第3章第2节 DNA分子的结构·高中生物人教版必修2-深度解析PDF

第2节 DNA分子的结构对人不尊敬首先就是对自己的不尊敬。———惠特曼第2节 DNA分子的结构 1.讨论DNA分子双螺旋结构模型的构建历程。

2.概述DNA分子双螺旋结构的主要特点。

3.阐明碱基互补配对原则。

4.制作DNA分子双螺旋结构模型。

要点1 DNA双螺旋结构模型的构建1.构建者:美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。

2.构建依据:

(1)科学家对

DNA的认识:DNA分子是以4

种脱氧核苷

酸为单位连接而成的长链。这四种脱氧核苷酸分别含有A、

G、C、T四种碱基。

(2)威尔金斯和富兰克林提供的

DNA

衍射图谱。

(3)查哥夫的研究成果: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。3.构建过程:

(1)沃森和克里克推算

DNA

分子呈螺旋结构。

(2)构建多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型,在研究中

不断地抛弃和重建DNA模型。(3)构建碱基对A—T、G—C

互补配对的双螺旋模型,能

够解释A、G、T、C的数量关系,也能解释DNA的复制,并与拍摄的X衍射照片相符。(4)1962

年,沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成

果而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。【案例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量等于T量、C量等于G量

【精析】 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;查哥夫发现了A量等于T量、C量等于G量;沃森和克里克在此基础上提出了DNA分子的

双螺旋结构。【解答】 B

【案例2】 组成DNA结构的基本成分是(

)。

①核糖②脱氧核糖

③磷酸④腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶

⑤胸腺嘧啶⑥尿嘧啶

A.①③④⑤B.①②④⑥

C.②③④⑤D.②③④⑥【精析】 DNA的化学组成是脱氧核糖、磷酸和A、T、

G、C4种碱基,而核糖和尿嘧啶则属于RNA的化学成分。

【解答】 C

要点2 DNA分子的结构1.DNA的结构单位———脱氧核苷酸(4种)

2.DNA的空间结构———规则的双螺旋结构

(1)DNA双链反向平行:一条走向是5′→3′,另一条走向

是3′→5′,有规则地盘绕成双螺旋。(2)外侧磷酸与脱氧核糖交替排列,构成基本骨架;内侧

碱基对。(3)碱基互补配对原则:腺嘌呤(A)通过两个氢键与胸腺

嘧啶(T)配对,鸟嘌呤(G)通过三个氢键与胞嘧啶(C)配对┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈。第3章 基因的本质

一个人的真正伟大之处就在于他能够认识到自己的渺小。———保 罗

关键提醒 G-C对丰富的DNA,其结构更为稳定。【案例3】 下列关于DNA分子结构的叙述中,正确的

是(

)。

①每个DNA分子中都含有4种碱基

②在一段双链DNA分子中,若含有70个胞嘧啶,则一定

会同时含有70个鸟嘌呤③在每个DNA分子中,碱基数=磷酸数=脱氧核苷酸数

=脱氧核糖数

④每个脱氧核糖上,含有一个磷酸和一个含氮碱基

A.①②B.②③

C.③④D.②④【精析】 对某个具体的DNA分子来说,可以是由4种

脱氧核苷酸构成,也有的DNA分子是由2种脱氧核苷酸连接而成的。在DNA分子中,A=T,G=C。注意脱氧核苷酸链上

每个脱氧核糖上连接2个磷酸和1个碱基。【解答】 B

要点3 制作DNA双螺旋结构模型1.实验原理

DNA分子具有特殊的空间结构———规则的双螺旋结构,

这一结构的主要特点是:①DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成;②DNA分子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;③DNA分子两条链上的碱基按照互补配对原则两两配对,并且以氢键连接。2.材料用具

硬塑方框2个(长约10cm),细铁丝2根(长约0.5m),球

形塑料片(代表磷酸)若干,双层五边形塑料片(代表脱氧核糖)若干,4种不同颜色的长方形塑料片(代表4种不同碱基)若干,粗铁丝2根(长约10cm),订书钉。

3.方法步骤

(1)制作“脱氧核苷酸模型”:将一个剪好的球形塑料片

(代表磷酸)和一个长方形塑料片(4

种不同颜色的长方形塑料

片分别代表4种不同的碱基),分别用订书钉连接在一个剪好的五边形塑料片(代表脱氧核糖)上。用同样的方法制作一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。(2)制作“多核苷酸长链模型”:取一个硬塑方框,在硬塑

方框一侧的两端各拴上一条长0.5m的细铁丝。按照一定的碱基排列顺序,将若干个脱氧核苷酸依次穿在一条长细铁丝上,组成一条多核苷酸长链。在组装另一条多核苷酸长链时,

方法相同,但要注意两点:—是两条长链的单核苷酸数目必须相同;二是两条长链并排时,必须保证碱基之间能够相互配对,不能随意组装。这是实验成败的关键所在。(3)制作“DNA

分子平面结构模型”:制作好“多核苷酸长

链模型”后,将两条铁丝的末端分别拴到另一个硬塑方框一侧的两端,并在所制模型的背侧用两根较粗的铁丝加固。(4)制作“DNA

分子的立体结构(双螺旋结构)模型”:双手

分别提起硬塑方框,拉直双链,把DNA分子平面结构旋转一下,即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。关键提醒 (1)熟悉制作模型用的各种零件代表的物

