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(共53张PPT)
第3章 基因的本质
第2节　DNA的结构
课时目标 1.基于生物学事实和证据，归纳概括DNA分子的结构特点。(生命观念)
2．利用碱基互补配对原则，对DNA分子中的碱基数量和比例进行推算。(科学思维)
3．尝试制作DNA双螺旋结构模型，进一步理解其结构特点。(科学探究)
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1．DNA结构模型的构建者： 。
2．构建过程
(1)英国物理学家威尔金斯和他的同事 应用 获得了高质量的DNA衍射图谱。
(2)奥地利生物化学家 得出：在DNA中，腺嘌呤( )的量总是等于
的量；鸟嘌呤( )的量总是等于 的量。
沃森和克里克
富兰克林
X射线衍射技术
查哥夫
A
胸腺嘧啶(T)
G
胞嘧啶(C)
(3)沃森和克里克构建了一个将 安排在双链螺旋的内部，
安排在螺旋外部的模型。
碱基
脱氧核糖—
磷酸骨架
二、DNA的结构
1．DNA的结构模式图
2．DNA双螺旋结构的特点
(1)DNA是由 条单链组成的，这两条链按 方式盘旋成
。
(2)DNA中的 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；
排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过 连接成碱基对，并且遵循碱基互补配对原则：A(腺嘌呤)一定与 配对；G(鸟嘌呤)一定与
配对。
两
反向平行
双螺
旋结构
脱氧核糖和磷酸
碱基
氢键
T(胸腺嘧啶)
C(胞嘧啶)
三、制作DNA双螺旋结构模型
◆助学巧记
DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
√
×
×
×
◆思维启迪
1．某双链DNA分子片段中A有20个，C有30个，推测该DNA分子片段中有多少个碱基。
提示：100个。
2．以下为某同学制作的DNA双螺旋结构模型，图中的错误有几处？分别是什么？
提示：2处；核糖应是脱氧核糖，磷酸二酯键连接位置错误。
任务一 DNA的结构
下图是DNA片段的结构示意图。
[问题探究]
1．写出图中数字的含义。
答案：1：碱基对。2：脱氧核苷酸链。3：脱氧核糖。4：磷酸。5：腺嘌呤脱氧核苷酸。6：腺嘌呤。7：氢键。
2．为什么“G—C”含量越多的DNA越耐高温？
答案：G—C之间的氢键数量是3个，A—T之间的氢键数量是2个，所以含“G—C”越多则结构越稳定，越不容易被高温破坏。
3．DNA中，每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗？
答案：DNA中，每个脱氧核糖均连接一个碱基；除3'端的脱氧核糖只连接一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连接两个磷酸。
1．DNA结构的三个关系
2．DNA的结构特性
(1)稳定性：DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；两条链间的碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性：DNA分子中碱基的排列顺序千变万化→DNA的多样性→遗传信息的多样性→生物多样性。
(3)特异性：每种DNA有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
(1)DNA中的“反向”指的是两条核苷酸链的走向是相反的，从双链的一端开始，一条单链的核苷酸是从5'端到3'端排列，另一条链上的核苷酸则是从3'端到5'端排列。
(2)加热超过90 ℃，DNA会解开双螺旋，当温度降低时，DNA又恢复为双螺旋结构。格里菲思所做的肺炎链球菌转化实验中，加热致死的S型细菌内的DNA仍然保持活性，将R型细菌转化为S型细菌。
(3)DNA初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和碱基。
D
解析：
该DNA分子中①(磷酸)与②(脱氧核糖)的比例为1∶1，A错误；DNA分子的多样性与碱基的排列顺序有关，与DNA空间结构(双螺旋结构)无关，B错误；处于一条链中的碱基不能通过氢键相连，而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接起来，C错误；一个DNA分子的两条链中，某个碱基的数量可能不等，D正确。
C
A．从中药材细胞中提取的DNA分子都有4个游离的磷酸基团
B．DNA分子和ATP分子中都含有腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸基团
C．中药材遗传信息的“条形码”相当于DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序
D．不同种类中药材细胞中的DNA分子不同，不同DNA分子彻底水解的产物种类不同
解析：
