资源简介

3.2 DNA的结构学案
【学习目标】
1.生命观念——通过搜集DNA结构模型建立过程的资料并进行交流和讨论，运用结构与功能观，分析DNA的结构与其蕴藏遗传信息的功能是相适应的。
2.科学思维——通过模型构建，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构。
3.科学探究——通过制作DNA双螺旋结构模型，领悟模型构建在科学研究中的应用。
【学习重难点】
教学重点：制作DNA分子双螺旋结构模型。
教学难点：DNA分子结构的主要特点
【预习新知】
DNA双螺旋结构模型的构建
1.构建者： 。
2.构建过程
DNA的结构
1.元素组成： 。
2.组成物质： 、碱基、 。
3.基本单位： 。
4.平面结构
许多脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸长链，两条脱氧核苷酸长链上的碱基通过氢键连接成碱基对，碱基按碱基互补配对原则（A- ，G- ）进行配对。
5.空间结构： 结构
（1）两条链 平行。
（2）两条链之间靠 连接。
6.DNA的结构特点
（1）DNA是由两条单链组成的，这两条链按 方式盘旋成双螺旋结构。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 ，另一端有一个羟基（—OH），称作 ，两条单链走向 ，一条单链是从5′端到3′端的，另一条单链是从3′端到5′端的。
（2）DNA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，并且碱基配对具有一定规律：A（腺嘌呤）一定与 配对，G（鸟嘌呤）一定与 配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作 原则。
7.制作DNA双螺旋结构模型
（1）原理：
DNA的脱氧核苷酸双链 ，磷酸与 交替连接，排列在外侧。碱基排列在内侧，碱基对通过 连接，碱基 。
（2）步骤：
①制作脱氧核苷酸模型：用自己选取的实验材料，制作成不同形状、不同大小和不同颜色的物体，用来代表脱氧核苷酸、磷酸和不同的碱基，组装成若干脱氧核苷酸。
②制作脱氧核苷酸 ：选取作为支架和连接的材料，将代表不同化合物的物体连接、组装在一起。
③制作DNA ：按照碱基互补配对原则，将两条脱氧核苷酸长链连接起来。
④制作DNA立体结构（ 结构）模型：把DNA平面结构旋转一下，即可得到一个DNA的双螺旋结构模型。
【易错提示】
以下为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，请找出图中的错误有几处？分别是什么？
提示：4处；核糖应是脱氧核糖、碱基U应为T、磷酸二酯键连接位置及C、G间氢键数错误。
1.沃森和克里克构建的DNA分子双螺旋结构中，磷酸—脱氧核糖骨架排列在螺旋外部，碱基排列在螺旋内部（ √ ）
1.DNA分子中的碱基一定存在如下数量关系：C＝T，A＝G（ × ）
2.DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成（ × ）
3.DNA单链中的A与T的数量一定相等（ × ）
【深化探究】
探究点一　DNA分子的结构及其特点
1．DNA分子的结构层次
2．结构特性
(1)稳定性：
①DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。
②DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。
③DNA分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。
④DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。
(2)多样性：由n个碱基对排列而成DNA时，可有4n种排列方式，这样便构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。
(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA分子的特定的碱基排列顺序。
[思考探究]
(1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团数是多少？磷酸数∶脱氧核糖数∶含氮碱基数是多少？
提示：2个；1∶1∶1。
(2)为什么DNA分子中G与C碱基所占的比例越高，DNA分子结构的稳定性越强？
提示：G与C之间有三个氢键，而A与T之间只有两个氢键。因此G与C所占比例越大，DNA分子的稳定性越强。
探究点二　DNA分子中碱基的计算规律
1．一般规律
(1)互补的两个碱基数量相等，即A＝T，C＝G。
(2)任意两个不互补的碱基数量之和占碱基总数的50%，即嘌呤之和＝嘧啶之和＝总碱基数×50%，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋T＋C＋G)×50%，＝＝1。
(3)在双链DNA分子中，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。
2．计算方法
(1)设在双链DNA分子中的一条链上A1＋T1＝n%，因为A1＝T2，A2＝T1，则A1＋T1＝A2＋T2＝n%。所以A＋T＝A1＋A2＋T1＋T2＝＝n%。
简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。
(2)双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。
设双链DNA分子中，一条链上：＝m，
则：＝＝m，互补链上＝。
简记为：“DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1。”
【巩固训练】
1.下列各项中，可以用来表示某DNA分子片段的末端脱氧核苷酸对的是( )
A. B.
C. D.
2.如图为某DNA分子的部分结构示意图，下列有关说法错误的是( )
A.图示虚线圈中部分不能表示胞嘧啶脱氧核苷酸
B.DNA分子单链上相邻碱基间通过氢键进行连接
C.DNA分子结构的稳定性与碱基G、C的含量成正相关
D.碱基排列顺序的多样性构成了DNA分子的多样性
3.DNA分子的双螺旋结构中遵循碱基互补配对原则的是( )
A.G与T配对 B.A与C配对
C.A与T配对 D.U与A配对
4.下列关于DNA结构的叙述，错误的是( )
A.不同生物的DNA具有特异性，但其基本组成单位都相同
B.DNA单链中有羟基和磷酸基团的末端分别称为5′端和3′端
C.磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧构成DNA的基本骨架
D.细胞内的DNA由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋而成
5.DNA具有多样性的原因是( )
A.组成基因的碱基数目庞大 B.空间结构千变万化
C.碱基排列顺序的千变万化 D.碱基种类有许多种
6.DNA双螺旋结构两条链反向平行，其中一条DNA单链的序列是-GAATTC-，那么它的互补链序列是( )
A.-GTTAAC- B.-GAAUUC- C.-GAATTC- D.-CTTAAG-
参考答案
1.答案：B
解析：A-T碱基对之间应该是两个氢键，且嘌呤是两个环，嘧啶是一个环，而A项中胸腺嘧啶是两个环，C、D项中A-T之间为三个氢键，所以B正确，ACD错误。
故选B。
2.答案：B
解析：A、图示虚线圈中部分不能表示胞嘧啶脱氧核苷酸，A正确；
B、DNA单链上相邻碱基间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，B错误；
C、G—C碱基对之间含有三个氢键，DNA分子的结构稳定性与G—C的含量成正相关，C正确；
D、碱基排列顺序的多样性构成了DNA分子的多样性，D正确；
故选B。
3.答案：C
解析：A、DNA分子中，G与C配对，A错误；
BC、DNA分子中，A与T配对，B错误，C正确；
D、DNA分子中不存在碱基U，D错误。
故选C。
4.答案：B
解析：
5.答案：C
解析：A、由上述分析可知，组成基因的碱基数目庞大不是DNA 多样性的原因，A错误；
B、所有DNA的空间结构都是规则的双螺旋，不是多样性的原因，B错误；
C、由上述分析可知，碱基排列顺序的千变万化属于DNA多样性的原因，C正确；
D、所有DNA的碱基种类均为4种：A、C、G、T，不是多样性的原因，D错误。
故选C。
6.答案：D
解析：DNA两条链反向互补，DNA一条DNA单链的序列是-GAATTC-，那么它的互补链序列是-CTTAAG-，ABC错误，D正确。
故选D。

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