高中生物 第三章 遗传的分子基础 第二节 DNA的分子结构和特点教学案 浙科版必修2

第二节 DNA 的分子结构和特点通过前面的学习，我们知道生物的遗传物质主要是DNA ，细胞生物和部分病毒的遗传物质都是DNA 。

那么DNA 究竟具有怎样的结构呢？如上图是坐落于北京中关村高科技园区的DNA 雕像和雅典奥运会中关于人类发现DNA 的过程，这就是科学家模拟的DNA 模型，下面就让我们重温科学家构建DNA 模型的研究历程，分析DNA 的结构特点。

一、DNA 分子的结构和特点1．基本单位2．双螺旋结构模型(1)该模型的构建者：美国学者沃森和英国学者克里克。

(2)写出图中①②③④的结构名称。

①A，②G，③腺嘌呤脱氧核苷酸，④氢键。

3．DNA分子结构的主要特点(1)两条链反向平行：脱氧核糖与磷酸基团交替连接形成主链的基本骨架，排列在外侧；碱基排列在内侧。

(2)碱基互补配对原则：一条链上的A总与另一条链上的T配对，之间形成2个氢键；一条链上的G总与另一条链上的C配对，之间形成3个氢键。

(3)卡伽夫法则：在DNA分子中，A＝T，G＝C，有A＋G＝T＋C，但A＋T不一定等于G＋C。

方法链接DNA结构的“五、四、三、二、一”记忆五种元素：C、H、O、N、P；四种碱基：A、G、C、T，相应地有四种脱氧核苷酸；三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；二条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链；一种螺旋：规则的双螺旋结构。

如图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题：1．图中的[1]、[2]、[5]、[7]的名称分别是什么？答案[1]为碱基对、[2]为一条脱氧核苷酸单链片段、[5]为腺嘌呤脱氧核苷酸、[7]为氢键。

2．两条链之间的碱基是怎样结合的？配对有什么规律？答案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。

3．结构[2]中的相邻碱基C和A是如何连接的？答案连接方式为：C—脱氧核糖—磷酸基团—脱氧核糖—A。

4．该片段中，游离的磷酸基团有几个？答案2个。

5．现有M、N两个均含有200个碱基的双链DNA分子，其中M分子中共有260个氢键，N分子中含有20个腺嘌呤，那么M分子中有C—G碱基对多少个？这两个DNA分子中哪个结构更稳定？分析假设M分子只有A、T两种碱基，则200个碱基形成100个碱基对，含有200个氢键，而实际上有260个氢键，即G—C碱基对共60个。

N分子中A－T碱基对有20个，则G—C碱基对有80个，氢键共有20×2＋80×3＝280个，氢键越多的DNA分子越稳定。

答案M分子中C—G碱基对共60个；N分子更稳定。

知识整合DNA中两条链反向平行，每条链有一个游离的磷酸基团；一条链内的相邻碱基由脱氧核糖—磷酸基团－脱氧核糖连接；两条链之间的碱基由氢键连接形成碱基对，A—T之间有2个氢键，G—C之间有3个氢键；相同长度的DNA分子，G—C碱基对越多，氢键越多，DNA 分子越稳定。

1．下面对DNA结构的叙述中，错误的一项是( )A．DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧B．DNA分子中的两条链反向平行C．DNA分子中氢键数目和碱基数目一定相等D．DNA分子中碱基之间一一对应配对的关系是碱基互补配对原则答案 C解析在DNA分子中，A＝T、G＝C，脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在DNA外侧，共同构成DNA分子的基本骨架；DNA分子两条链反向平行；A－T间是2个氢键，G－C间是3个氢键，氢键数目和碱基数目不相等。

2．如图是一个DNA分子的片段，从图中不能得到的信息是( )A．DNA是双螺旋结构B．碱基严格互补配对C．嘌呤数等于嘧啶数D．两条脱氧核苷酸链反向平行答案 D解析由图示可以看出，DNA是双螺旋结构，且两条链之间碱基严格互补配对，即嘌呤数等于嘧啶数；从题中不能看出两条链的方向。

知识整合DNA分子特性(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖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：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。

若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种。

(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。

二、制作DNA双螺旋结构模型及有关计算规律1．制作DNA双螺旋结构模型(1)原理：DNA分子双螺旋结构的主要特点。

(2)实验目的：通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解和认识。

(3)制作步骤选择材料制作若干个磷酸、脱氧核糖、碱基↓连接多个脱氧核苷酸↓连接脱氧核苷酸长链↓形成一个DNA分子↓DNA双螺旋结构(4)注意事项①选材时，用不同形状、不同大小和颜色的材料分别代表脱氧核糖、磷酸和不同的碱基。

②要选用有一定强度和韧性的支架和连接材料。

2．DNA 分子双螺旋结构模型的计算规律(1)在双链DNA 片段中，腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即A ＝T ，G ＝C 。

因此，嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A ＋G ＝T ＋C 。

(2)A ＋T G ＋C 的值在不同DNA 分子中是不同的，是DNA 分子多样性和特异性的表现。

(3)在一个双链DNA 分子中，脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的数量比例为1∶1∶1。

