高中生物第三章遗传的分子基础第12课时DNA的分子结构和特点同步备课教学案浙科版必修2 14页

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 第 12 课时 DNA 的分子结构和特点 知识内容 考试属性及要求 考情解读 必考 加试 核酸分子的组成 a a 1．概述核酸分子的组成。 2．概述 DNA 分子结构及其特点，认同多学 科合作研究的重要性。 3．在进行活动时，运用建构模型的科学方 法，感悟 DNA 双螺旋结构对称、简洁、和 谐的科学美。 DNA 分子的结构和特点 b b 活动：制作 DNA 双螺旋 结构模型 b b 考点一 核酸分子的组成(a/a) 核酸包括 DNA 和 RNA，组成元素为 C、H、O、N、P，基本单位为核苷酸。 名称 基本单位 名称 基本组成 DNA 脱氧核糖核酸 脱氧核苷酸 磷酸、脱氧核糖、四种碱 基(A、G、C、T) RNA 核糖核酸 核糖核苷酸 磷酸、核糖、四种碱基(A、 G、C、U) 1．与 DNA 分子相比，RNA 分子特有的碱基是( ) A．U B．G C．A D．C 解析 DNA 分子特有的碱基是 T，RNA 分子特有的碱基是 U。 答案 A 【归纳总结】 不同生物的核酸种类 生物类别 核酸 核苷酸 碱基 遗传物质 细胞生物 DNA 和 RNA 8 种 5 种 DNA 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 病毒 只含 DNA 4 种 4 种 DNA 只含 RNA 4 种 4 种 RNA ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 考点二 DNA 的分子结构及结构特点及双螺旋模型制作(b/b) 1．DNA 的基本单位：脱氧核糖核苷酸(4 种) 2．DNA 分子的结构——双螺旋结构 (1)由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 (2)外侧：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)碱基互补配对原则：A＝T；G≡C。 (4)卡伽夫法则：在 DNA 分子中，A 与 T 的个数相等，G 与 C 的个数相等，但 A＋T 的量 不一定等于 G＋C 的量。在一个双链 DNA 分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全 部碱基的 50%；不互补的两种碱基之和占全部碱基数的 50%，即 A＋G＝A＋C＝T＋G＝T＋C＝ 1/2 全部碱基。 3．DNA 的特性 (1)多样性：构成 DNA 分子的脱氧核苷酸虽只有 4 种，配对方式仅 2 种，但其数目却可 以成千上万，更重要的是形成碱基对的排列顺序可以千变万化，从而决定了 DNA 分子的多样 性(n 对碱基可形成 4n 种 DNA 分子)。 (2)特异性：每个特定 DNA 分子的碱基排列顺序是特定的。 (3)稳定性：分子内脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序使 DNA 分子结构相对稳定。 4．活动：制作 DNA 双螺旋结构模型 (1)严格按照实验操作程序，按结构层次从小到大，从简单到复杂依次完成。 (2)制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时，注意分子的大小比例。 (3)制作含氮碱基模型时，A 和 T、G 和 C 应剪成相互吻合的形状，两对碱基的长度相同。 (4)制作脱氧核苷酸长链模型时，要注意：①两条长链中脱氧核苷酸的个数必须相同； ②两条长链上的碱基能够相互配对；③两条长链反向平行。 2．(2015·10 月浙江选考)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 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。 答案 C 3．(2017·金华期末)下列关于 DNA 的叙述，错误的是( ) A．脱氧核苷酸是由脱氧核苷和磷酸连接起来的 B．DNA 的两条链反向平行 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 C．卡伽夫法则是指 A 与 T 配对、C 与 G 配对 D．有细胞结构的生物均以 DNA 为遗传物质 解析 A 与 T 配对、C 与 G 配对是碱基互补配对原则。 答案 C ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ A、T 之间通过 2 个氢键连接，C、G 之间通过 3 个氢键连接，C、G 的比例越高，双螺 旋结构越稳定。 ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 制作 DNA 双螺旋结构模型 ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 考点三 有关 DNA 分子结构的计算(b/b) 1．DNA 分子的共性和特异性 (1)共性：不因生物种类的不同而不同。 A T ＝T A ＝1；G C ＝C G ＝1；A＋C T＋G ＝A＋G T＋C ＝1 (2)特异性：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。 2．相关计算 如图是 DNA 分子中碱基配对的情况示意图，与碱基互补配对原则有关的规律： (1)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。一条链中的 A 和另一条链中的 T 相等，可记为 A1＝T2，同样： T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2。 (2)设在双链 DNA 分子中的一条链上 A1＋T1＝n%，因为 A1＝T2、A2＝T1，则：A1＋T1＝T2 ＋A2＝n%。整个 DNA 分子中：A＋T＝n%。 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。 (3)设双链 DNA 分子中，一条链上： A1＋G1 T1＋C1 ＝m，则：A1＋G1 T1＋C1 ＝T2＋C2 A2＋G2 ＝m，所以互补链上A2＋G2 T2＋C2 ＝1 m 。 双链 DNA 分子中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。 (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 种碱基对排列方式。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 6 4．已知某双链 DNA 分子中，G 与 C 之和占全部碱基总数的 34%，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 和 C 分别占该链碱基总数的( ) A．34%和 16% B．34%和 18% C．16%和 34% D．32%和 18% 解析 如图所示，设该 DNA 分子的两条链分别为 1 链和 2 链，双链 DNA 分子中，G 与 C 之和占全部碱基总数的 34%，则 A＋T 占 66%，又因为双链 DNA 分子中，互补配对的两种碱基 之和占整个 DNA 分子比例和每条链中的比例相同，因此 A1＋T1＝66%，G1＋C1＝34%，又因为 T1 与 C1 分别占该链碱基总数的 32%和 18%，则 A1＝66%－32%＝34%；G1＝34%－18%＝16%，根 据 DNA 分子的碱基互补配对关系，所以 T2＝A1＝34%，C2＝G1＝16%。 答案 A 5．已知一个双链 DNA 分子的 G 占整个 DNA 分子碱基的 27%，并测得 DNA 分子一条链上 的 A 占这条链碱基的 18%，则另一条链上的 A 的比例是( ) A．9% B．27% C．28% D．46% 解析 据题意，G 占整个 DNA 分子碱基的 27%，依据碱基互补配对原则，C 也占 27%，G ＋C＝54%，那么 A＋T＝1－54%＝46%，又因为它的任何一条链中 A＋T＝46%，其中一条链 A 占 18%，则此链中 T＝46%一 18%＝28%，则另一条链中 A＝28%。 答案 C A＋G＝T＋C＝50% A＋C＝T＋G＝50% 在双链 DNA 中任一对不互补的碱基之和占总碱基数的 50%。 ___________________________________________________________________________ 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 7 ___________________________________________________________________________ 1．DNA 分子结构中( ) A．含氮碱基与核糖相连 B．磷酸与脱氧核糖交替排列 C．腺嘌呤与鸟嘌呤通过氢键配对 D．两条链的空间结构千变万化 解析 DNA 分子的五碳糖是脱氧核糖，A 错误；DNA 分子中，脱氧核糖和磷酸交替连接 构成基本骨架，B 正确；腺嘌呤通过氢键与胸腺嘧啶进行互补配对，C 错误；DNA 分子的两 条链的结构都是螺旋结构，D 错误。 答案 B 2．