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(共30张PPT)
第3章
第2节　DNA的结构
基因的本质
知识目标 素养目标
1．体验DNA双螺旋结构模型的构建历程； 2．概述DNA结构的主要特点(重难点)； 3．尝试制作DNA双螺旋结构模型(重点) 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；
科学思维：通过构建模型，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构；
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；通过讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用
新知导学
坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑,以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。你知道为什么将它作为高科技的标志吗
DNA分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子水平，具有里程碑式的意义。
DNA双螺旋结构的发现是20世纪最为重大的科学发现之一，和相对论、量子力学一起被誉为20世纪最重要三大科学发现。
[温故知新]
DNA的结构单位：__________________
脱氧核糖核苷酸是如何构成DNA分子的呢？
目标一　DNA双螺旋结构模型的构建
脱氧核糖核苷酸
DNA结构模型的构建过程——教材P48～49“思考·讨论”
(1) 资料1：1951年，波林发现蛋白质的长链结构。
类比启发：DNA是由许多个脱氧核苷酸__________________。
(2) 资料2：1951年，英国科学家(威尔金斯和富兰克林)提供了
DNA的X射线衍射图谱，表明DNA分子呈__________结构。
沃森和克里克据此尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败。
富兰克林发现，将DNA晶体翻转180°获得的X射线衍射图
仍然是一样的。
沃森与克里克认为：DNA两条链是________排列的。
连接而成的长链
螺旋状
反向
“X”形意味着DNA分子是螺旋
(3) 富兰克林发现提高空气的湿度，DNA易吸收水分。而磷酸基团亲水、碱基疏水。沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋外部，磷酸位于内部的双螺旋结构，你觉得合理吗？为什么？
推测：碱基在DNA螺旋结构的______侧，磷酸在______侧。
内
外
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
亲水
疏水
(4) 沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但这种结构导致DNA的结构不固定，会导致什么结果？___________________。
这个结构又被否定了。
DNA的结构不稳定
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
T
P
G
P
C
P
T
P
A
P
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
T
P
G
P
C
P
T
P
A
P
发生改变：
那应该怎样配对呢？
资料3：查哥夫发现在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。
资料4：科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2 nm。嘌呤碱基(两个环)与嘧啶碱基(一个环)直径不同，而相邻两核苷酸间距相等。
沃森与克里克重新构建：A与_____配对，G与_____配对，碱基对安排在内部，脱氧核糖与磷酸骨架安排在螺旋外部。
T
C
图为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，相关描述正确的是 (　 )
A．a链从左向右的碱基排列顺序和b链从右向左的碱基排列顺序相同
B．c代表氢键，碱基鸟嘌呤与腺嘌呤配对、胸腺嘧啶与胞嘧啶配对
C．d处小球代表脱氧核糖，它和磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架
D．该模型中两个游离的磷酸基团都与五碳糖3′端的C原子相连
1
C
解析：DNA两条链之间遵循碱基互补配对，两条链反向平行，则两条链含有的碱基的排列顺序不同，故a链从左向右的碱基序列和b链从右向左的碱基序列不相同，A错误；图中的c可以连接碱基对，代表氢键，碱基鸟嘌呤G与胞嘧啶C配对，胸腺嘧啶T与腺嘌呤A配对，B错误；DNA分子的两个游离的磷酸基团在链的两端，都与五碳糖5′端的C原子相连，D错误。
1．DNA的结构模式图——教材P50
“图3-8”
目标二　DNA的结构
C、H、O、N、P
碱基
脱氧核糖
磷酸
脱氧核苷酸
3′端到5′端
脱氧核糖
磷酸
碱基
氢键
碱基对
胸腺嘧啶
A
腺嘌呤
胞嘧啶
G
鸟嘌呤
反向平行
5＇
3＇
5＇
3＇
解读：
2
2
3
脱氧核糖—磷酸—
脱氧核糖
氢键
A
A
T
T
G
G
G