(4)DNA 分子中共有4种类型的碱基对，若某个DNA 分子具有n 个碱基对，则DNA 分子可有4n种组合方式。

结合DNA 分子双螺旋结构模型的特点，分析：1．设在双链DNA 分子中的1号链上A 1＋T 1＝n%，则2号链上A 2＋T 2的比例为多少？整个DNA 分子中A ＋T 的比例又是多少？据此，你有什么结论？分析 因为A 1＝T 2，A 2＝T 1，则：A 1＋T 1＝T 2＋A 2＝n%。

整个DNA 分子中：A ＋T ＝n%。

即在双链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。

答案 T 2＋A 2＝n%；整个DNA 分子中：A ＋T ＝n%；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．若1号链上：A 1＋G 1T 1＋C 1＝m ，则2号链上A 2＋G 2T 2＋C 2的比例为多少？在整个DNA 分子中，该比值又是多少？据此，你有什么结论？ 分析A 1＋G 1T 1＋C 1＝T 2＋C 2A 2＋G 2＝m ，所以互补链上A 2＋G 2T 2＋C 2＝1m。

即在双链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，在整个DNA 分子中，该比值是1。

答案A 2＋G 2T 2＋C 2＝1m；在双链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，整个DNA 分子中，该比值是1。

知识整合 双链DNA 分子中配对碱基之和的比值在两条单链和整个DNA 分子中都相等；不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数，整个DNA 分子中为1。

3．下图表示某同学制作的DNA双螺旋结构模型的一个片段。

其中存在的错误有( )A．3处B．5处C．7处D．8处答案 C解析制作DNA双螺旋结构模型，应选用脱氧核糖、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，图中4个核糖错误，应该换成脱氧核糖，尿嘧啶应该换成胸腺嘧啶，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间氢键数应该换成2个，胞嘧啶和鸟嘌呤之间氢键数应该换成3个，故共7处错误。

4．某DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链(a)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．35% B．29% C．28% D．21%答案 A解析整个DNA分子中的A＋T占整个DNA碱基总数的44%，则G＋C占整个DNA碱基总数的56%，又因为其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%，所以与G对应的互补链(b)上的C 占b链碱基总数的21%，则G(a链上)＋C(b链上)占DNA分子碱基总数的21%。

因为总的G＋C 占整个DNA分子碱基总数的56%，所以G(b链上)＋C(a链上)占DNA整个分子碱基总数的35%，推得G占b链碱基总数的35%，所以答案选A。

易错提醒进行碱基计算时要注意以下几点(1)单位是“对”还是“个”，这方面往往带来数据成倍的错误。

(2)注意提供的数据是DNA双链还是DNA的一条单链。

(3)解题时最好画一下简图，比较直观，减少因为思路不清引起的错误。

1．根据碱基互补配对原则，以下碱基配对正确的是( )A．G与T B．A与AC．U与T D．G与C答案 D解析根据碱基互补配对原则：A与T配对、G与C配对。

2．关于DNA分子结构的叙述，正确的是( )A．组成双链DNA分子的脱氧核苷酸可以只有1种B．绝大多数核糖上均连着两个磷酸和一个碱基C．双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的D．双链DNA分子中，A＋T＝G＋C答案 C解析根据碱基互补配对原则，组成双链DNA分子的脱氧核苷酸至少有2种，其中的五碳糖为脱氧核糖；位于DNA分子长链结束部位的每个脱氧核糖上只连着一个磷酸和一个碱基；双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的；双链DNA分子中，根据碱基互补配对原则，有A＋G＝T＋C。

3．下图为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA分子片段(其中○代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是( )A．甲说：该图没有什么物质和结构上的错误B．乙说：该图有一处错误，就是U应改为TC．丙说：该图中核糖应改为脱氧核糖D．丁说：如果他画的是双链RNA分子，则该图就是正确的答案 C解析该同学要画的为DNA分子结构图，图中的错误：五碳糖应为脱氧核糖；碱基不应含尿嘧啶(U)；磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接。

4．DNA的一条单链中(A＋G)/(T＋C)＝0.4。

上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为( )A．0.4、0.6 B．2.5、1.0C．0.4、0.4 D．0.6、1.0答案 B解析根据碱基互补配对原则，在整个DNA分子中，因为A＝T，G＝C，所以(A＋G)/(T＋C)的比值为1.0。

在双链DNA分子中，一条链上的(A＋G)/(T＋C)与另一条链上(T＋C)/(A＋G)相等为0.4，因而互补链中(A＋G)/(T＋C)＝2.5。

5．下面图甲是用DNA测序仪测出的某DNA片段上一条脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序(TGCGTATTGG)，请回答下列问题：(1)据图甲推测，此DNA片段上的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是________个。

(2)根据图甲中脱氧核苷酸链中的碱基排列顺序，推测图乙中显示的脱氧核苷酸链的碱基排列顺序为____________________(从上往下)。

(3)图甲所显示的DNA片段与图乙所显示的DNA片段中的(A＋G)/(T＋C)总是为________，由此证明DNA分子中碱基的数量关系是______________。