第二节 DNA的分子结构 1.结合教材图文和探究活动，概述DNA分子结构的主要特点。2.通过制作DNA双螺旋结构模型，进一步理解其结构特点并掌握有关的计算规律。一、DNA的基本组成单位1.基本组成单位是脱氧核糖核苷酸。2.脱氧核苷酸的种类4种，包括：腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。二、DNA双螺旋结构1.DNA分子的结构DNA分子由两条脱氧核苷酸长链按反向平行方式向右盘绕成双螺旋结构。双螺旋结构eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(外侧：是由脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替, 连接而成的长链，构成基本骨架,内侧：\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(碱基对通过氢键相连,碱基对之间遵循碱基互补配对原则)), ⇓, A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对, G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对))2.结构特点(1)稳定性：是由右手双螺旋结构来决定。(2)多样性和特异性：DNA分子中的碱基顺序编码、储存着遗传信息，碱基对的排列顺序在理论上几乎是无限的，这体现了DNA分子作为遗传物质的多样性；而碱基对的特定排列顺序，又构成了DNA分子的特异性。判断正误：(1)DNA分子由四种脱氧核苷酸组成，这四种脱氧核苷酸含有的碱基是A、U、C、G。( )(2)A—T碱基对和G—C碱基对具有相同的形状和直径，使DNA分子具有稳定的直径。( )(3)DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。( )(4)DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。( )(5)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。( )(6)DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即A＝T，G＝C。( )
答案
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(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)√一、DNA双螺旋结构模型的构建1.DNA分子结构层次2.制作DNA双螺旋结构模型(1)制作原理DNA的脱氧核苷酸双链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧。碱基排列在内侧，碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。(2)制作程序①使用各种材料分别“制作”若干个磷酸、脱氧核糖、碱基；将各种配件整合在一起，并连接成脱氧核苷酸链；连接两条脱氧核苷酸链，拼成DNA分子平面结构图；再“旋转”成双螺旋结构。②根据设计计划，对制作的DNA分子双螺旋结构模型进行检查，对模型的不足加以修正。1.据图写出脱氧核苷酸的化学元素组成、结构和种类。答案 脱氧核苷酸的基本组成元素是C、H、O、N、P，每一分子脱氧核苷酸又是由一分子磷酸、一分子含氮碱基和一分子脱氧核糖构成的，由于碱基的不同，脱氧核苷酸有4种。2.DNA分子模型构建过程中有哪些科学成果为沃森和克里克提供了支持？答案 (1)DNA衍射图谱
表
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明DNA分子呈螺旋结构。(2)DNA分子中四种碱基的数量关系表明，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；胞嘧啶(C)的量总是等于鸟嘌呤(G)的量。1.在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型( )A.粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补B.粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似C.粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补D.粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同 (1)A、G都为嘌呤，C、T都为嘧啶。问题导析(2)根据碱基互补配对原则，一条链中嘌呤只能和另一条链中的嘧啶互补配对，由于用一种长度的塑料片代表C与T，搭建成的DNA模型粗细一定要相同，故A正确。答案 A一题多变在制作DNA双螺旋结构模型时，如图为两个脱氧核苷酸的模型，其中圆圈代表磷酸，下列说法正确的是( )A.方形可能代表A、T、C、U四种含氮碱基B.两个圆圈可用曲别针(代表化学键)连接，以形成DNA的单链C.曲别针(代表化学键)应该连接在一个核苷酸的五边形和另一个核苷酸的圆圈上D.如果两个脱氧核苷酸分别位于链的两侧，两个模型方向相同答案 C二、DNA双螺旋结构1.DNA分子的空间结构
分析