C
C
A
T
C
磷酸二酯键
磷酸基团
3′
5′
5′
3′
氢键
磷酸二酯键
小结 利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA的结构
2．DNA的结构特点
(1) 稳定性
①两条链____________盘旋成____________________。
②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成____________。
③内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，遵循____________________。
(2) 特异性：每个DNA分子中________________________。
(3) 多样性：脱氧核苷酸________不同，________的排列顺序千变万化。
反向平行
规则的双螺旋结构
基本骨架
碱基互补配对原则
碱基对的特定排列顺序
数量
碱基
[拓展] DNA分子碱基比例的计算
(1) DNA双链中：①A＝_____，G＝_____；②(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝_____。
(2) DNA单链中：
①A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。
②若1链中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝m，则2链中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝________。
T
C
1
1/m
(3) 若双链DNA中的一条链上A1＋T1＝n%，则
即：在同一DNA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________。
(4) 若1链中A1所占比例为X1，2链中A2所占比例为X2，则整个DNA中A所占比例为_________________。
相等
(X1＋X2)/2
C
解析：②③属于胞嘧啶脱氧核苷酸组成成分，①属于胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸，所以④(由①②③构成)不是DNA的基本组成单位，C错误。
下图表示DNA分子的部分结构模式图，相关叙述错误的是 (　 )
A．①和②交替连接，构成DNA分子的基本骨架
B．DNA分子中③的占比越大，结构会越稳定
C．④是构成DNA的基本组成单位之一
D．同一条链上相邻的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连
2
B
解析：由于双链DNA分子中，A与T之和占全部碱基的比例与每条单链DNA分子中(A＋T)的比例相同，因此其中一条链的C占该链碱基总数的35%，T占25%，则A＝30%－25%＝5%，G＝1－30%－35%＝35%，另一条DNA单链的碱基C与该链的G配对，T与该链上A配对，故另一条链中C、T占此链碱基总数比例分别为35%、5%，B正确。
在某动物细胞的DNA分子中，A＋T占全部碱基总数的30%，已知其中一条链中，C和T分别占该链碱基总数的35%和25%，则另一条链中C、T分别占该链碱基总数的 (　 )
A．30%、5% B．35%、5%
C．25%、5% D．70%、10%
3
方法规律 三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算
随堂内化
一、 知识构建评价
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
交替连接
互补配对
二、 概念诊断评价
(1) 沃森和克里克通过DNA衍射图谱推算得出碱基对的配对方式。 (　 )
(2) 沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。 (　 )
(3) 沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。 (　 )
(4) DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成。 (　 )
(5) DNA分子中的碱基一定存在如下数量关系：C＝T，A＝G。 (　 )
(6) DNA单链中，A与T的数量一定相等。 (　 )
(7) 在双链DNA分子中，4种碱基存在如下关系：(A＋T)＝(G＋C)。 (　 )
(8) 在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤数为n，脱氧核苷酸数＝磷酸数＝m。 (　 )
×
√
×
×
×
×
×
√
三、 学情随堂评价
1． DNA指纹具有完全个体特异的DNA多态性，可用来进行个人识别及亲子鉴定。下图为通过提取某小孩和其母亲以及待测定的三位男性的DNA进行DNA指纹鉴定的部分结果。下列相关叙述错误的是 (　 )
A．孩子的DNA一半来自母亲，一半来自父亲
B．每个人的DNA都具有特异性
C．孩子真正的生物学父亲是B
D．若小孩为男孩，则可以只检测Y染色体
A
解析：孩子由受精卵发育而来，受精卵中的线粒体几乎全部来自卵细胞，所以孩子的DNA来自母亲的比自父亲的多，A错误；每个人的DNA都具有特定的碱基序列，具有特异性，B正确；由模型可知，通过对三位男性的DNA与孩子的DNA指纹对比，B是孩子的真正生物学父亲，C正确；Y染色体只能来自父亲，若小孩为男孩，则可以只检测Y染色体，D正确。
