī)律分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算規(guī)律 (1)

9、在雙鏈DNA片段中，腺嘌呤與 嘧啶相等，鳥嘌呤與 相等， 即A ，G 。因此，嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù) ，即AG 。 (2) 的值在不同DNA分子中是 的，是DNA分子多樣性和特異性 的表現(xiàn)。 (3)在一個(gè)雙鏈DNA分子中，脫氧核糖、磷酸和含氮堿基的數(shù)量比例為 。 (4)DNA分子中共有 種類型的堿基對，若某個(gè)DNA分子具有n個(gè)堿基對， 則DNA分子可有 種組合方式。 胸腺胞嘧啶 CT相等TC 不同 1 1 1 4 4n 結(jié)合DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)，分析： 答案答案T2A2n%；整個(gè)DNA分子中：ATn%；互補(bǔ)堿基之和所占 比例在任意一條鏈及整個(gè)DNA分子中都相等。 問題探究 分析分析因?yàn)锳

10、1T2，A2T1，則：A1T1T2A2n%。整個(gè)DNA分 子中：ATn%。即在雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)堿基之和所占比例在任 意一條鏈及整個(gè)DNA分子中都相等。 1.設(shè)在雙鏈DNA分子中的1號(hào)鏈上A1T1n%，則2號(hào)鏈上A2T2的比例 為多少？整個(gè)DNA分子中AT的比例又是多少？據(jù)此，你有什么結(jié)論？ 分析答案 答案分析 知識(shí)知識(shí) 整合整合 雙鏈DNA分子中配對堿基之和的比值在兩條單鏈和整個(gè)DNA分子中都 相等；不配對的堿基之和的比值在兩條單鏈中互為倒數(shù)，整個(gè)DNA分 子中為1。 拓展應(yīng)用 3.已知1個(gè)DNA分子中有4 000個(gè)堿基對，其中胞嘧啶有2 200個(gè)，這個(gè) DNA分子中應(yīng)含有的脫氧核苷酸的

11、數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是 A.4 000個(gè)和900個(gè) B.4 000個(gè)和1 800個(gè) C.8 000個(gè)和1 800個(gè) D.8 000個(gè)和3 600個(gè) 答案解析 解析解析每個(gè)脫氧核苷酸含有一個(gè)堿基，因?yàn)楹? 000個(gè)堿基對，所以含 有8 000個(gè)脫氧核苷酸。因?yàn)榘奏ず网B嘌呤的數(shù)目是2 200對，所以腺 嘌呤和胸腺嘧啶的數(shù)目是1 800對，又因腺嘌呤和胸腺嘧啶數(shù)目相等，所 以腺嘌呤的數(shù)目是1 800個(gè)。 解析解析整個(gè)DNA中的AT占整個(gè)DNA堿基總數(shù)的44%，則GC占整個(gè) DNA堿基總數(shù)的56%，又因?yàn)槠渲幸粭l鏈(a)上的G占該鏈堿基總數(shù)的 21%，所以與G對應(yīng)的互補(bǔ)鏈(b)上的C占b鏈堿基總

12、數(shù)的21%，則G(a鏈上) C(b鏈上)占DNA分子堿基總數(shù)的21%。因?yàn)榭偟腉C占整個(gè)DNA分子 堿基總數(shù)的56%，所以G(b鏈上)C(a鏈上)占DNA整個(gè)分子堿基總數(shù)的 35%，推得G占b鏈堿基總數(shù)的35%，所以答案選A。 4.某DNA分子中AT占整個(gè)DNA分子堿基總數(shù)的44%，其中一條鏈(a)上 的G占該鏈堿基總數(shù)的21%，那么，對應(yīng)的另一條互補(bǔ)鏈(b)上的G占該 鏈堿基總數(shù)的比例是 A.35% B.29% C.28% D.21% 答案解析 易錯(cuò)提醒易錯(cuò)提醒 進(jìn)行堿基計(jì)算時(shí)要注意以下幾點(diǎn)進(jìn)行堿基計(jì)算時(shí)要注意以下幾點(diǎn) (1)單位是“對”還是“個(gè)”，這方面往往帶來數(shù)據(jù)成倍的錯(cuò)誤。 (2)注意

