2019-2020學年中圖版生物必修二講義：第3單元-第1章-第2節(jié)-DNA的分子結(jié)構(gòu)-

PAGE第二節(jié)DNA的分子結(jié)構(gòu)學習目標1.總結(jié)組成DNA分子的四種脫氧核糖核苷酸的異同。(重點)2.掌握DNA分子的結(jié)構(gòu)特點并會進行相應(yīng)的堿基計算。(重難點)eq\a\vs4\al(3.)制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。一、DNA的分子結(jié)構(gòu)1．元素組成：C、H、O、N、P。2．基本單位：脫氧核糖核苷酸。它是由一分子的磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基結(jié)合而成的，如下圖所示。3．脫氧核糖核苷酸種類脫氧核糖核苷酸的含氮堿基有四種，分別是：腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。因此脫氧核糖核苷酸也有四種。二、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1．提出者：沃森和克里克。2．結(jié)構(gòu)特點(1)由兩條脫氧核糖核苷酸長鏈，按反向平行方式向右盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)結(jié)構(gòu)3．DNA分子的特點(1)穩(wěn)定性：DNA分子呈現(xiàn)右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)多樣性：堿基對的排列方法在理論上幾乎是無限的。(3)特異性：堿基對的特定排列順序構(gòu)成了DNA分子的特異性。三、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1．構(gòu)建者美國生物學家沃森和英國物理學家克里克。2．制作模型(1)制作原理：DNA的脫氧核糖核苷酸雙鏈反向平行，磷酸與脫氧核糖交替連接，排列在外側(cè)。堿基排列在內(nèi)側(cè)，堿基對通過氫鍵連接，堿基互補配對。(2)制作程序①制作若干個磷酸、脫氧核糖和堿基 ↓整合Ｆ②若干個脫氧核糖核苷酸 ↓連接Ｆ③脫氧核糖核苷酸鏈 ↓兩條Ｆ④DNA分子的平面結(jié)構(gòu) ↓旋轉(zhuǎn)Ｆ⑤DNA分子立體結(jié)構(gòu)1．判斷對錯(1)組成DNA分子的基本單位是4種脫氧核苷酸，其中所含的堿基是A、U、G、C。 ()(2)在DNA分子中一定存在如下關(guān)系C＝T，A＝G。 ()(3)雙鏈DNA分子中的每個磷酸都與2個五碳糖連接。 ()[答案](1)×分析：U(尿嘧啶)只在RNA中含有，DNA中含有的是T(胸腺嘧啶)。(2)×分析：在DNA分子雙鏈上，A和T配對，C與G配對，一定存在關(guān)系：A＝T，G＝C。(3)×分析：雙鏈DNA分子中大多數(shù)磷酸與2個五碳糖連接，位于末端的磷酸只與1個五碳糖連接。2．下列各項中，能正確表示DNA分子中脫氧核苷酸對的是()A[DNA分子中的堿基互補配對原則為A與T配對，G與C配對，A與T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵，兩條鏈反向平行，所以A正確；B、D配對方式不對，C兩條鏈方向不對。]3．在雙鍵DNA分子中，與腺嘌呤配對的堿基是()A．胸腺嘧啶 B．胞嘧啶C．尿嘧啶 D．鳥嘌呤A[組成DNA分子的堿基有4種，它們之間遵循堿基互補配對原則，即腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)配對，鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)配對，故選A。]DNA的分子結(jié)構(gòu)[思考交流]1．一分子DNA中，脫氧核糖核苷酸的數(shù)量與含氮堿基的數(shù)量是否相等？提示：相等，因一分子脫氧核糖核苷酸由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基組成。2．DNA徹底水解會得到幾種物質(zhì)？提示：6種，即磷酸、脫氧核糖和4種含氮堿基。3．由1000個堿基最多可形成幾種DNA分子？提示：可形成4500種DNA分子。4．雙鏈DNA分子中堿基配對規(guī)律是什么？配對的堿基間有什么關(guān)系？提示：堿基互補配對原則。即A只與T配對，G只與C配對，所以A＝T，G＝C，且嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)。eq\a\vs4\al([歸納總結(jié)])1．DNA分子的結(jié)構(gòu)巧記DNA的分子結(jié)構(gòu)：五(種元素)、四(種堿基或脫氧核糖核苷酸)、三(種物質(zhì)或小分子○?)、二(條長鏈)、一(種雙螺旋結(jié)構(gòu))2．DNA分子的特性(1)多樣性：若一段DNA分子由n個堿基對組成，每一位置都有A、T、C、G四種可能性，則共有4n種堿基排列順序。(2)特異性：每個DNA分子都有其特定的堿基排列順序，蘊藏著特定的遺傳信息。