C
解析：DNA双螺旋结构模型是通过实物材料构建的三维结构模型，属于物理模型，A正确；DNA双螺旋结构是沃森和克里克揭示的，B正确；模型中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋的外侧，C错误；DNA分子双螺旋结构具有稳定性，模型中的A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，D正确。
2．在DNA衍射图谱的有关数据、4种碱基的数量关系等基础上，科学家运用建构模型的方法揭示了DNA的双螺旋结构。下列相关叙述错误的是 (　 )
A．DNA双螺旋结构模型属于物理模型
B．DNA双螺旋结构是沃森和克里克揭示的
C．模型中脱氧核糖和磷酸交替排列在双螺旋的内侧
D．模型中的A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径
3．DNA双螺旋结构模型于1953年由沃森构建成功，其重要意义在于 (　 )
①发现DNA如何储存遗传信息
②确定DNA是主要的遗传物质
③发现DNA分子中碱基含量的规律性
④为DNA复制机理的阐明奠定基础
A．①③ B．②③
C．①④ D．③④
C
4．活动小组为制作DNA双螺旋结构模型，选取实验材料代表相应的基团或化学键，材料的种类和数量如下表所示。下列叙述正确的是 (　 )
A．制成的双螺旋模型最多能含25个碱基对
B．制成的双螺旋模型最多能含59个氢键
C．制成的双螺旋模型最多能有422种碱基排列方式
D．该DNA片段中任意一个脱氧核糖均与两个磷酸相连
材料 种类 脱氧 核糖 磷酸 基团 代表化学 键的小棒 碱基
A T C G
数量/个 45 45 足量 15 10 25 15
B
解析：该模型可以形成10个A—T碱基对和15个G—C碱基对，但表格只提供45个磷酸基团，因此该模型最多只能形成22个碱基对，A错误；由于该模型只能形成含22个碱基对的DNA双链，若15个G—C碱基对均参与构成模型，由于G—C碱基对形成3个氢键，因此所有的G—C碱基对形成45个氢键，剩下7个A—T碱基对形成14个氢键，最多可形成59个氢键，B正确；由于碱基对的种类和数量是固定的，因此制成的双螺旋模型碱基排列方式小于422种，C错误；该DNA每条脱氧核苷酸单链中3′端脱氧核糖只与1个磷酸相连，D错误。第2节　DNA的结构
1．下列检测病毒核酸种类的方法中无效的是(　　)
A．检测核酸的元素组成 B．检测核酸中的碱基组成
C．检测核酸中五碳糖的类型 D．检测核苷酸的种类
2．下图为某核苷酸长链的示意图，下列相关叙述错误的是(　　)
A．②为脱氧核糖 B．④为胞嘧啶脱氧核苷酸
C．⑤为脱氧核苷酸长链 D．⑤只存在于细胞核中
3．刑侦人员通过比对DNA指纹图，从而快速锁定1号为犯罪嫌疑人，3个怀疑对象的DNA指纹图不同的主要原因是(　　)
A．DNA中脱氧核苷酸的数量不同 B．DNA中脱氧核苷酸的种类不同
C．DNA中脱氧核苷酸的序列不同 D．DNA中磷酸和脱氧核糖的序列不同
4.20世纪50年代初，查哥夫对多种生物DNA做了碱基定量分析，发现(A＋T)/(G＋C)的比值如下表。结合所学知识，下列说法错误的是(　　)
来源 大肠杆菌 酵母菌 鸡 猪肝 猪脾
(A＋T)/(G＋C) 0.93 1.79 1.38 1.43 1.43
A．猪的DNA比大肠杆菌的DNA热稳定性更强
B．上表生物的DNA分子中，A/T的值与G/C的值一般相等
C．不同生物中(A＋T)/(G＋C)值不同，说明了DNA分子具有特异性
D．同种生物不同组织中(A＋T)/(G＋C)的值相同，说明DNA分子具有稳定性
5．下图为DNA分子平面结构模式图。据图判断，下列叙述错误的是(　　)
A．该DNA分子中含2个游离磷酸基团
B．③④之间通过氢键相连接，DNA分子中G、C碱基对越多，DNA分子越稳定
C．不同双链DNA分子中，(A＋G)/(T＋C)的值都为1
D．若甲链碱基序列5′-CAG-3′，则乙链是5′-GTC-3′
6．某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的材料。下列叙述错误的是(　　)
A．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
B．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接物相连
C．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的外侧
7．某研究小组用下图所示的6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物、代表氢键的连接物若干，成功搭建了一个完整的DNA分子模型，模型中有4个T和6个G。下列有关说法正确的是(　　)
A．代表氢键的连接物有24个
B．代表胞嘧啶的卡片有4个
C．脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个
D．理论上能搭建出410种不同的DNA分子模型
8．下图表示一个DNA分子立体结构的片段，有关描述错误的是(　　)
A．DNA分子是双螺旋结构，碱基对排列在内侧
B．嘌呤体积大于嘧啶，但每个碱基对所占空间大小都相同
C．此DNA分子的碱基排列顺序有特异性
