資源簡(jiǎn)介

3.2 DNA的結(jié)構(gòu)學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
概述DNA結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。
制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
討論DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程。
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
1．教學(xué)重點(diǎn)
（1）DNA分子的結(jié)構(gòu)。
（2）堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及其重要性。
（3）DNA分子的多樣性。
2．教學(xué)難點(diǎn)
DNA分子的立體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
【預(yù)習(xí)新知】
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
1．構(gòu)建者：美國生物學(xué)家__沃森__和英國物理學(xué)家__克里克__。
2．構(gòu)建過程：
DNA的結(jié)構(gòu)
1．DNA的結(jié)構(gòu)層次：
(1)基本組成元素：__C、H、O、N、P__。
(2)組成物質(zhì)：
①__磷酸基團(tuán)__，②__脫氧核糖__，③__含氮堿基__。
(3)基本組成單位：④__脫氧核糖核苷酸__，共__4__種。
(4)整體結(jié)構(gòu)：由__2__條長鏈反向平行按__雙螺旋__方式盤旋而成。
2．DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
(1)基本骨架：由__脫氧核糖__和__磷酸__交替連接組成。
(2)內(nèi)側(cè)：堿基之間通過__氫鍵__連接，且遵循__堿基互補(bǔ)配對(duì)__原則。根據(jù)此原則寫出各序號(hào)代表的堿基種類。
⑤：__A__　⑥：__G__　⑦：__C__　⑧：__T__
【易錯(cuò)提示】
（1）威爾金斯和富蘭克林通過對(duì)DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出DNA分子呈螺旋結(jié)（ ）
（2）沃森和克里克構(gòu)建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中，脫氧核糖—磷酸骨架排列在螺旋外部，堿基排列在螺旋內(nèi)部（ ）
（3）沃森和克里克研究DNA分子的結(jié)構(gòu)時(shí)，運(yùn)用了構(gòu)建物理模型的方法（ ）
答案：（1）×（2）√（3）√
【深化探究】
一、DNA的結(jié)構(gòu)
[問題探究]
1．構(gòu)成DNA分子的化學(xué)元素有哪些？其中N存在于什么部位？
提示：C、H、O、N、P，其中N存在于堿基中。
2．由DNA的結(jié)構(gòu)推知，脫氧核苷酸和含氮堿基的比值是多少？一條單鏈中的相鄰堿基是怎樣連接的？
提示：1∶1，通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相互連接。
歸納總結(jié)：
1．DNA分子的結(jié)構(gòu)層次
2．DNA分子的結(jié)構(gòu)
(1)DNA單鏈：脫氧核苷酸分子連接成脫氧核苷酸鏈(如圖)。
(2)DNA雙鏈：兩條脫氧核苷酸單鏈以氫鍵相連形成(如圖)。
①每個(gè)DNA片段中之間的數(shù)量比為1∶1∶1，游離的磷酸基團(tuán)有2個(gè)。
②一條核苷酸鏈中相鄰兩個(gè)核苷酸通過磷酸二酯鍵相連；連接雙鏈之間的化學(xué)鍵為堿基對(duì)之間的氫鍵。
③每個(gè)脫氧核糖(除兩端外)連接著2個(gè)磷酸，分別在3號(hào)、5號(hào)碳原子上相連接。
④在DNA分子的一條單鏈中相鄰的堿基通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連接。
⑤若堿基對(duì)數(shù)為n，則氫鍵數(shù)為2n～3n；若已知A有m個(gè)，則氫鍵數(shù)為3n－m。
3．DNA分子的結(jié)構(gòu)特性
(1)穩(wěn)定性：DNA中脫氧核糖和磷酸交替連接的方式不變；兩條鏈間堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式不變。
(2)多樣性：DNA分子中堿基對(duì)(脫氧核苷酸對(duì))的排列順序多種多樣，構(gòu)成了DNA的多樣性→遺傳信息的多樣性→生物多樣性。
(3)特異性：每種DNA有別于其他DNA的特定的堿基排列順序。
4．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
二、DNA分子堿基比率的計(jì)算
[問題探究]
1．DNA分子中A＝T、G＝C，每條鏈中也有該等量關(guān)系嗎？
提示：一般沒有。