(3)穩(wěn)定性eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(DNA分子中磷酸與脫氧核糖交替連接方式,兩條鏈間堿基互補配對方式不變))特別提醒：(1)每個DNA片段中有2個游離的磷酸基團，各在兩條鏈的其中一端。(2)氫鍵數(shù)目計算：A與T間可構(gòu)成2個氫鍵，G與C間可形成3個氫鍵，故G—C比例越大的DNA分子，其氫鍵數(shù)目越多，DNA分子越穩(wěn)定。(3)氫鍵：可用解旋酶和加熱法將其斷裂。3．DNA分子中堿基計算常用規(guī)律(1、2分別代表DNA分子的兩條鏈，下同)規(guī)律1：互補的兩個堿基數(shù)量相等，即A＝T，C＝G。規(guī)律2：任意兩個不互補的堿基數(shù)量之和占總堿基數(shù)的50%，即嘌呤數(shù)之和＝嘧啶數(shù)之和＝總堿基數(shù)×50%，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋T＋C＋G)×50%，eq\f(A＋G,T＋C)＝eq\f(A＋C,T＋G)＝1。規(guī)律3：一條鏈中互補的兩種堿基的和等于另一條鏈中這兩種堿基的和，即A1＋T1＝A2＋T2，G1＋C1＝G2＋C2。規(guī)律4：一條鏈中互補的兩種堿基數(shù)量之和占該單鏈堿基數(shù)的比例等于DNA分子兩條鏈中這兩種堿基數(shù)量之和占總堿基數(shù)的比例，即eq\f(A1＋T1,A1＋T1＋G1＋C1)＝eq\f(A2＋T2,A2＋T2＋G2＋C2)＝eq\f(A＋T,A＋T＋G＋C)，eq\f(G1＋C1,A1＋T1＋G1＋C1)＝eq\f(G2＋C2,A2＋T2＋G2＋C2)＝eq\f(G＋C,A＋T＋G＋C)。規(guī)律5：一條鏈中兩種不互補堿基之和的比值，與另一條鏈中該比值互為倒數(shù)，即若一條鏈中eq\f(A1＋G1,T1＋C1)(或eq\f(A1＋C1,T1＋G1))＝K，則另一條鏈中eq\f(A2＋G2,T2＋C2)(或eq\f(A2＋C2,T2＋G2))＝eq\f(1,K)。1．如圖是人體細胞中某DNA片段結(jié)構(gòu)示意圖。有關(guān)敘述正確的是()A．圖中M可表示腺嘌呤或胸腺嘧啶 B．圖中N鍵的名稱為磷酸二酯鍵 C．DNA分子中(A＋C)/(T＋G)的比值一定等于1 D．DNA分子中(A＋T)/(C＋G)的比值越高，DNA的穩(wěn)定性越高C[圖中的M可表示脫氧核苷酸，A錯誤；圖中N鍵的名稱為氫鍵，B錯誤；DNA分子中，A＝T、G＝C，(A＋C)/(T＋G)的比值一定等于1，C正確；DNA分子中，A和T之間兩個氫鍵，G和C之間三個氫鍵，DNA分子中G和C的比例越高，DNA的穩(wěn)定性越高，D錯誤。]2．細胞內(nèi)某一DNA片段中有30%的堿基為A，則該片段中()A．G的含量為30%B．U的含量為30%C．嘌呤含量為50%D．嘧啶含量為40%C[在DNA分子中，A＝T，G＝C，故嘌呤的含量＝嘧啶的含量＝50%。A占30%，則G占50%－30%＝20%。DNA分子中不含U。]DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)[思考交流]1．寫出脫氧核糖核苷酸的化學元素組成、結(jié)構(gòu)和種類。提示：脫氧核苷酸的基本組成元素是C、H、O、N、P，每一分子脫氧核糖核苷酸又是由一分子磷酸、一分子含氮堿基和一分子脫氧核糖構(gòu)成的，由于堿基的不同，脫氧核苷酸有4種。2．模型中A—T與G—C堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有什么樣的特點？提示：具有穩(wěn)定直徑的特點。3．兩條長度相同的雙鏈DNA分子，其結(jié)構(gòu)上的差異體現(xiàn)在哪里？提示：主要體現(xiàn)在雙鏈內(nèi)側(cè)堿基的排列順序中。eq\a\vs4\al([歸納總結(jié)])1．DNA分子結(jié)構(gòu)層次基本組成元素：C、H、O、N、P↓基本組成物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基↓基本組成單位：脫氧核糖核苷酸(4種)↓DNA單鏈：脫氧核糖核苷酸鏈↓DNA雙鏈↓空間結(jié)構(gòu)：DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)2．制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(1)使用各種材料分別“制作”若干個磷酸、脫氧核糖、堿基；將各種配件整合在一起，并連接成脫氧核糖核苷酸鏈；連接兩條脫氧核糖核苷酸鏈，拼成DNA分子平面結(jié)構(gòu)圖；再“旋轉(zhuǎn)”成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)根據(jù)設(shè)計計劃，對制作的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型進行檢查，對模型的不足加以修正。3．注意事項(1)熟悉制作模型用的各種零件代表的物質(zhì)，寫出4種堿基的字母名稱。(2)兩條鏈的長度、堿基總數(shù)一致，堿基互補、方向相反。(3)磷酸、脫氧核糖、堿基三者之間的連接部位要正確。(4)制作中各零件連接應(yīng)牢固，避免旋轉(zhuǎn)時脫落。