D．反向盘旋的两条链之间在每处的距离都不相同
9．不同生物含有的核酸种类不同。下列各种生物中关于碱基、核苷酸种类的叙述，正确的是(　　)
选项 A B C D
生物/ 细胞 口腔上 皮细胞 洋葱叶 肉细胞 脊髓灰质 炎病毒 硝化细菌
碱基 5种 5种 4种 4种
核苷酸 5种 8种 8种 4种
10．某同学欲利用固体胶、硬纸片、剪刀、直尺、铅笔等制作DNA双螺旋结构模型，用硬纸片作材料，制作如下图所示形状的纸片并标记相应字符。其中连接物用于脱氧核糖与含氮碱基、脱氧核糖与磷酸以及相邻脱氧核苷酸间的连接。回答下列问题：
(1) 步骤一：用固体胶将磷酸粘在连接物的一端，再将脱氧核糖的5′位置粘在该连接物的另一端，最后将该脱氧核糖的________(填“1′”“2′”“3′”“4′”或“5′”)位置、________分别粘在另一连接物的两端，依次制作多个脱氧核苷酸。
(2) 步骤二：将步骤一制作的脱氧核苷酸中脱氧核糖的________(填“1′”“2′”“3′”“4′”或“5′”)位置、另一脱氧核苷酸的________分别粘在同一个连接物的两端，从而将2个脱氧核苷酸连接起来，依次连接脱氧核苷酸，进而得到一个碱基序列为5′-CGTCGTTCAT-3′的脱氧核苷酸链。分析：
①写出它的互补链的碱基序列：_______________________________________________ ____________；
②制作碱基序列为5′-CGTCGTTCAT-3′的脱氧核苷酸链及其互补链连接成的DNA双链时，共需要________个氢键。
(3) 通常在DNA分子中，A＋G的数目占比是________%。
11．轮状病毒是一种双链RNA病毒，双链RNA分子结构与双链DNA分子结构类似，则下列说法错误的是(　　)
A．轮状病毒所含两条RNA单链反向平行
B．双链RNA的基本骨架为核糖与磷酸交替连接
C．双链RNA中(A＋G)/(U＋C)
D．轮状病毒中碱基配对方式与T2噬菌体相同
12．人类ecDNA是细胞染色体DNA之外的双链环状DNA分子，其上的基因转录非常活跃。下列关于ecDNA的说法，错误的是(　　)
A．嘌呤和嘧啶碱基的数目相同
B．每个脱氧核糖与1个磷酸基团相连
C．两条链具有反向平行的关系
D．ecDNA含4种脱氧核苷酸
13．DNA的超螺旋是在DNA双螺旋的基础上进一步盘绕而成的，超螺旋有正超螺旋和负超螺旋两种。下图为双链环状右螺旋DNA分子(甲)的超螺旋形成示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．图示中负超螺旋与甲的双螺旋盘旋方向相同
B．热变性时，超螺旋DNA较双螺旋DNA需要更高的温度
C．环状DNA复制时，需解旋酶在该DNA的复制原点处断开磷酸二酯键
D．环状DNA分子一般比线性DNA分子更稳定，环状DNA只存在原核细胞中
第2节　DNA的结构
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13
答案 A D C A D C C D B D B B
1．A　解析：DNA和RNA的组成元素相同，都是C、H、O、N、P，因此通过检测核酸的元素组成无法确定核酸的种类。
2．D　解析：图示中含有T，因此为脱氧核苷酸长链，所以②为脱氧核糖，④为胞嘧啶脱氧核苷酸，A、B正确；⑤为脱氧核苷酸长链的片段，主要分布在细胞核中，此外还有少量分布在线粒体与叶绿体中，C正确，D错误。
3．C　解析：脱氧核苷酸序列不同直接决定DNA分子的特异性，符合指纹图差异的本质。
4．A　解析：C和G所占的比例越高，DNA分子的稳定性就越高，根据表中数据可知，大肠杆菌的(A＋T)/(G＋C)比值小于猪，则大肠杆菌的DNA结构比猪DNA结构更稳定，A错误；根据碱基互补配对原则，表中生物的DNA分子中，A/T的值与G/C的值一般相等，B正确；不同生物的DNA分子中(A＋T)与(G＋C)比值不同，说明DNA分子结构具有特异性，C正确；同种生物的不同组织来源相同，则DNA分子相同，则(A＋T)/(G＋C)的值相同，说明了DNA分子具有稳定性，D正确。
5．D　解析：DNA分子中两条链的方向相反，根据碱基互补配对原则可知，若甲链碱基序列为5′-CAG-3′，则乙链是3′-GTC-5′，D错误。
6．C　解析：制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖，不能在磷酸上连接碱基，C错误。
7．C　解析：模型中有4个A—T碱基对，6个C—G碱基对，则氢键的连接物有4×2＋6×3＝26个，A错误；模型中有6个C—G碱基对，因此代表胞嘧啶的卡片有6个，B错误；模型中共有10个碱基对，因此脱氧核糖和磷酸之间的连接物有18×2＋2＝38个，C正确；由于A—T碱基对和C—G碱基对的数目已经确定，因此理论上能搭建出的DNA分子模型的种类数少于410种，D错误。
8．D　解析：分析题图可知，DNA分子是双螺旋结构，碱基对排列在内侧，A正确；嘌呤体积大于嘧啶，但嘌呤与嘧啶配对，故每个碱基对所占空间大小都相同，B正确；此DNA分子的碱基排列顺序是特定的，故有特异性，C正确；反向盘旋的两条链之间是平行的，在每处的距离都相同，D错误。
9．B　解析：口腔上皮细胞、洋葱叶肉细胞、硝化细菌中都含有DNA和RNA两种核酸，其含有的碱基有5种(A、T、G、C、U)、核苷酸有8种(4种脱氧核苷酸和4种核糖核苷酸)；脊髓灰质炎病毒是一种RNA病毒，体内只含RNA一种核酸，其含有碱基4种(A、U、G、C)、核苷酸4种(4种核糖核苷酸)，B正确。