(2016·浙江 4 月选考)下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型，正确的是( ) 解析 每 1 个脱氧核苷酸是由 1 个脱氧核糖、1 个磷酸基团和 1 个碱基构成，碱基可能 是 A 或 C 或 G 或 T，不可能是 U，A 项错误；脱氧核糖是戊糖，其中 1 号碳上连着碱基，5 号碳上连着磷酸基团，B 项、C 项错误、D 项正确。 答案 D 3．(2017·温州十校联合体期末)如图为某核苷酸长链片段的示意图，下列关于该长链 的相关叙述中，错误的是( ) A．2 和 3 构成核苷 B．嘌呤数目等于嘧啶数目 C．4 为胞嘧啶脱氧核苷酸 D．磷酸基团的数目等于脱氧核糖的数目 解析 该链为 DNA 单链，嘌呤数目不一定等于嘧啶数目，DNA 双链中嘌呤数目等于嘧啶 数目，B 错误。 答案 B 4．(2017·台州期末)下列关于 DNA 分子结构的叙述，正确的是( ) A．DNA 分子的基本单位是 4 种核糖核苷酸 B．DNA 主链的基本骨架由脱氧核糖与磷酸结合形成 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 8 C．DNA 分子一条链上的相邻碱基由氢链连接 D．DNA 分子中 A＋T 的量一定等于 G＋C 的量 解析 DNA 分子的基本单位是 4 种脱氧核苷酸；DNA 分子两条链间的相邻碱基由氢键连 接；根据卡伽夫原则，DNA 分子中 A＋T 的量不一定等于 C＋G 的量。 答案 B 5．(2017·丽水选考模拟)某 DNA 分子的一条链(A＋G)/(T＋C)＝2，这种比例在其互补 链和整个 DNA 分子中分别是( ) A．都是 2 B．1/2 和 2 C．1/2 和 1 D．2 和 1 解析 在整个 DNA 分子中，A＝T、C＝G，因此，A＋G＝T＋C。由于在 DNA 分子的单链中， 一条链中的 A＋G 或 T＋C 与互补链中的 T＋C 或 A＋G 相等，故一条链的(A＋G)/(T＋C)＝2， 其互补链的该比值就是 1/2。 答案 C (时间：40 分钟) 1．双链 DNA 分子中正确的碱基配对方式是( ) A．C 与 A 配对 B．A 与 G 配对 C．C 与 T 配对 D．A 与 T 配对 解析 双链 DNA 分子中正确的碱基配对方式是 A 与 T 配对、G 与 C 配对。 答案 D 2．DNA 分子结构的多样性主要取决于( ) A．碱基种类的不同 B．碱基数量的不同 C．碱基序列的不同 D．碱基比例的差 解析 不同的 DNA 具有的遗传信息不同，不同的碱基排列顺序表示不同的遗传信息，碱 基对排列顺序的千变万化构成了 DNA 分子的多样性。 答案 C 3．某同学在构建 DNA 分子结构模型时，想用不同的几何图形代表核苷酸的不同组成部 分。那么该同学组建的 DNA 分子模型中共有多少种不同的几何模型( ) A．五种 B．六种 C．七种 D．八种 解析 DNA 分子中核苷酸的组成部分有 1 种磷酸、1 种脱氧核糖及 A、T、G、C 4 种碱基。 答案 B 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 9 4．某生物碱基中嘌呤总数为 56%，嘧啶总数为 44%，此生物不可能是( ) A．T2 噬菌体 B．烟草花叶病毒 C．禽流感病毒 D．果蝇 解析 T2 噬菌体只含有双链 DNA，碱基中嘌呤总数等于嘧啶总数。 答案 A 5．某双链 DNA 分子中，胞嘧啶(C)占全部碱基的 30%，则腺嘌呤(A)占全部碱基的( ) A．10% B．20% C．30% D．40% 解析 双链 DNA 分子中，G＝C＝30%，G＋C＝60%；所以，A＋T＝40%，A＝T＝20%。 答案 B 6．组成 DNA 和 RNA 的核苷酸、戊糖和碱基共有( ) A．8、8、8 种 B．8、2、5 种 C．2、2、4 种 D．2、2、8 种 解析 组成 DNA 和 RNA 的核苷酸有 8 种，戊糖有 2 种和碱基有 5 种。 答案 B 7．下列关于 DNA 结构的描述错误的是( ) A．每一个 DNA 分子都是由一条多核苷酸链盘绕而成的螺旋结构 B．外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成的骨架，内部是碱基 C．DNA 两条链上的碱基间以氢键相连，且 A 与 T 配对、G 与 C 配对 D．DNA 的两条链等长，但是反向平行 解析 一般来说，每个 DNA 分子是由两条链组成的，A 错误；DNA 分子的脱氧核糖和磷 酸交替连接，排列在外侧，构建基本骨架，碱基排列在内侧，B 正确；DNA 分子的两条链上 的碱基由氢键连接形成碱基对，且遵循 A 与 T 配对、G 与 C 配对的碱基互补配对原则，C 正 确；DNA 分子的两条链的核苷酸数相同，方向是反向平行，D 正确。 答案 A 8．20 世纪 50 年代初，英国科学家威尔金斯等用 X 射线衍射技术对 DNA 结构潜心研究 了 3 年，意识到 DNA 是一种螺旋结构。