从中药材细胞核中提取的DNA分子是线性的，有2个游离的磷酸基团，但从中药材细胞质中提取的环状DNA分子没有游离的磷酸基团，A错误；DNA分子含有腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸基团，ATP分子中含有腺嘌呤、核糖和磷酸基团，B错误；中药材的遗传物质是DNA，遗传信息就储存在脱氧核苷酸的排列顺序中，中药材遗传信息的“条形码”相当于DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序，C正确；不同种类的中药材细胞中的DNA分子不同，但不同的DNA分子彻底水解的产物是相同的，都是磷酸基团、脱氧核糖和4种含氮碱基，D错误。
任务二 DNA中碱基数量的计算
已知DNA由两条链构成，并且两条链之间的碱基遵循碱基互补配对原则，如果将两条链分别命名为H1、H2，则存在下列数量关系：A1＝T2，G1＝C2，T1＝ A2, C1＝ G2，如下图所示。
[问题探究]
1．双链DNA分子中，嘌呤总数与嘧啶总数具有怎样的关系？
答案：双链DNA分子中，嘌呤总数＝嘧啶总数，即A＋G＝T＋C或(A＋G)/(T＋C)＝1。
2．双链DNA分子中，两种非互补碱基之和与另两种非互补碱基之和具有怎样的关系？
答案：双链DNA分子中，非互补碱基之和相等，且占DNA碱基总数的50%，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G。
1．以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系
(1)A、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双链中非互补碱基之和相等。
2．以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系
(1)A1＝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。
结论：两条单链间非互补碱基和互为倒数。
(2)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。
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之和的一半。
碱基数量计算的两个易错点
(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。
(2)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。
A
解析：
该双链DNA分子中，G＋C＝34%，则A＋T＝1－34%＝66%，双链中，G＝C＝17%，A＝T＝33%；其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T＝66%－32%＝34%，C＝34%－18%＝16%。故选A。
三步法求解DNA碱基数量
C
解析：
某双链DNA一条链上(A＋T)/(G＋C)的值为0.3，则在整个DNA中(A＋T)/(G＋C)的值也为0.3，又因A＝T、C＝G，故在整个DNA中A∶T∶G∶C＝3∶3∶10∶10，C正确。
D
解析：
STR是DNA分子，初步水解后可以得到4种脱氧核糖核苷酸，而脱氧核糖核酸是大分子，A错误；A—T碱基对含两个氢键，C—G碱基对含三个氢键，STR中A—T碱基对所占的比例较多，相对于其他同长度的DNA，STR的稳定性可能较差，B错误；STR中(A＋T)所占比例与每条链中(A＋T)的比例相同，C错误；由于碱基对的排列顺序不同，不同生物个体的STR不同，体现了DNA具有多样性，D正确。
DNA指纹技术——社会责任
研究表明，每个人的DNA都不完全相同，因此DNA也可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。
设计1：考查长句表达能力与科学思维
(1)我们可以通过分析DNA指纹图的吻合程度来帮助确认身份，因为DNA能够储存遗传信息，而且不同个体的DNA的__________________各不相同，每个人的DNA指纹图都是独一无二的。DNA分子中遗传信息量非常大，原因是____________________________________________
______________________________________________________________
____________________________________________________________。
设计2：考查问题解决能力与社会责任
(2)在现代刑侦领域中，DNA指纹技术正在
发挥着越来越重要的作用，此外，DNA指
纹技术还可以用于亲子鉴定等。下图是通
过提取某小孩和其母亲以及待测定的四位
男性的DNA，分别经合适的酶处理后，形成若干DNA片段，然后进行电泳等一系列步骤得到的一组DNA指纹图。F1～F4中，谁是该小孩生物学上的父亲？________。为什么？______________________________
____________________________________________________________。
答案：(1)脱氧核苷酸排列顺序(或碱基排列顺序)　组成DNA的脱氧核苷酸的数量多，且排列顺序极其多样化
(2)F2　C的DNA指纹图中一条带与M的DNA指纹图中的一条带相同，另一条带与F2的DNA指纹图中的一条带相同
解析：