10．(1) 1′　碱基　(2) 3′　磷酸　①3′-GCAGCAAGTA-5′(或5′-ATGAACGACG-3′)　②25　(3) 50
解析：(1) 脱氧核糖的1′-C、5′-C分别与碱基、磷酸相连，组成了一个脱氧核苷酸。(2) 一个脱氧核苷酸的脱氧核糖的3′-C与另一脱氧核苷酸的磷酸连接；同一DNA两条链间遵循碱基互补配对原则，两条链方向相反，因此与碱基序列为5′-CGTCGTTCAT-3′的脱氧核苷酸链的互补链的碱基序列为3′-GCAGCAAGTA-5′。制作碱基序列为5′-CGTCGTTCAT-3′的脱氧核苷酸链及其互补链连接成的DNA双链时，G—C、A—T碱基对各需要5个，因此构建该DNA双链时需要氢键3×5＋2×5＝25个。(3) 通常在DNA分子中，A＋G＝T＋C，即A＋G的数目占比是50%。
11．D　解析：双链RNA与双链DNA分子结构类似，均为双螺旋结构，由两条反向平行的单链构成，A正确；双链RNA的基本骨架由核糖与磷酸交替连接构成，B正确；双链RNA遵循碱基互补配对原则，即A与U配对、G与C配对，则(A＋G)/(U＋C)＝1，C正确；T2噬菌体为双链DNA病毒，由C项分析可知，二者的碱基互补配对方式不完全相同，D错误。
12．B　解析：双链DNA中，嘌呤与嘧啶通过碱基互补配对(A—T、C—G)连接，因此嘌呤数等于嘧啶数，A正确；环状DNA中每个脱氧核糖均通过磷酸二酯键连接两个磷酸基团(无游离末端)，B错误；双链DNA的两条链为反向平行结构，环状DNA同样遵循此规律，C正确。
13．B　解析：当盘旋方向与DNA双螺旋(右螺旋)方向相同时，其超螺旋结构为正超螺旋，反之则为负超螺旋，A错误；超螺旋DNA较双螺旋DNA结构更复杂，更稳定，所以更耐高温，解旋时需要的温度更高，B正确；环状DNA复制时，解旋酶作用于两条链之间的氢键，解开DNA的双链，形成复制叉，但不切开DNA单链的磷酸二酯键，C错误；环状DNA分子一般比线性DNA分子结合更紧密、更稳定，环状DNA也存在于线粒体、叶绿体中，D错误。第2节　DNA的结构
知识目标 素养目标
1．体验DNA双螺旋结构模型的构建历程； 2．概述DNA结构的主要特点(重难点)； 3．尝试制作DNA双螺旋结构模型(重点) 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； 科学思维：通过构建模型，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构； 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；通过讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用
目标一　DNA双螺旋结构模型的构建
[温故知新]
DNA的结构单位：__ __
脱氧核糖核苷酸是如何构成DNA分子的呢？
DNA结构模型的构建过程——教材P48～49“思考·讨论”
(1) 资料1：1951年，波林发现蛋白质的长链结构。
类比启发：DNA是由许多个脱氧核苷酸__ __。
(2) 资料2：1951年，英国科学家(威尔金斯和富兰克林)提供了DNA的X射线衍射图谱，表明DNA分子呈__ __结构。
沃森和克里克据此尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败。
富兰克林发现，将DNA晶体翻转180°获得的X射线衍射图仍然是一样的。
沃森与克里克认为：DNA两条链是__ __排列的。
(3) 富兰克林发现提高空气的湿度，DNA易吸收水分。而磷酸基团亲水、碱基疏水。沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋外部，磷酸位于内部的双螺旋结构，你觉得合理吗？为什么？
推测：碱基在DNA螺旋结构的__ __侧，磷酸在__ __侧。
(4) 沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但这种结构导致DNA的结构不固定，会导致什么结果？__ __。
这个结构又被否定了。
资料3：查哥夫发现在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。
资料4：科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2 nm。嘌呤碱基(两个环)与嘧啶碱基(一个环)直径不同，而相邻两核苷酸间距相等。
沃森与克里克重新构建：A与__ __配对，G与__ __配对，碱基对安排在内部，脱氧核糖与磷酸骨架安排在螺旋外部。
图为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，相关描述正确的是(　　)
A．a链从左向右的碱基排列顺序和b链从右向左的碱基排列顺序相同
B．c代表氢键，碱基鸟嘌呤与腺嘌呤配对、胸腺嘧啶与胞嘧啶配对
C．d处小球代表脱氧核糖，它和磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架
D．该模型中两个游离的磷酸基团都与五碳糖3′端的C原子相连
目标二　DNA的结构
1．DNA的结构模式图——教材P50“图3-8”
解读：
(1)
(2)
(3)
(4)
小结 利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA的结构
2．DNA的结构特点
(1) 稳定性