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分类 主链 内侧 构成方式 磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则盘旋成双螺旋 主链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补(A－T，G－C)配对 动态变化 相对稳定 碱基比率和碱基序列可变 模型图解 2.巧记DNA分子的组成及结构五种元素：C、H、O、N、P；四种碱基：A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸；三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；两条长链：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。3.DNA分子结构中的碱基计算(1)共性：不因生物种类的不同而不同eq\f(A,T)＝eq\f(T,A)＝1；eq\f(G,C)＝eq\f(C,G)＝1；eq\f(A＋C,T＋G)＝eq\f(A＋G,T＋C)＝1(2)特异性：eq\f(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)相关计算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：eq\f(A1＋G1,T1＋C1)＝m，则：eq\f(A1＋G1,T1＋C1)＝eq\f(T2＋C2,A2＋G2)＝m，所以互补链上eq\f(A2＋G2,T2＋C2)＝eq\f(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。④DNA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。1.DNA分子中的碱基是如何连接的？答案 DNA单链中相邻的碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，而在双链中碱基通过氢键连接。2.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关系如何？一个DNA分子中含有多少个游离磷酸基团？答案 脱氧核糖∶磷酸∶碱基＝1∶1∶1。一个DNA分子中只含有2个游离磷酸基团。3.在双链DNA分子中，若某一条链中(A＋T)/(G＋C)＝m，则在另一条链中(A＋T)/(G＋C)的比值是多少？在整个DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的比值是多少？答案 在另一条链中及整个DNA分子中都是m。4.在双链DNA分子中，若某一条链中(A＋G)/(T＋C)＝n，则在另一条链中(A＋G)/(T＋C)的比值是多少？在整个DNA分子中(A＋G)/(T＋C)的比值是多少？答案 在另一条链中(A＋G)/(T＋C)的比值为1/n，在整个DNA分子中(A＋G)/(T＋C)＝1。2.如图是DNA分子的部分平面结构示意图，下列有关叙述不正确的是( )A.图中4的全称是腺嘌呤脱氧核苷酸B.构成DNA的核苷酸种类的不同与2有关C.N元素存在于图中的含氮碱基中D.从主链上看，两条脱氧核苷酸链反向平行 (1)构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。问题导析(2)脱氧核苷酸种类的不同与含氮碱基有关，与脱氧核糖无关，图中2为脱氧核糖，3为含氮碱基。答案 B一题多变(1)从主链上看，两条单链________平行；从碱基关系看，两条单链______________。(2)________和________相间排列，构成了DNA分子的基本骨架。(3)图中有________种碱基，________种碱基对。(4)含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。请回答：①该DNA片段中共有腺嘌呤________个，C和G构成的碱基对共________对。②在DNA分子稳定性的比较中，________碱基对的比例越高，DNA分子稳定性越高。答案 (1)反向 碱基互补配对 (2)脱氧核糖 磷酸(3)4 3 (4)①40 60 ②G与CINCLUDEPICTURE"E:\\杨绘绘\\2016\\同步\\创新\\生物\\创新设计生物中图必修2杨绘绘\\word\\对点练习.TIF"\*MERGEFORMATINCLUDEPICTURE"E:\\杨绘绘\\2016\\同步\\创新\\生物\\创新设计生物中图必修2杨绘绘\\word\\第三单元\\对点练习.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"对点练习.TIF"\*MERGEFORMAT1.下列关于DNA结构的描述错误的是( )A.每一个DNA分子由一条多核苷酸链盘绕而成螺旋结构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，但是反向平行答案 A解析 DNA双螺旋结构具有如下特点：①一个DNA分子是由两条多核苷酸链构成的双螺旋结构，两条链等长且是反向平行的。②DNA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；碱基排列在内侧。③DNA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。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。3.DNA分子具有多样性的主要原因是( )A.磷酸和脱氧核糖的排列顺序千变万化B.空间结构千变万化C.碱基种类多D.碱基对的排列顺序千变万化答案 D解析 DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接方式是固定不变的，组成DNA分子的碱基有4种。通过氢键形成碱基对，碱基对的排列顺序千变万化体现了生物DNA分子的多样性。4.在一个双链DNA分子中，G占碱基总数为18%。其中一条链中G占20%，那么，此链中C应为( )A.8%B.16%C.18%D.无法确定答案 B解析 已知G占碱基总量的18%，则C＋G＝2×18%＝36%，这个比例在任何一条链中都相等，已知其中一条链中G占20%，则这条链中的C＝36%－20%＝16%。5.已知双链DNA分子中的一条单链中eq\f(A＋G,T＋C)＝m，求：(1)在另一互补链中上述比例为________，据此可得推论：______________________。(2)在整个DNA分子中上述比例为________，据此可得推论：__________________。