资源简介 第二节 DNA分子的结构和复制 第1课时 DNA分子的结构 课标内容要求 核心素养对接 1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码遗传信息。 2.DNA中碱基的排列顺序编码遗传信息。 1.生命观念:说明DNA双螺旋结构模型的特点。 2.科学思维:思考在DNA分子中碱基的比例和数量之间的规律,总结有关碱基计算的方法和规律。 3.科学探究:动手制作模型,培养观察能力、空间想象能力、分析和理解能力。 一、沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜 1.20世纪30年代后期,瑞典科学家证明了DNA分子是不对称的。 2.20世纪40年代后期,科学家又用电子显微镜观察,并通过计算得出DNA分子的直径约为2 nm。 3.1951年,奥地利科学家查哥夫(E.Chargaff,1905—2002)在定量分析几种生物DNA分子的碱基组成后,发现DNA分子中腺嘌呤(A)的量总与胸腺嘧啶(T)的量相当,鸟嘌呤(G)的量总与胞嘧啶(C)的量相当。 4.1952年,英国科学家富兰克林获得了一张DNA分子X射线衍射图片(图2-2-1)。她通过解析,推断DNA分子可能由两条链组成。 5.1953年,两位年轻科学家沃森和克里克,提出了DNA分子的双螺旋结构模型。 二、DNA分子的双螺旋结构模型 1.平面结构 2.立体结构 (1)DNA分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成,这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构; (2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在双螺旋结构的外侧,构成DNA分子的基本骨架; (3)DNA分子两条链上的碱基,通过氢键连接成碱基对,排列在双螺旋结构的内侧。 (4)DNA分子中碱基配对有一定的规律:A与T配对,G与C配对。碱基之间的这种一一对应关系,称为碱基互补配对原则(the principle of complementary base pairing)。 (5)在碱基对中,A和T之间形成两个氢键,G和C之间形成三个氢键(图2-2-4)。 3.特性 (1)特异性:特定碱基对的排列顺序构成了DNA分子的特异性。 (2)多样性:碱基对排列顺序的千变万化导致了DNA分子的多样性。 判断对错(正确的打“√”,错误的打“×”) 1.DNA彻底水解的产物是四种脱氧核苷酸。 ( ) 2.DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过氢键相连。 ( ) 3.DNA分子中G、C碱基的比例越高,分子结构的稳定性越高。 ( ) 4.DNA分子中的嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 ( ) 5.双链DNA分子中(A+G)/(T+C)存在特异性。 ( ) 6.双链DNA分子中的每个磷酸都与2个五碳糖连接。 ( ) [答案] 1.× 提示:DNA初步水解的产物是四种脱氧核苷酸,彻底水解的产物是含氮碱基、磷酸和脱氧核糖。 2.× 提示:DNA分子两条链的碱基之间通过氢键相连,一条链上的两个碱基则通过脱氧核糖、磷酸和脱氧核糖相连。 3.√ 4.√ 5.× 提示:双链DNA分子中(A+G)/(T+C)=1,不存在特异性。 6.× 提示:双链DNA分子中大多数磷酸与2个五碳糖连接,位于末端的磷酸只与1个五碳糖连接。 DNA分子的结构 一、DNA的结构 1.DNA的结构 (1)数量关系 ①游离磷酸基团:每个DNA片段有2个。 ②氢键:A—T之间有2个,G—C之间有3个。 ③脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数。 (2)位置关系 ①单链中:相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。 ②双链间:相邻碱基通过氢键相连。 (3)化学键 ①氢键:连接互补链中配对的碱基。 ②磷酸二酯键:连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸。 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;两条链间碱基互补配对的方式不变。 (2)多样性:DNA分子中碱基对(脱氧核苷酸对)的排列顺序多种多样,构成了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有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。 合作探究:坐落在北京中关村高新科技园区的DNA雕塑,以它简洁而独特的造型吸引着过往行人,它象征着中关村生生不息的精神,寓意创新的生命更加顽强。 (1)该双螺旋模型代表的双链之间通过什么化学键连接? 提示:氢键。 (2)该双螺旋模型代表的双链长度是否相等?为什么? 提示:相等。两条链之间通过碱基互补配对,所以两条链的脱氧核苷酸数目相等。 (3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪一组成成分中? 