2．若DNA分子一條鏈中A＋T/G＋C＝a，則另一條鏈中該比值為多少？整個(gè)DNA分子中的該比值呢？
提示：a；a。
歸納總結(jié)：
1．堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
A－T，G－C，如圖所示。
2．有關(guān)推論
(1)規(guī)律一：一個(gè)雙鏈DNA分子中，A＝T、C＝G，則A＋G＝C＋T，即“嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)”。
注意：一個(gè)雙鏈DNA分子中，A＋T與C＋G不一定相等，而且一般都不相等。
(2)規(guī)律二：在雙鏈DNA分子中，A＋T或C＋G在全部堿基中所占的比例等于其任何一條單鏈中A＋T或C＋G所占的比例。
由圖知：A1＋T1＋G1＋C1＝m，A2＋T2＋G2＋C2＝m，整個(gè)雙鏈DNA上的堿基總數(shù)為2m。
因?yàn)锳1＝T2、T1＝A2，則A1＋T1＝A2＋T2，A＋T＝(A1＋T1)＋(A2＋T2)，。
(3)規(guī)律三：在DNA雙鏈中，一條單鏈的的值與另一條互補(bǔ)單鏈的的值互為倒數(shù)關(guān)系。簡(jiǎn)記為“不配對(duì)的堿基和之比在兩條單鏈中互為倒數(shù)”。
注意　在整個(gè)DNA分子中該比值等于1。
(4)規(guī)律四：DNA雙鏈中，一條單鏈的的值，與另一條互補(bǔ)鏈的的值是相等的，也與整個(gè)DNA分子中的的值相等。
注意　綜合規(guī)律三、四可簡(jiǎn)記為“補(bǔ)則等，不補(bǔ)則倒”。
(5)規(guī)律五：不同生物的DNA分子中互補(bǔ)配對(duì)的堿基之和的比值不同，即(A＋T)/(C＋G)的值不同。該比值體現(xiàn)了不同生物DNA分子的特異性。
(6)規(guī)律六：若＝b%，則%。
(7)規(guī)律七：若已知A在雙鏈中所占的比例為c%，則A1在單鏈中所占的比例無法確定，但最大值為2c%，最小值為0。
【鞏固訓(xùn)練】
1.噬菌體ΦX174是單鏈DNA生物，當(dāng)它感染宿主細(xì)胞時(shí)，首先形成復(fù)制型（RF）的雙鏈DNA分子。如果該生物DNA的堿基構(gòu)成是20%A，30%G，10%T和40%C。那么，RF中的堿基構(gòu)成情況是( )
A.20%A，30%G，10%T和40%C B.15%A，35%G，15%T和35%C
C.10%A，40%G，20%T和30%C D.35%A，15%G，35%T和15%C
2.在一個(gè)雙鏈DNA分子中,堿基總數(shù)為m,腺嘌呤數(shù)為n,則下列正確的是( )
①脫氧核苷酸數(shù)=磷酸數(shù)=堿基總數(shù)=m
②堿基之間的氫鍵數(shù)為3m-2n/2
③一條鏈中A+T的數(shù)量為n
④鳥嘌呤的數(shù)量為m-n
A.①②③④ B.②③④ C.③④ D.①②③
3.研究人員發(fā)現(xiàn)敲除雄性小鼠的PANX3基因后，會(huì)讓雄性小鼠的脂肪顯著減少，肌肉質(zhì)量明顯增加，這項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)肥胖治療產(chǎn)生重大影響。下列與PANX3基因相關(guān)的敘述，正確的是( )
A.PANX3基因能改變生物的肥胖狀態(tài)，可見基因與性狀是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系
B.PANX3基因的一條鏈中相鄰的堿基G和C通過核糖－磷酸基團(tuán)－核糖連接起來
C.若PANX3基因的一條鏈中A和T的數(shù)量占該鏈的1/2，則該鏈中G占1/4
D.PANX3基因控制生物性狀的遺傳信息儲(chǔ)存在脫氧核苷酸的排列順序中
4.如圖為某DNA分子的部分平面結(jié)構(gòu)圖，下列說法正確的是( )
A.圖中①、②分別表示核糖、磷酸，二者與堿基T一起構(gòu)成一個(gè)核苷酸
B.③是氫鍵，DNA分子中G/C的含量越高，分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定
C.圖中兩條鏈的堿基排列在內(nèi)側(cè)，構(gòu)成DNA分子的基本骨架
D.雙鏈DNA分子中，若一條脫氧核苷酸鏈中G+C=28%，則DNA分子中A占22%
5.某雙鏈DNA中含有1000個(gè)堿基，一條鏈上A:T:G:C=1:2:3:4，則( )
A.該DNA分子中含有150個(gè)堿基A
B.該DNA分子中共有1150個(gè)氫鍵
C.該DNA分子中含有4個(gè)游離的磷酸基團(tuán)
D.該DNA分子另一條鏈上A:T:G:C=4:3:2:1
6.20世紀(jì)90年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)DNA也有酶催化活性，DNA-E47是人工合成的由47個(gè)核苷酸組成的單鏈DNA分子，它可以催化兩個(gè)DNA片段之間的連接。下列有關(guān)敘述正確的是( )
A.在DNA-E47中，嘌呤堿基數(shù)一定等于嘧啶堿基數(shù)
B.在DNA-E47中，堿基數(shù)=脫氧核苷酸數(shù)=脫氧核糖數(shù)
C.在DNA-E47中，相鄰的堿基由“一核糖一磷酸一核糖一”連接