若在一单链中，eq\f(A＋T,G＋C)＝n，求：(3)在另一互补链中上述比例为________。(4)在整个DNA分子中上述比例为________。据以上结果可得推论：____________。答案 (1)eq\f(1,m) 在两条互补链中这种碱基比例互为倒数关系 (2)1 在整个DNA分子中，嘌呤碱基之和等于嘧啶碱基之和 (3)n (4)n 在整个DNA分子中，eq\f(A＋T,G＋C)与分子内任一条链上的该比例相同解析 (1)设DNA双链分别为α链和β链，其中α链为已知链，则β链为互补链。根据碱基互补配对原则，在双链DNA分子中有如下关系：Aα＝Tβ，Aβ＝Tα，Gα＝Cβ，Gβ＝Cα；所以eq\f(Aα＋Gα,Tα＋Cα)＝eq\f(Tβ＋Cβ,Aβ＋Gβ)＝m，其互补链中eq\f(Aβ＋Gβ,Tβ＋Cβ)＝eq\f(1,m)，即两条互补链中这种碱基的比例互为倒数。(2)在双链DNA分子中，由于A＝T，G＝C，所以eq\f(A＋G,T＋C)＝1，即整个双链DNA分子中的嘌呤碱基之和等于嘧啶碱基之和。(3)根据以上分析可知，整个DNA分子中Aα＋Tα＝Tβ＋Aβ，Gα＋Cα＝Cβ＋Gβ，所以有eq\f(Aα＋Tα,Gα＋Cα)＝eq\f(Aβ＋Tβ,Gβ＋Cβ)＝n。(4)整个DNA分子中Aα＝Tβ，Aβ＝Tα，Gα＝Cβ，Gβ＝Cα，所以有eq\f(A＋T,G＋C)＝eq\f((Aα＋Aβ)＋(Tα＋Tβ),(Gα＋Gβ)＋(Cα＋Cβ))＝eq\f(2(Aα＋Tα),2(Gα＋Cα))＝n。根据(3)和(4)知，整个DNA分子中，eq\f(A＋T,G＋C)与分子内任一链上的该比例相同。基础巩固1.下面关于DNA分子结构的叙述正确的是( )A.DNA分子的任一条链中A＝T，G＝CB.每个碱基分子上均连接着一个磷酸和一个脱氧核糖C.每个磷酸分子都直接和两个脱氧核糖相连D.DNA分子两条链上的A与T通过氢键连接答案 D解析 ①DNA是规则的双螺旋结构；②在DNA分子外侧，磷酸和脱氧核糖交替连接；③在DNA分子内侧，碱基A与T、G与C通过氢键相连，构成碱基对。据以上特点，可知D项正确。2.有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成应是( )A.三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶B.二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胞嘧啶C.二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶D.二个磷酸、二个脱氧核糖和一个尿嘧啶答案 C解析 因为一个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基组成。所以由一对氢键连接的脱氧核苷酸的组成应为：两分子磷酸、两分子脱氧核糖、两分子含氮碱基。已知一碱基为腺嘌呤，另一碱基应是胸腺嘧啶。3.下列选项中，决定DNA遗传特异性的是( )A.脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列顺序B.嘌呤总数与嘧啶总数的比值C.碱基互补配对原则D.碱基对特定的排列顺序答案 D解析 由DNA的双螺旋结构模型知道，组成DNA的碱基虽然只有四种，但构成DNA的碱基数量很多，碱基对的排列顺序千变万化，DNA中的碱基对的排列顺序就代表遗传信息。碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性，而碱基对的特定的排列顺序又决定了每一个DNA分子的特异性。4.下图是四位同学制作的DNA分子结构模型，其中正确的是( )答案 B解析 构成DNA分子的基本结构单位是脱氧核苷酸，每分子的脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子的脱氧核糖和一分子的含氮碱基组成，磷酸是连接在脱氧核糖的第五位碳原子上，碱基是连接在第一位碳原子上。脱氧核苷酸之间是通过磷酸二酯键相联系的，一个脱氧核苷酸分子的磷酸基与另一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖(第三个碳原子上基团)形成磷酸二酯键。5.某同学制作DNA双螺旋模型中含腺嘌呤5个，腺嘌呤与鸟嘌呤之比为1∶3，则该DNA片段模型中含有脱氧核糖的数目为( )A.10B.20C.30D.40答案 D解析 碱基总数与脱氧核糖数目相等，计算碱基总数要利用碱基互补配对原则，即A＝T，G＝C。因A＝5，A∶G＝1∶3，所以G＝15。A＝T，G＝C，所以A＋T＋G＋C＝40(个)。6.在刑侦领域DNA分子能像指纹一样用来鉴定个人身份，是因为( )①碱基互补配对方式具有多样性 ②脱氧核苷酸序列具有多样性 ③脱氧核苷酸序列具有特异性 ④脱氧核苷酸种类具有多样性A.①②B.②③C.③④D.①②③④答案 B解析 碱基的种类和碱基对的种类不具有多样性。7.下列有关DNA的叙述中，正确的是( )①在人体的白细胞中，DNA上含有人的全部遗传信息 ②同种个体之间的DNA是完全相同的 ③DNA是一切生物的遗传物质 ④DNA的一个分子可以控制许多性状 ⑤DNA的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接构成A.②③④B.③④⑤C.①③⑤D.①④⑤答案 D解析 人体的每一个细胞都是由一个受精卵经过分裂、分化而来的，其每一个细胞都包含有该物种所特有的全部遗传物质；同一种生物的不同个体的DNA是有差异的，其差异的根本原因是DNA中的碱基排列顺序的不同；有些生物的遗传物质是RNA，如烟草花叶病毒。巩固提升8.在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则下列有关叙述正确的是( )①脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m②碱基之间的氢键数为eq\f(3m－2n,2)③一条链中(A＋T)的数量为n④G的数量为(m－n)A.①②③④B.②③④C.③④D.