(1)DNA指纹技术利用的原理是DNA分子的特异性，即每个人的DNA的脱氧核苷酸都具有特定的排列顺序，每个人的DNA指纹图是独一无二的。组成DNA的脱氧核苷酸的数量多，且排列顺序极其多样化，所以DNA分子中遗传信息量非常大。(2)子代的核遗传物质一半来自父方，一半来自母方。据图可知，C的DNA指纹图中一条带与M的DNA指纹图中的一条带相同，另一条带与F2的DNA指纹图中的一条带相同，所以F2是该小孩生物学上的父亲。
D
解析：
查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，为DNA双螺旋结构模型的构建提供了主要依据，①符合题意；在沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型之前，人们已经认识到DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，②不符合题意；艾弗里去除肺炎链球菌的相关物质并证明DNA是遗传物质，这不能为DNA模型的构建提供主要依据，③不符合题意；威尔金斯和富兰克林拍摄的DNA分子X射线衍射图谱为DNA双螺旋结构模型的构建提供了主要依据，④符合题意。
B
解析：
一般情况下，一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链反向平行，A错误；双链DNA分子中，磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧，构成DNA的基本骨架，B正确；一段双链DNA分子中，若含有30个胞嘧啶，根据碱基互补配对原则，会同时含有30个鸟嘌呤，但据此不能确定腺嘌呤的数量，C错误；DNA分子中的每个脱氧核糖只与一个含氮碱基相连，不考虑DNA分子的两端，在DNA分子内部，每个脱氧核糖和两个磷酸相连，D错误。
D
解析：
构建的单链DNA片段中，乙嘧啶碱基与丙嘌呤碱基不是互补配对关系，二者数量一般不相等，A错误；构建的双链DNA片段中，因为乙嘧啶与丙嘌呤配对，且每个单体中磷酸数等于碱基数，所以甲与乙的数量不可能相等，B错误；构建双链DNA片段时，DNA片段中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，因此乙和丙应位于内侧，甲和丁位于外侧，C错误；RNA与DNA的五碳糖种类以及碱基
解析：
种类不同，但由于图中卡片未明确表示是核糖还是脱氧核糖，也未明确表示具体是何种碱基，因此4种形状卡片也可用于RNA结构模型的制作，D正确。
C
解析：
DNA的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替排列形成，A错误；DNA彻底水解会生成四种含氮碱基、磷酸和脱氧核糖，B错误；人乳头瘤病毒的DNA是一个闭环双链DNA分子，所以每条链上的脱氧核糖均与两个磷酸基团相连，C正确；若该DNA分子一条链上A碱基占15%，另一条链上的A未知，只能推测另一条链上的T占15%，D错误。
A
解析：
在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A错误；制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接物相连，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间用2个氢键连接物相连，B正确；制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于双螺旋的外侧，构成DNA分子的基本骨架，C正确；DNA分子中腺嘌呤的数目等于胸腺嘧啶的数目，胞嘧啶的数目等于鸟嘌呤的数目，因此，在制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤与胸腺嘧啶之和，D正确。
6．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的基本骨架是由____________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：__________与____________配对；__________与__________配对。
(5)从图甲中可以看出，组成DNA的两条链的方向是__________的；从图乙可以看出，组成DNA的两条链相互缠绕成________结构。
答案：(1)平面　立体(或空间)
(2)脱氧核苷酸单链　腺嘌呤脱氧核苷酸
(3)脱氧核糖　磷酸
(4)氢键　A(腺嘌呤)　T(胸腺嘧啶)　G(鸟嘌呤)　C(胞嘧啶)
(5)反向平行　双螺旋
解析：
(1)图甲表示DNA片段的平面结构，图乙表示DNA片段的立体(空间)结构。(2)题图中，2表示脱氧核苷酸单链，5表示腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲的平面结构可以看出，DNA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)根据图甲可以看出，组成DNA的两条链是反向平行的；从图乙可以看出，组成DNA的两条链相互缠绕成双螺旋结构。

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