D.在DNA-E47中，每個(gè)脫氧核糖上均連有一個(gè)磷酸基團(tuán)和一個(gè)含氨堿基
參考答案
1.答案：B
解析：根據(jù)題意可知，在單鏈DNA分子中，A+T=30%，所以形成的雙鏈DNA分子中，A+T=30%，由于A=T，即各占15%；同理可求出G=C=35%，B正確。
2.答案：D
解析：每個(gè)脫氧核苷酸分子均有一個(gè)五碳糖、一個(gè)磷酸基團(tuán)和一個(gè)堿基，故DNA分子中，脫氧核苷酸數(shù)=磷酸數(shù)=堿基總數(shù)=m，①正確；A和T堿基之間為2個(gè)氫鍵，C和G堿基之間為3個(gè)氫鍵，腺嘌呤數(shù)為n，則胸腺嘧啶數(shù)為n，堿基總數(shù)為m，則胞嘧啶與鳥嘌呤數(shù)均為m-2n/2，放氫鍵數(shù)為2n+3（m-2n）/2=3m-2n/2，②正確，④錯(cuò)誤；腺嘌呤總數(shù)為n，且雙鏈DNA分子中A=T，故兩條鏈中A+T=2n，又由于DNA兩條鏈中的A+T數(shù)量相同，故一條鏈中A+T=n，③正確。綜上所述，選D。
3.答案：D
解析：A、根據(jù)題干信息“研究表明PANX3基因在身體的脂肪細(xì)胞中高度表達(dá)，敲除PANX3基因，會(huì)讓雄性小鼠脂肪顯著減少，增加肌肉質(zhì)量”說明基因能改變生物的肥胖狀態(tài)，性狀不僅受基因的控制，還會(huì)受到環(huán)境的影響，據(jù)此可推測(cè)，基因與性狀不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，后天的生活方式對(duì)生物的肥胖狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生影響，A錯(cuò)誤；
B、PANX3基因的一條鏈中相鄰的堿基G和C通過脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖連接起來，B錯(cuò)誤；
C、在雙鏈DNA分子中，A=T、C=G，若基因的一條鏈中A和T的數(shù)量占該鏈的1/2，那么整個(gè)DNA分子中A和T的數(shù)量占該DNA分子總堿基數(shù)量的1/2，但單鏈中G不一定占1/4，C錯(cuò)誤；
D、基因中脫氧核苷酸的排列順序代表遺傳信息，據(jù)此可知，PANX3基因的遺傳信息儲(chǔ)存在脫氧核苷酸的排列順序中，D正確。
故選D。
4.答案：B
解析：分析題圖：該圖為某DNA分子的部分平面結(jié)構(gòu)圖，圖中①為脫氧核糖，②為磷酸，③為氫鍵。圖中①為脫氧核糖， A錯(cuò)誤；③為氫鍵，通常所含氫鍵越多，DNA越穩(wěn)定，A一T之間有2個(gè)氫鍵，C一G之間有3個(gè)氫鍵，因此DNA分子中G/C的含量越高，分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，B正確；脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成DNA分子的基本骨架，C錯(cuò)誤；雙鏈DNA分子中，若一條脫氧核苷酸鏈中G+C=28%，則整個(gè)DNA中G+C=28%，A+T=72%，A=T，則DNA分子中A占36%，D錯(cuò)誤。
5.答案：A
解析：根據(jù)題意，該DNA分子中含有1000個(gè)堿基，則一條鏈4上含有500個(gè)堿基，已知一條鏈上A:T:G:C=1:2:3:4，則該條鏈上含有50個(gè)堿基A，100個(gè)堿基T，150個(gè)堿基G，200個(gè)堿基C，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知該DNA分子中共含有150個(gè)堿基A，150個(gè)堿基T，350個(gè)堿基G，350個(gè)堿基C，可形成150個(gè)A一T堿基對(duì)和350個(gè)G一C堿基對(duì)，每個(gè)A一T堿基對(duì)之間形成兩個(gè)氫鍵，每個(gè)G一C堿基對(duì)之間形成三個(gè)氫鍵，故該DNA分子中可形成150×2+350×3=1350（個(gè)）氫鍵，A正確，B錯(cuò)誤；一個(gè)雙鏈DNA分子中含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，C錯(cuò)誤；根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，該DNA分子另一條鏈上A:T:G:C=2:1:4:3，D錯(cuò)誤。
6.答案：B
解析：根據(jù)題意可知，由于DNA-E47是單鏈DNA分子，其中的嘌呤堿基數(shù)不一定等于嘧啶堿基數(shù)，A錯(cuò)誤；無論是單鏈DNA分子還是雙鏈DNA分子，其基本組成單位都是脫氧核苷酸，每個(gè)脫氧核苷酸分子由一分子堿基、一分子脫氧核糖和一分子磷酸組成，因此在DNA-47中，堿基數(shù)=脫氧核苷酸數(shù)=脫氧核糖數(shù)，B正確；在單鏈DNA分子中，相鄰的堿基由“一脫氧核糖一磷酸一脫氧核糖一”連接，C錯(cuò)誤；在單鏈DNA分子中，除其中的一端外，每個(gè)脫氧核糖上均連有兩個(gè)磷酸基團(tuán)和一個(gè)含氮堿基，D錯(cuò)誤。

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