1953 年，沃森、克里克构建了 DNA 的规则的双螺旋 结构模型，沃森、克里克和威尔金斯分享了 1962 年的诺贝尔生理学或医学奖。关于 DNA 分 子的双螺旋结构的描述错误的是( ) A．DNA 分子是由 4 种脱氧核糖核苷酸相互连接而形成的生物大分子 B．DNA 分子的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接而形成的 C．脱氧核糖核苷酸相互连接形成 DNA 能够产生水 D．DNA 分子的两条链是反向平行的，并且游离的磷酸基位于同一端 答案 D 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 10 9．在 DNA 分子的一条单链中相邻的碱基 A 与 T 的连接是通过( ) 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 解析 双链 DNA 分子之间的碱基通过氢键连接，A 错误；一条单链中相邻的碱基 A 与 T 是通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接的，B 正确；肽键是氨基酸脱水缩合形成的，C 错误； 磷酸与脱氧核糖交替连接构成 DNA 的基本骨架，D 错误。 答案 B 10．下图为某 DNA 分子的部分平面结构图，该 DNA 分子片段中含 100 个碱基对，40 个 胞嘧啶，则下列说法错误的是( ) A．②与①交替连接，构成了 DNA 分子的基本骨架 B．③是连接 DNA 单链上两个核糖核苷酸的磷酸二酯键 C．该 DNA 复制 n 次，含母链的 DNA 分子只有 2 个 D．该 DNA 复制 n 次，消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸数为 60(2n－1)个 解析 ①是脱氧核糖，②是磷酸，两者交替连接构成了 DNA 分子的基本骨架；④是连接 DNA 单链上两个脱氧核糖核苷酸的化学键，③是鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸中连接磷酸和脱氧核 糖的化学键；该 DNA 复制 n 次，得到 2n 个 DNA，其中含有母链的 DNA 分子共 2 个；该 DNA 复 制 n 次，消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数为(200－40×2)÷2×(2n－1)＝60(2n－1)。 答案 B 11．有三个核酸分子，经分析共有 5 种碱基、8 种核苷酸、4 条核苷酸长链，它的组成 是( ) A．1 个 RNA,2 个 DNA B．3 个 DNA C．1 个 DNA,2 个 RNA D．3 个 RNA 解析 DNA 和 RNA 共含有 5 种碱基、8 种核苷酸，且一个 DNA 分子含有两条核苷酸链， 而一个 RNA 分子只含一条核苷酸链。满足条件的只有 C 项。 答案 C 12．下列双链 DNA 的结构最稳定的是( ) A．含胸腺嘧啶 32%的 DNA B．含腺嘌呤 17%的 DNA C．含腺嘌呤 30%的 DNA D．含胞嘧啶 15%的 DNA 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 11 解析 DNA 分子双螺旋结构中，A 和 T 之间可以形成 2 个氢键，而 G 和 C 之间可以形成 3 个氢键，其稳定性较强，因此 G 和 C 含量多的 DNA 较稳定。 答案 B 13．胰岛β细胞内某个 DNA 分子，已知在该 DNA 分子的一条链上 G＋C 占 60%，A 占 24%， 则另一条链上 A 占整个 DNA 分子的碱基比例为( ) A．60% B．24% C．8% D．16% 解析 已知在该 DNA 分子的一条链上 G＋C 占 60%，A 占 24%，则这条链上 T 占 16%。根 据碱基互补配对原则，另一条链上的 A 占 16%，则另一条链上 A 占整个 DNA 分子的碱基比例 为 8%。 答案 C 14．下列关于双链 DNA 分子的叙述，哪项是错误的( ) A．一条链中 A 和 T 的数量相等，则互补链中 A 和 T 的数量也相等 B．一条链中 G 为 C 的 2 倍，则互补链中 G 为 C 的 0．5 倍 C．一条链的 C∶T＝1∶2，则互补链的 G∶A＝2∶1 D．一条链中 A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则互补链中相应的碱基比为 2∶1∶4∶3 解析 由 DNA 分子的碱基互补配对原则可知，两条 DNA 单链中 A1＝T2、T1＝A2，如果 A1 ＝T1，则 A2＝T2，A 正确；两条 DNA 单链中 C1＝G2、G1＝C2，如果 G1＝2C1，则 G2＝1 2 C2，B 正确； 由于两条 DNA 单链中 C1＝G2、G1＝C2、A1＝T2、T1＝A2，如果 C1∶T1＝1∶2，则互补链的 G2∶A2 ＝1∶2，C 错误；由于两条 DNA 单链中 C1＝G2、G1＝C2、A1＝T2、T1＝A2，如果 A1∶T1∶G1∶C1 ＝1∶2∶3∶4，则 A2∶T2∶G2∶C2＝2∶1∶4∶3，D 正确。 