(5)各組模型制作以不同數(shù)量和順序的(A—T、C—G、T—A、G—C)四種堿基對排列，領(lǐng)悟DNA分子的多樣性。如圖表示某同學在制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時，制作的一條脫氧核苷酸鏈，下列敘述不正確的是()A．能表示一個完整脫氧核苷酸的是圖中的a或bB．圖中與每個五碳糖直接相連的堿基只有1個C．相鄰脫氧核苷酸之間通過化學鍵③連接起來D．從堿基上看，缺少的堿基是TA[圖中所示a表示的是一個完整的脫氧核苷酸，b中連接的磷酸是堿基C所在的脫氧核苷酸，且b中不是完整的五碳糖；圖中與五碳糖直接相連的堿基只有一個；圖中③處表示的是磷酸二酯鍵，相鄰的脫氧核苷酸之間通過此鍵相連接；脫氧核苷酸中的堿基共有4種，即A、G、C、T。]1．在DNA分子模型搭建實驗中，如果用一種長度的塑料片代表A和G，用另一長度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA雙螺旋的整條模型()A．粗細相同，因為嘌呤環(huán)必定與嘧啶環(huán)互補B．粗細相同，因為嘌呤環(huán)與嘧啶的空間尺寸相似C．粗細不同，因為嘌呤環(huán)不一定與嘧啶環(huán)互補D．粗細不同，因為嘌呤環(huán)與嘧啶的空間尺寸不同A[DNA分子由兩條反向平行的長鏈盤旋成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條單鏈之間由嘌呤和嘧啶組成的堿基對相連，遵循堿基互補配對原則。由此可知，DNA分子雙螺旋模型粗細相同，且由嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)構(gòu)成的堿基對的空間尺寸相似。A項符合題意。]2．在搭建DNA分子模型的實驗中，若有4種堿基塑料片共20個，其中4個C，6個G，3個A，7個T，脫氧核糖和磷酸之間的連接物14個，脫氧核糖塑料片40個，磷酸塑料片100個，代表氫鍵的連接物若干，脫氧核糖和堿基之間的連接物若干，則()A．能搭建出20個脫氧核糖核苷酸B．所搭建的DNA分子片段最長為7個堿基對C．能搭建出410種不同的DNA分子模型D．能搭建出一個4堿基對的DNA分子片段D[每個脫氧核糖核苷酸中，脫氧核糖數(shù)＝磷酸數(shù)＝堿基數(shù)，因脫氧核糖和磷酸之間的連接物是14個，故最多只能搭建出14個脫氧核糖核苷酸，A項錯誤。DNA分子的堿基中A＝T、C＝G，故提供的4種堿基最多只能構(gòu)成4個C—G對和3個A—T對，但由于脫氧核糖核苷酸之間結(jié)合形成磷酸二酯鍵時還需要脫氧核糖和磷酸之間的連接物，故7個堿基對需要的脫氧核糖和磷酸之間的連接物是14＋12＝26(個)，B項錯誤。設(shè)可搭建的DNA片段有n個堿基對，按提供的脫氧核糖和磷酸之間的連接物是14個計算，則有14＝n×2＋(n－1)×2，得n＝4，故能搭建出少于44種不同的DNA分子片段，C項錯誤、D項正確。]1．1953年，沃森和克里克建立了DNA分子的結(jié)構(gòu)模型，兩位科學家于1962年獲得諾貝爾生理學獎或醫(yī)學獎。關(guān)于DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點的敘述錯誤的是()A．DNA分子由兩條反向平行的鏈組成B．脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)C．堿基對構(gòu)成DNA分子的基本骨架D．兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對C[脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成DNA分子的基本骨架。]2．下列能正確表示DNA片段的示意圖是()D[DNA通常為雙鏈結(jié)構(gòu)，由含有A、T、C、G四種堿基的脫氧核苷酸組成。A與T配對，之間有兩個氫鍵；G與C配對，之間有三個氫鍵。DNA分子的兩條鏈反向平行。]3．一條雙鏈DNA分子，G和C占全部堿基的44%，其中一條鏈的堿基中，26%是A、20%是C，那么其互補鏈中的A和C分別占該鏈全部堿基的百分比是()A．28%和22% B．30%和24%C．26%和20% D．24%和30%B[該DNA分子中G＋C占全部堿基的44%，則其中一條鏈中G＋C也占此鏈的44%，又知此鏈26%A、20%C，則此鏈中T＝30%、G＝24%，故其互補鏈中A、C分別占30%、24%。]4．下圖為大腸桿菌的DNA分子結(jié)構(gòu)示意圖(片段)。請據(jù)圖回答問題。(1)圖中1表示________，2表示________，1、2、3結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)叫________，其排列順序中蘊藏著________。(2)圖中3有________種，中文名字分別是________。(3)含有200個堿基的某DNA片段中堿基間的氫鍵共有260個。則①該DNA片段中共有腺嘌呤________個，C和G共________對。②在DNA分子穩(wěn)定性的比較中，________堿基對的比例越高，DNA分子穩(wěn)定性越高。[解析](1)DNA、脫氧核苷酸、堿基之間的關(guān)系可表示為：