①两条链__ __盘旋成__ __。
②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成__ __。
③内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，遵循__ __。
(2) 特异性：每个DNA分子中__ __。
(3) 多样性：脱氧核苷酸__ __不同，____的排列顺序千变万化。
[拓展] DNA分子碱基比例的计算
(1) DNA双链中：①A＝__ __，G＝__ __；②(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝____。
(2) DNA单链中：
①A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。
②若1链中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝m，则2链中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝__ __。
(3) 若双链DNA中的一条链上A1＋T1＝n%，则
A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝＝＝n%。
即：在同一DNA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__ __。
(4) 若1链中A1所占比例为X1，2链中A2所占比例为X2，则整个DNA中A所占比例为____。
下图表示DNA分子的部分结构模式图，相关叙述错误的是(　　)
A．①和②交替连接，构成DNA分子的基本骨架
B．DNA分子中③的占比越大，结构会越稳定
C．④是构成DNA的基本组成单位之一
D．同一条链上相邻的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连
在某动物细胞的DNA分子中，A＋T占全部碱基总数的30%，已知其中一条链中，C和T分别占该链碱基总数的35%和25%，则另一条链中C、T分别占该链碱基总数的(　　)
A．30%、5% B．35%、5%
C．25%、5% D．70%、10%
方法规律 三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算
一、 知识构建评价
二、 概念诊断评价
(1) 沃森和克里克通过DNA衍射图谱推算得出碱基对的配对方式。(　　)
(2) 沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。(　　)
(3) 沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。(　　)
(4) DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成。(　　)
(5) DNA分子中的碱基一定存在如下数量关系：C＝T，A＝G。(　　)
(6) DNA单链中，A与T的数量一定相等。(　　)
(7) 在双链DNA分子中，4种碱基存在如下关系：(A＋T)＝(G＋C)。(　　)
(8) 在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤数为n，脱氧核苷酸数＝磷酸数＝m。(　　)
三、 学情随堂评价
1． DNA指纹具有完全个体特异的DNA多态性，可用来进行个人识别及亲子鉴定。下图为通过提取某小孩和其母亲以及待测定的三位男性的DNA进行DNA指纹鉴定的部分结果。下列相关叙述错误的是(　　)
A．孩子的DNA一半来自母亲，一半来自父亲
B．每个人的DNA都具有特异性
C．孩子真正的生物学父亲是B
D．若小孩为男孩，则可以只检测Y染色体
2．在DNA衍射图谱的有关数据、4种碱基的数量关系等基础上，科学家运用建构模型的方法揭示了DNA的双螺旋结构。下列相关叙述错误的是(　　)
A．DNA双螺旋结构模型属于物理模型
B．DNA双螺旋结构是沃森和克里克揭示的
C．模型中脱氧核糖和磷酸交替排列在双螺旋的内侧
D．模型中的A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径
3．DNA双螺旋结构模型于1953年由沃森构建成功，其重要意义在于(　　)
①发现DNA如何储存遗传信息
②确定DNA是主要的遗传物质
③发现DNA分子中碱基含量的规律性
④为DNA复制机理的阐明奠定基础
A．①③ B．②③
C．①④ D．③④
4．活动小组为制作DNA双螺旋结构模型，选取实验材料代表相应的基团或化学键，材料的种类和数量如下表所示。下列叙述正确的是(　　)
材料 种类 脱氧 核糖 磷酸 基团 代表化学 键的小棒 碱基
A T C G
数量/个 45 45 足量 15 10 25 15
A．制成的双螺旋模型最多能含25个碱基对
B．制成的双螺旋模型最多能含59个氢键
C．制成的双螺旋模型最多能有422种碱基排列方式
D．该DNA片段中任意一个脱氧核糖均与两个磷酸相连
第2节　DNA的结构
知识目标 素养目标