答案 C 15．2013 年 1 月，英国剑桥大学科学家宣布在人体快速分裂的活细胞如癌细胞中发现 了 DNA 的四螺旋结构。形成该结构的 DNA 单链中富含 G，每 4 个 G 之间通过氢键等作用力形 成一个正方形的“G4 平面”，继而形成立体的“G～四联体螺旋结构”(如图)，下列有关 叙述正确的是( ) ①该结构是沃森和克里克首次发现的； ②该结构由一条脱氧核苷酸链形成； ③用 DNA 解旋酶可打开该结构中的氢键； 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 12 ④该结构中A＋G T＋C 的值与 DNA 双螺旋中的比值相等。 A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 解析 本题考查了 DNA 结构的相关知识，同时考查了学生获取信息能力。沃森和克里克 发现的是 DNA 的双螺旋结构，①错误；由题目信息“形成该结构的 DNA 单链中富含 G”，可 知②正确；解旋酶可以打开氢键，③正确；由于是 DNA 单链的形式存在，所以A＋G T＋C 不相等。 ④错误。 答案 B 16．如图是某 DNA 分子的部分平面结构示意图，据图回答： (1)DNA 是________空间结构，3、4 的中文名称分别是 ______________________、______________________。 (2)碱基通过________连接成碱基对，碱基配对遵循________原则。 (3)若该 DNA 分子中，其中的一条链的A＋G T＋C 为 0．4，那么在它的互补链中，A＋G T＋C 应为 ________。 答案 (1)双螺旋 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 (2)氢键 碱基互补配对 (3)2．5 17．如图是 DNA 片段的结构图，请据图回答： (1)填出图中部分结构的名称： [2]________，[5]________。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 13 (2)从甲图可以看出 DNA 分子主链的基本骨架是由________和________交替连接而形成 的。 (3)连接碱基对的键是________。碱基配对的方式有________与________配对、________ 与________配对。 (4)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________的________结构。 答案 (1)一条脱氧核苷酸单链片段 腺嘌呤脱氧核苷酸 (2)脱氧核糖 磷酸 (3)氢键 A(腺嘌呤) T(胸腺嘧啶) G(鸟嘌呤) C(胞嘧啶) (4)反向 规则 双螺旋 18．大肠杆菌 DNA 分子结构示意图(片段)如图所示。请据图回答下列问题： (1)图中 1 表示________，2 表示________，1、2、3 结合在一起的结构叫________。 (2)图中 3 有________种，中文名称是______________________________。 (3)含有 200 个碱基的某 DNA 片段中碱基间的氢键共有 260 个，该 DNA 片段中共有腺嘌 呤________个，C 和 G 共________对。 解析 图中 3、4 之间有三个氢键，故 3 表示鸟嘌呤或胞嘧啶。设 A、T 碱基对有 n 个， 则 G、C 碱基对有 100－n 个，氢键总数为 2n＋3(100－n)＝260，解得 n＝40，G、C 碱基对 60 个。 答案 (1)磷酸 脱氧核糖 脱氧核苷酸 (2)2 鸟嘌呤或胞嘧啶 (3)40 60 19．分析下列 DNA 分子的构成过程，回答下列问题： (1)DNA 的基本结构单位是________种________。 (2)DNA 分子中的________和________交替连接，排列在________侧，构成 DNA 分子的 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 14 基本骨架。 (3)DNA 分子的两条链通过________键连接；按________平行方式盘旋成________结构。 (4)配对的碱基，A 与 T 之间形成________个氢键，G 与 C 之间形成________个氢键，C—G 比例越大，DNA 结构越________。 答案 (1)4 脱氧核苷酸 (2)脱氧核糖 磷酸 外 (3)氢 反向 双螺旋 (4)2 3 稳定