①②③答案 D解析 ①的等量关系容易判断；对于②，需知G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键，故氢键数为：2n＋3×eq\f(m－2n,2)＝eq\f(3m－2n,2)；③因A＋T的总量为2n，故一条链中的A＋T的数量应为n；④中计算G的数量有误，应为eq\f(m－2n,2)＝eq\f(m,2)－n。9.假设一个双链DNA分子片段中，含碱基T共312个，占全部碱基的26%，则此DNA片段中碱基G所占百分比和数目分别是( )A.26%,312个B.24%,288个C.24%,298个D.12%,144个答案 B解析 DNA的碱基数目和比例严格遵循碱基互补配对原则，即DNA中有一个A，必须有一个和其互补的T；有一个C，必有一个G。根据这个原理可知G＝eq\f(1－26%×2,2)＝24%；又知T共312个，占26%，则可知该DNA中共有碱基312÷26%＝1200；前面已计算出G占24%，则G的数目是1200×24%＝288个。10.下列对双链DNA分子的叙述，哪项是不正确的( )A.若一条链G的数目为C的2倍，则另一条链G的数目为C的0.5倍B.若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等C.若一条链的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链相应碱基比例为2∶1∶4∶3D.若一条链的G∶T＝1∶2，则另一条链的C∶A＝2∶1答案 D解析 根据碱基互补配对原则，在DNA双链分子中，A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2。所以，A、B、C项都是正确的。而D项中，若一条链的G∶T＝1∶2，则另一条链的C∶A的比例也应该为1∶2。11.下图为DNA分子结构模式图，请据图回答下列问题。(1)组成DNA的基本单位是[ ]________。(2)若3为胞嘧啶，则4应是________。两者之间通过________键相连。(3)图中8示意的是一条________的片段。与另一条片段的位置关系是________。(4)构成DNA分子的碱基有________种，但由于________的排列顺序千变万化，因此构成了DNA分子的多样性。答案 (1)5 脱氧核苷酸 (2)鸟嘌呤 氢 (3)脱氧核苷酸链 反向平行 (4)4 碱基对解析 图中①是磷酸，②是脱氧核糖，③④是含氮碱基，⑤是脱氧核苷酸，⑥是碱基对，⑦是氢键，⑧是脱氧核苷酸链。DNA的基本组成单位是4种脱氧核苷酸，据碱基互补配对原则可知，胞嘧啶C与鸟嘌呤G通过氢键配对。图⑧是一条脱氧核苷酸链片段，DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行。12.已知多数生物的DNA是双链的，但也有个别生物的DNA是单链的。有人从两种生物中提取出DNA，分析它们的碱基比例如下，请据表分析下列问题： 生物 A T C G 甲 25 33 19 21 乙 31 31 19 19(1)从生物____________的碱基比例来看，它的DNA分子的结构应为______________链，是极少数病毒具有的。(2)从生物____________的碱基比例来看，它代表着大多数生物种类DNA分子的结构，其碱基构成特点为______________________。(3)现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌(生活在高温环境中)的是( )A.含胸腺嘧啶32%的样品B.含腺嘌呤17%的样品C.含腺嘌呤30%的样品D.含胞嘧啶15%的样品答案 (1)甲 单 (2)乙 A＝T、G＝C (3)B解析 双链DNA分子的两条链之间由氢键相连，碱基之间的连接遵循碱基互补配对原则，即A等于T，G等于C，若A≠T、G≠C，则说明该DNA分子不是双链，而是单链。DNA分子双螺旋结构中，A与T之间可以形成2个氢键，而G与C之间可以形成3个氢键，3个氢键稳定性强，因此，G和C含量多的生物，稳定性大于G与C含量少的生物。走进高考13.(2014·上海卷，15)在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型( )A.粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补B.粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似C.粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补D.粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同答案 A解析 A和G都是嘌呤碱基，C和T都是嘧啶碱基，在DNA分子中，总是A＝T，G＝C。依题意，用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，则DNA的粗细相同。14.(2014·山东卷，5)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是 ( )答案 C解析 设该单链中四种碱基含量分别为A1、T1、G1、C1，其互补链中四种碱基含量为A2、T2、C2、G2，DNA分子中四种碱基含量为A、T、G、C。由碱基互补配对原则可知：双链中(A＋C)/(T＋G)＝1，故A曲线应为水平；由于(A2＋C2)/(T2＋G2)＝(T1＋G1)/(A1＋C1)，即一条单链与其互补链的该比值互为倒数关系，故B曲线应为双曲线的一支；由于(A＋T)/(G＋C)＝(A1＋A2＋T1＋T2)/(G1＋G2＋C1＋C2)＝(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(T2＋A2)/(C2＋G2)，即一条单链与其互补链、DNA双链的该比值相等，故C曲线正确，D曲线错误。PAGE
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