提示:N存在于含氮碱基中,P存在于磷酸基团中。 (4)DNA若进行初步水解和彻底水解,则产物分别是什么? 提示:初步水解产物是脱氧核苷酸,彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮的碱基。 1.下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA分子结构构建方面的突出贡献的说法中,正确的是( ) A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像 B.沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型 C.查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系 D.富兰克林和查哥夫发现A的量等于T的量、C的量等于G的量 B [在DNA分子结构构建方面,威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱,A错误;查哥夫发现了A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量,沃森和克里克在此基础上提出了A与T配对、C与G配对的正确关系,并构建了DNA分子的双螺旋结构模型,B正确,C、D错误。] 2.(多选)如图是人体细胞中某DNA片段结构示意图。下列有关叙述正确的是 ( ) A.图中X代表磷酸基团,A代表腺嘌呤 B.DNA的基本骨架是N所示的化学键连接的碱基对 C.每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基 D.DNA双链中,嘌呤总数等于嘧啶总数 AD [图中X代表磷酸基团,A代表腺嘌呤,A项正确;脱氧核糖和磷酸交替连接,构成DNA的基本骨架,B项错误;每条链3′-端的脱氧核糖上连着一个磷酸,C项错误;DNA双链中,嘌呤与嘧啶配对,嘌呤总数等于嘧啶总数,D项正确。] DNA分子结构的“五、四、三、二、一” DNA分子碱基数量的计算 1.碱基互补配对原则 A-T,G-C,如图所示。 2.有关推论 (1)规律一:一个双链DNA分子中,A=T、C=G,则A+G=C+T,即“嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数”。 注意:一个双链DNA分子中,A+T与C+G不一定相等,而且一般都不相等。 (2)规律二:在双链DNA分子中,A+T或C+G在全部碱基中所占的比例等于其任何一条单链中A+T或C+G所占的比例。 由图知:A1+T1+G1+C1=m,A2+T2+G2+C2=m,整个双链DNA上的碱基总数为2m。 因为A1=T2、T1=A2,则A1+T1=A2+T2,A+T=(A1+T1)+(A2+T2),== (3)规律三:在DNA双链中,一条单链的的值与另一条互补单链的的值互为倒数关系。简记为“不配对的碱基和之比在两条单链中互为倒数”。 注意:在整个DNA分子中该比值等于1。 (4)规律四:DNA双链中,一条单链的的值,与另一条互补链的的值是相等的,也与整个DNA分子中的的值是相等的。 注意:综合规律三、四可简记为“补则等,不补则倒”。 (5)规律五:不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。 (6)规律六:若=b%,则=%。 (7)规律七:若已知A在双链中所占的比例为c%,则A1在单链中所占的比例无法确定,但最大值为2c%,最小值为0。 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。 1.下列有关DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其互补链中碱基数目比值的关系图,不正确的是( ) C [本题主要考查对DNA分子碱基互补配对原则的理解。双链DNA分子中,(A+C)/(T+G)一定等于1,故A项正确;在DNA分子中,存在(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)=(A+T)/(G+C),故B、D项正确;当一条链中存在(A1+C1)/(T1+G1)=1时,其互补链中存在(A2+C2)/(T2+G2)=(T1+G1)/(A1+C1)=1,C项错误。] 2.某双链DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的38%,其中一条a链上的G占该链碱基总数的21%,那么,对应的另一条互补链b上的G占该链碱基总数的比例是( ) A.41% B.38% C.28% D.21% A [在整个DNA分子中,A+T=38%,则G+C=62%。在a链上G+C=62%,由G=21%,推知C=62%-21%=41%。根据碱基互补配对原则可知,在b链上G=41%。] 关于碱基含量计算的“两点两法” (1)“两点”为两个基本点 ①A与T配对,G与C配对(A=T,G=C)。 ②双链DNA分子中,嘌呤总数=嘧啶总数=1/2碱基总数(A+G=T+C)。 (2)“两法”为双链法和设定系数法 ①用两条直线表示DNA分子的双链结构即双链法。 ②设定系数法即设定一个系数来表示碱基的总数或碱基的数目。 [课堂小结] 知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵 1.DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸,DNA双链是反向平行的关系。 2.DNA分子外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架,内侧由氢键相连的碱基对组成。 3.双链DNA分子中,嘌呤碱基数=嘧啶碱基数,即A+G=T+C。 4.DNA具有多样性和特异性,DNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息。 1.在DNA分子的一条单链中,相邻的碱基A与T是通过下列哪种结构连接起来的( ) A.氢键 B.—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖— C.肽键 D.—磷酸—脱氧核糖—磷酸— B [在DNA分子的一条单链中,相邻碱基之间的连接是脱氧核苷酸之间的连接,故相邻的碱基A与T之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”彼此连接起来的,B正确。] 2.(多选)如图为核苷酸的模式图,下列相关说法正确的是( ) A.DNA与RNA的不同点只体现在②处 B.若②为核糖,则③不可能是胸腺嘧啶 C.在T2噬菌体中核苷酸共有8种 D.人体内的③有5种,②有2种 BD [图中①②③分别是磷酸、五碳糖、含氮碱基。DNA与RNA的不同点体现在②③两处,A错误;若②为核糖,则③可以是A、U、C、G,但是不可能是T(胸腺嘧啶),B正确;T2噬菌体是DNA病毒,只含有一种核酸,4种核苷酸,C错误;人体内有2种核酸,故有2种核糖,5种碱基,D正确。] 3.关于DNA双螺旋结构的特点,下列叙述错误的是( ) A.DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成 B.脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧 C.碱基对构成DNA的基本骨架 D.两条链之间的碱基配对方式为A与T配对,G与C配对 C [DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这两条链反向平行,形成规则的双螺旋结构,A项正确;脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧构成DNA的基本骨架,B项正确,C项错误;两条链之间的碱基配对方式为A与T配对,G与C配对,D项正确。] 4.已知一个DNA中有1 000个碱基对,其中鸟嘌呤有600个,这个DNA中脱氧核苷酸数目和腺嘌呤的数目依次是( ) A.2 000个和200个 B.2 000个和400个 C. 1 000个和400个 D.1 000个和600个 B [一个脱氧核苷酸含有1个碱基,因此DNA分子中碱基数目与脱氧核苷酸数目相同。已知1个DNA分子中有1 000个碱基对,则这个DNA中含有2 000个脱氧核苷酸;双链DNA中,非互补配对的碱基之和占碱基总数的一半。已知一个DNA中有1 000个碱基对,其中鸟嘌呤有600个,则这个DNA中腺嘌呤的数目为1 000-600=400个;故选B。] 5.如图为DNA片段的结构图,请据图回答下列问题: (1)图甲是DNA片段的________结构,图乙是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分子中的______________和________________交替连接排列在外侧,构成基本骨架。 (4)连接碱基对的⑦是________,碱基配对的方式如下:即________与________配对;________与________配对。 (5)从图甲可以看出,组成DNA分子的两条链的方向是________的;从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成______________结构。 [解析] (1)从图中可以看出:甲表示的是DNA分子的平面结构,而乙表示的是DNA分子的立体(空间)结构。 (2)图中②表示的是一条脱氧核苷酸单链片段,而⑤表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。 (3)从图甲的平面结构可以看出:DNA分子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分子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)根据图甲可以判断:组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的;从图乙可以看出组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。 [答案] (1)平面 立体(或空间) (2)一条脱氧核苷酸单链片段 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 规则的双螺旋 展开更多...... 收起↑ 资源预览