1．体验DNA双螺旋结构模型的构建历程； 2．概述DNA结构的主要特点(重难点)； 3．尝试制作DNA双螺旋结构模型(重点) 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； 科学思维：通过构建模型，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构； 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；通过讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用
目标一　DNA双螺旋结构模型的构建
[温故知新]
DNA的结构单位：__脱氧核糖核苷酸__
脱氧核糖核苷酸是如何构成DNA分子的呢？
DNA结构模型的构建过程——教材P48～49“思考·讨论”
(1) 资料1：1951年，波林发现蛋白质的长链结构。
类比启发：DNA是由许多个脱氧核苷酸__连接而成的长链__。
(2) 资料2：1951年，英国科学家(威尔金斯和富兰克林)提供了DNA的X射线衍射图谱，表明DNA分子呈__螺旋状__结构。
沃森和克里克据此尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败。
富兰克林发现，将DNA晶体翻转180°获得的X射线衍射图仍然是一样的。
沃森与克里克认为：DNA两条链是__反向__排列的。
(3) 富兰克林发现提高空气的湿度，DNA易吸收水分。而磷酸基团亲水、碱基疏水。沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋外部，磷酸位于内部的双螺旋结构，你觉得合理吗？为什么？
推测：碱基在DNA螺旋结构的__内__侧，磷酸在__外__侧。
(4) 沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但这种结构导致DNA的结构不固定，会导致什么结果？__DNA的结构不稳定__。
这个结构又被否定了。
资料3：查哥夫发现在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。
资料4：科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2 nm。嘌呤碱基(两个环)与嘧啶碱基(一个环)直径不同，而相邻两核苷酸间距相等。
沃森与克里克重新构建：A与__T__配对，G与__C__配对，碱基对安排在内部，脱氧核糖与磷酸骨架安排在螺旋外部。
图为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，相关描述正确的是(　C　)
A．a链从左向右的碱基排列顺序和b链从右向左的碱基排列顺序相同
B．c代表氢键，碱基鸟嘌呤与腺嘌呤配对、胸腺嘧啶与胞嘧啶配对
C．d处小球代表脱氧核糖，它和磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架
D．该模型中两个游离的磷酸基团都与五碳糖3′端的C原子相连
解析：DNA两条链之间遵循碱基互补配对，两条链反向平行，则两条链含有的碱基的排列顺序不同，故a链从左向右的碱基序列和b链从右向左的碱基序列不相同，A错误；图中的c可以连接碱基对，代表氢键，碱基鸟嘌呤G与胞嘧啶C配对，胸腺嘧啶T与腺嘌呤A配对，B错误；DNA分子的两个游离的磷酸基团在链的两端，都与五碳糖5′端的C原子相连，D错误。
目标二　DNA的结构
1．DNA的结构模式图——教材P50“图3-8”
解读：
(1)
(2)
(3)
(4)
小结 利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA的结构
2．DNA的结构特点
(1) 稳定性
①两条链__反向平行__盘旋成__规则的双螺旋结构__。
②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成__基本骨架__。
③内侧：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__。
(2) 特异性：每个DNA分子中__碱基对的特定排列顺序__。
(3) 多样性：脱氧核苷酸__数量__不同，__碱基__的排列顺序千变万化。
[拓展] DNA分子碱基比例的计算
(1) DNA双链中：①A＝__T__，G＝__C__；②(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝__1__。
(2) DNA单链中：
①A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。
②若1链中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝m，则2链中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝__1/m__。
(3) 若双链DNA中的一条链上A1＋T1＝n%，则
A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝＝＝n%。
即：在同一DNA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__。
(4) 若1链中A1所占比例为X1，2链中A2所占比例为X2，则整个DNA中A所占比例为__(X1＋X2)/2__。
下图表示DNA分子的部分结构模式图，相关叙述错误的是(　C　)
A．①和②交替连接，构成DNA分子的基本骨架
B．DNA分子中③的占比越大，结构会越稳定
C．④是构成DNA的基本组成单位之一