质,写出4种碱基的字母名称。(2)两条链的长度、碱基总数一致,碱基互补、方向相反。

(3)磷酸、脱氧核糖、碱基三者之间的连接部位要正确。(4)制作中各零件连接应牢固,避免旋转中脱落。(5)各组模型制作以不同数量和顺序的A-T、C-G、T-

A、G-C四种碱基对排列,领悟DNA分子的多样性。

【案例4】 在制作DNA双螺旋模型时,各“部件”之间

需要连接。下列连接中错误的是(

)。

【精析】 相邻脱氧核苷酸之间的连接是通过一个脱氧

核苷酸的脱氧核糖与另一个脱氧核苷酸的磷酸基团之间脱水聚合。【解答】 B

【案例5】 下列是由氢键相连的两个脱氧核苷酸,其中

正确的是(

)。

【精析】 根据DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链

构成可知,A、C不正确;根据碱基互补配对原则可知D不正确。【解答】 B

拓展反思 DNA分子的一条单链中,相邻的碱基A与

T是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接起来;而

DNA双链中,相邻的碱基A与T是通过氢键连接形成碱

基对

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈。第2节 DNA分子的结构

大胆天下去得,小心寸步难行。———《警世通言》拓展点1 DNA分子的结构特点主链侧链

构成方式①脱氧核糖与磷酸交替排列;②两条主链呈反向平行;③盘旋成规则的双螺旋。①主链上对应碱基以氢键连接成对;②碱基互补配对(A—T,G—C);③碱基对平面之间

平行。位置双螺旋外侧双螺旋内侧 在分子结构上,DNA是由4种脱氧核苷酸连接而成多核

苷酸的两条单链,通过氢键把两条单链上相对的碱基连接起来。碱基的配对是有规律的,A一定与T配对,G一定与C配对,这就是碱基互补配对原则。所以,在DNA中碱基的比率总是(A+G)/(T+C)=1,嘌呤碱基的分子总数等于嘧啶碱基

的分子总数。这样的互补配对,形成为多核苷酸的双链。双链围绕一个主心轴,形成梯状的双螺旋结构。在双链上,4种碱基的排列顺序是不受限制的,因而提供了DNA分子结构的多样性,而每一特异的DNA分子有其独特的碱基排列顺序。说明:腺嘌呤(A)通过两个氢键与胸腺嘧啶(T)配对,鸟嘌

呤(G)通过三个氢键与胞嘧啶(C)配对,所以G—C对丰富的DNA比A—T对丰富的DNA更为稳定。

【案例1】 由一对氢键相连的两个脱氧核苷酸,已查明

其中的一个碱基为T,则这部分结构的其他组成应是( )。

A.两个磷酸、两个脱氧核糖、一个尿嘧啶

B.两个磷酸、两个脱氧核糖、一个腺嘌呤

C.两个磷酸、两个脱氧核糖、一个胞嘧啶

D.三个磷酸、三个脱氧核糖、一个腺嘌呤

【精析】 每个脱氧核苷酸包含一分子磷酸、一分子脱氧

核糖、一分子含氮碱基;DNA分子中,由氢键相连的两个碱基的配对是有规律的:A与T配对,G与C配对。【解答】 B【案例2】 下面关于DNA分子结构的叙述中错误的是( )。A.每个双链DNA分子通常都会含有四种脱氧核苷酸B.每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基C.每个DNA分子的碱基数=磷酸数=脱氧核糖数D.双链DNA分子中的一段若含有40个胞嘧啶,就一定会同时含有40个鸟嘌呤【精析】 在DNA分子结构中,每一条主链是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的,故每个脱氧核糖上均连接着两个磷酸和一个碱基。一分子的脱氧核苷酸中包含一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基。DNA分子是通过磷酸二酯键使得磷酸和脱氧核糖交替连接而成的。【解答】 B拓展点2 与碱基互补配对原则相关的计算碱基互补配对原则是核酸中碱基数量计算的基础。可推知以下多条用于碱基计算的规律。1.在双链DNA分子中,互补碱基两两相等,即A=T,C=G,且A+G=C+T,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。2.在双链DNA分子中,互补的两种碱基和(如A+T或C+G)占全部碱基的比等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值,且等于其转录形成的mRNA中该种比例的比值。3.DNA分子一条链中(A+G)/(C+T)的比值的倒数等于其互补链中该种比例的比值。4.DNA分子一条链中(A+T)/(C+G)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。5.不同生物的DNA分子中其互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。【案例3】 某双链DNA分子含有200个碱基,一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则该DNA分子( )。A.含有4个游离的磷酸基B.A有60个C.四种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7D.碱基排列方式共有4200种【精析】 DNA分子中含有2个游离的磷酸基,根据一条链上的A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,可计算出A+T=30%,则该双链DNA分子中的A+T=30%,碱基总数为200个,则A+T=60个,A=T,A=30个;另一链与该链互补,另一链的A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,两条链的A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7;碱基排列方式共有4100种。DNA分子含有200个碱基,其碱基排列顺序最多有4100种,但因题目限制了4种碱基的数量比例,故其碱基排列顺序应少于4100种。【解答】 C【案例4】 某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%,其中一条链上的G占该链碱基总数的21%,那么,对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是( )。A.21%B.29%C.28%D.35%【精析】 根据碱基互补配对原则可推知,DNA单链中的A+T所占的比例等于DNA双链的A+T所占的比例,由