13、提供的數(shù)據(jù)是DNA雙鏈還是DNA的一條單鏈。 (3)解題時(shí)最好畫一下簡圖，比較直觀，減少因?yàn)樗悸凡磺逡鸬腻e(cuò)誤。 課堂小結(jié) 反向平行 磷酸脫氧核糖 互補(bǔ)配對 當(dāng)堂檢測 1.1953年沃森和克里克構(gòu)建了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，其重要意義在于 發(fā)現(xiàn)DNA如何存儲(chǔ)遺傳信息確定DNA是主要的遺傳物質(zhì)發(fā)現(xiàn) DNA分子中堿基含量的規(guī)律性 為DNA復(fù)制機(jī)制的闡明奠定基礎(chǔ) A. B. C. D. 23451 答案 解析解析雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的確定解釋了DNA為什么能存儲(chǔ)大量遺傳信息， 為DNA半保留復(fù)制奠定了基礎(chǔ)，因此正確。 解析 2.關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述，正確的是 A.組成雙鏈DNA分子的脫氧核苷酸可以只有1

14、種 B.每個(gè)脫氧核糖上均連著兩個(gè)磷酸和一個(gè)堿基 C.雙鏈DNA分子中，堿基的數(shù)目和脫氧核糖的數(shù)目是相等的 D.雙鏈DNA分子中，ATGC 23415 解析解析根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，組成雙鏈DNA分子的脫氧核苷酸至少有 2種，其中的五碳糖為脫氧核糖；位于DNA分子長鏈結(jié)束部位的每個(gè)脫 氧核糖上只連著一個(gè)磷酸和一個(gè)堿基；雙鏈DNA分子中，堿基的數(shù)目和 脫氧核糖的數(shù)目是相等的；雙鏈DNA分子中，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則， 有AGTC。 解析答案 23415 3.下圖為某同學(xué)在學(xué)習(xí)了DNA分子的結(jié)構(gòu)后畫的含有兩個(gè)堿基對的DNA 分子片段(其中代表磷酸基團(tuán))，下列為幾位同學(xué)對此圖的評(píng)價(jià)，其中 正確的是 答案

15、解析 A.甲說：該圖沒有什么物質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的錯(cuò)誤 B.乙說：該圖有一處錯(cuò)誤，就是U應(yīng)改為T C.丙說：該圖中核糖應(yīng)改為脫氧核糖 D.丁說：如果他畫的是雙鏈RNA分子，則該圖就是正確的 23415 解析解析該同學(xué)要畫的為DNA分子結(jié)構(gòu)圖，圖中的錯(cuò)誤：五碳糖應(yīng)為脫氧 核糖；堿基不應(yīng)含尿嘧啶(U)；磷酸與磷酸之間無化學(xué)鍵的連接，磷酸應(yīng) 與脫氧核糖交替連接。 23415 4.DNA的一條單鏈中(AG)/(TC)0.4。上述比例在其互補(bǔ)單鏈和整個(gè) DNA分子中分別為 A.0.4、0.6 B.2.5、1.0 C.0.4、0.4 D.0.6、1.0 答案解析 解析解析根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，在整個(gè)DNA分子中，

16、因?yàn)锳T，GC， 所以(AG)/(TC)的比值為1.0。在雙鏈DNA分子中，一條鏈上的(A G)/(TC)與另一條鏈上(TC)/(AG)的值相等，為0.4，因而互補(bǔ) 鏈中(AG)/(TC)2.5，互為倒數(shù)。 5.下面圖甲是用DNA測序儀測出的某DNA片段上一條脫氧核苷酸鏈中的 堿基排列順序(TGCGTATTGG)，請回答下列問題： 23415 (1)據(jù)圖甲推測，此DNA片段上的鳥嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)量是_個(gè)。 5 解析解析圖甲中顯示的一條鏈上鳥嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)量是4個(gè)，胞嘧啶脫 氧核苷酸的數(shù)量是1個(gè)，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，其互補(bǔ)鏈上還有1個(gè)鳥 嘌呤脫氧核苷酸。 答案解析 (2)根據(jù)圖甲中脫氧核苷酸鏈中的堿基排列順序，推測圖乙中顯示的脫氧 核苷酸鏈的堿基排列順序?yàn)開(從上往下)。 23415 解析解析看清楚圖甲中各列所示的堿基種類是讀出脫氧核苷酸鏈堿基序列 的關(guān)鍵。 答案解析 CCAGTGCGCC (3)圖甲所顯示的DNA片