D．同一条链上相邻的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连
解析：②③属于胞嘧啶脱氧核苷酸组成成分，①属于胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸，所以④(由①②③构成)不是DNA的基本组成单位，C错误。
在某动物细胞的DNA分子中，A＋T占全部碱基总数的30%，已知其中一条链中，C和T分别占该链碱基总数的35%和25%，则另一条链中C、T分别占该链碱基总数的(　B　)
A．30%、5% B．35%、5%
C．25%、5% D．70%、10%
解析：由于双链DNA分子中，A与T之和占全部碱基的比例与每条单链DNA分子中(A＋T)的比例相同，因此其中一条链的C占该链碱基总数的35%，T占25%，则A＝30%－25%＝5%，G＝1－30%－35%＝35%，另一条DNA单链的碱基C与该链的G配对，T与该链上A配对，故另一条链中C、T占此链碱基总数比例分别为35%、5%，B正确。
方法规律 三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算
一、 知识构建评价
二、 概念诊断评价
(1) 沃森和克里克通过DNA衍射图谱推算得出碱基对的配对方式。(　×　)
(2) 沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。(　√　)
(3) 沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。(　×　)
(4) DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成。(　×　)
(5) DNA分子中的碱基一定存在如下数量关系：C＝T，A＝G。(　×　)
(6) DNA单链中，A与T的数量一定相等。(　×　)
(7) 在双链DNA分子中，4种碱基存在如下关系：(A＋T)＝(G＋C)。(　×　)
(8) 在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤数为n，脱氧核苷酸数＝磷酸数＝m。(　√　)
三、 学情随堂评价
1． DNA指纹具有完全个体特异的DNA多态性，可用来进行个人识别及亲子鉴定。下图为通过提取某小孩和其母亲以及待测定的三位男性的DNA进行DNA指纹鉴定的部分结果。下列相关叙述错误的是(　A　)
A．孩子的DNA一半来自母亲，一半来自父亲
B．每个人的DNA都具有特异性
C．孩子真正的生物学父亲是B
D．若小孩为男孩，则可以只检测Y染色体
解析：孩子由受精卵发育而来，受精卵中的线粒体几乎全部来自卵细胞，所以孩子的DNA来自母亲的比自父亲的多，A错误；每个人的DNA都具有特定的碱基序列，具有特异性，B正确；由模型可知，通过对三位男性的DNA与孩子的DNA指纹对比，B是孩子的真正生物学父亲，C正确；Y染色体只能来自父亲，若小孩为男孩，则可以只检测Y染色体，D正确。
2．在DNA衍射图谱的有关数据、4种碱基的数量关系等基础上，科学家运用建构模型的方法揭示了DNA的双螺旋结构。下列相关叙述错误的是(　C　)
A．DNA双螺旋结构模型属于物理模型
B．DNA双螺旋结构是沃森和克里克揭示的
C．模型中脱氧核糖和磷酸交替排列在双螺旋的内侧
D．模型中的A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径
解析：DNA双螺旋结构模型是通过实物材料构建的三维结构模型，属于物理模型，A正确；DNA双螺旋结构是沃森和克里克揭示的，B正确；模型中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋的外侧，C错误；DNA分子双螺旋结构具有稳定性，模型中的A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，D正确。
3．DNA双螺旋结构模型于1953年由沃森构建成功，其重要意义在于(　C　)
①发现DNA如何储存遗传信息
②确定DNA是主要的遗传物质
③发现DNA分子中碱基含量的规律性
④为DNA复制机理的阐明奠定基础
A．①③ B．②③
C．①④ D．③④
4．活动小组为制作DNA双螺旋结构模型，选取实验材料代表相应的基团或化学键，材料的种类和数量如下表所示。下列叙述正确的是(　B　)
材料 种类 脱氧 核糖 磷酸 基团 代表化学 键的小棒 碱基
A T C G
数量/个 45 45 足量 15 10 25 15
A．制成的双螺旋模型最多能含25个碱基对
B．制成的双螺旋模型最多能含59个氢键
C．制成的双螺旋模型最多能有422种碱基排列方式
D．该DNA片段中任意一个脱氧核糖均与两个磷酸相连
解析：该模型可以形成10个A—T碱基对和15个G—C碱基对，但表格只提供45个磷酸基团，因此该模型最多只能形成22个碱基对，A错误；由于该模型只能形成含22个碱基对的DNA双链，若15个G—C碱基对均参与构成模型，由于G—C碱基对形成3个氢键，因此所有的G—C碱基对形成45个氢键，剩下7个A—T碱基对形成14个氢键，最多可形成59个氢键，B正确；由于碱基对的种类和数量是固定的，因此制成的双螺旋模型碱基排列方式小于422种，C错误；该DNA每条脱氧核苷酸单链中3′端脱氧核糖只与1个磷酸相连，D错误。

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