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新人教（2019）生物必修2同步學(xué)案
3.2　DNA的結(jié)構(gòu)
一、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．過程
探究DNA的兩條單鏈之間的連接方式：
(1)DNA的兩條單鏈由位于內(nèi)側(cè)的堿基連接而成還是由“脫氧核糖—磷酸”的基本骨架連接而成？請結(jié)合以下文字資料及生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型，判斷模型1、2中哪一個(gè)是科學(xué)的？
資料一　嘌呤和嘧啶堿基具有疏水性，脫氧核糖和磷酸具有親水性。
資料二　生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型
請判斷：在科學(xué)的模型下畫“√”，反之畫“×”。
(2)兩條鏈中的堿基排列在內(nèi)側(cè)，是相同的堿基兩兩相連嗎？
請結(jié)合以下資料進(jìn)行分析：
資料三　DNA螺旋的直徑是固定的，均為2 nm。
資料四　嘌呤和嘧啶的分子結(jié)構(gòu)圖
結(jié)論：不是相同的堿基兩兩相連，應(yīng)是嘌呤與嘧啶相連。
(3)請根據(jù)查哥夫堿基數(shù)據(jù)表猜測應(yīng)是哪兩種堿基配對？
來源 堿基的相對含量
腺嘌呤A 鳥嘌呤G 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T
人 30.9 19.9 19.8 29.4
牛 27.9 22.7 22.1 27.3
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9
結(jié)合分支桿菌 15.1 34.9 35.4 14.6
結(jié)論：A與T配對，G與C配對。
二、DNA的結(jié)構(gòu)
雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的一條單鏈具有兩個(gè)末端，一端有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，稱作5′－端，另一端有一個(gè)羥基(—OH)，稱作3′－端，兩條單鏈走向相反，一條單鏈?zhǔn)菑?′－端到3′－端的，另一條單鏈?zhǔn)菑?′－端到5′－端的。
(2)DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。
(3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對具有一定規(guī)律：A(腺嘌呤)一定與T(胸腺嘧啶)配對，G(鳥嘌呤)一定與C(胞嘧啶)配對。堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系，叫作堿基互補(bǔ)配對原則。
(1)DNA中A與T堿基對所占的比例越高，該DNA穩(wěn)定性越強(qiáng)(　　)
(2)一個(gè)DNA分子中1個(gè)磷酸均與2個(gè)脫氧核糖相連(　　)
(3)DNA兩條鏈上的堿基通過氫鍵相連(　　)
(4)每個(gè)DNA分子中，脫氧核糖數(shù)＝磷酸數(shù)＝含氮堿基數(shù)(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
易錯(cuò)警示　準(zhǔn)確辨析DNA結(jié)構(gòu)中的數(shù)量、位置關(guān)系及連接方式
回答有關(guān)堿基互補(bǔ)配對原則應(yīng)用的問題：
設(shè)DNA一條鏈為1鏈，互補(bǔ)鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
請據(jù)此完成以下推論：
(1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。
即：雙鏈中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋G＋T＋C)。
規(guī)律一：雙鏈DNA分子中嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和為堿基總數(shù)的一半。
(2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。
＝＝(N為相應(yīng)的堿基總數(shù))
＝＝
規(guī)律二：互補(bǔ)堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個(gè)DNA分子中都相等，簡記為“補(bǔ)則等”。
(3)與的關(guān)系是互為倒數(shù)。
規(guī)律三：非互補(bǔ)堿基之和的比值在兩條互補(bǔ)鏈中互為倒數(shù)，簡記為“不補(bǔ)則倒”。
(4)若＝a，＝b，則＝(a＋b)。
規(guī)律四：某種堿基在雙鏈中所占的比例等于它在每一條單鏈中所占比例和的一半。
三、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
1．材料用具
曲別針、泡沫塑料、紙片、扭扭棒、牙簽、橡皮泥、鐵絲等。
2．制作過程
從DNA的基本組成物質(zhì)磷酸、脫氧核糖、含氮堿基的代表物開始，通過訂書釘連接成基本單位——脫氧核苷酸模型，然后把“脫氧核苷酸”按一定的堿基順序依次穿在鐵絲上構(gòu)成一條“脫氧核苷酸鏈”，用同樣方法制作另一條，再按堿基互補(bǔ)配對方式用訂書釘連接兩條鏈，最后旋轉(zhuǎn)。
1．DNA只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能夠儲(chǔ)存足夠量的遺傳信息？
提示　堿基排列順序的千變?nèi)f化，使DNA儲(chǔ)存了大量的遺傳信息。
2．DNA是如何維系它的遺傳穩(wěn)定性的？
提示　兩條鏈上的堿基之間的氫鍵維持了雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定等。
1．DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
2．DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。
3．兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，A一定與T配對，G一定與C配對，堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系，叫作堿基互補(bǔ)配對原則。
1．沃森和克里克制作的著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型屬于哪一種模型(　　)
A．化學(xué)模型 B．物理模型　C．概念模型 D．?dāng)?shù)學(xué)模型
答案　B
2．下列關(guān)于DNA化學(xué)組成的說法正確的有(　　)
①基本組成單位是脫氧核苷酸　②基本組成單位是核糖核苷酸　③五碳糖是核糖　④五碳糖是脫氧核糖　⑤含氮堿基有A、T、G、C四種　⑥含氮堿基有A、U、G、C四種
A．①④⑥ B．②③⑤
C．②③⑥ D．①④⑤
答案　D
解析　DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，①正確；RNA的基本組成單位是核糖核苷酸，②錯(cuò)誤；組成RNA的五碳糖是核糖，③錯(cuò)誤；組成DNA的五碳糖是脫氧核糖，④正確；組成DNA的含氮堿基有A、T、G、C四種，⑤正確、⑥錯(cuò)誤。故選D。
3．下列有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述，錯(cuò)誤的是(　　)
A．雙鏈DNA分子中含有兩個(gè)游離的磷酸基團(tuán)
B．DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在內(nèi)側(cè)
C．嘌呤堿基與嘧啶堿基的結(jié)合保證了DNA分子空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定
D．DNA分子兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)
答案　B
解析　雙鏈DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)。
4．設(shè)某雙鏈DNA的堿基為m對，其中腺嘌呤為x個(gè)，那么胞嘧啶的個(gè)數(shù)為(　　)
A．(m－x)/2 B．(2m－x)/2
C．(m－2x)/2 D．m－x
答案　D
解析　已知某雙鏈DNA中有堿基m對，即堿基數(shù)為2m個(gè)，其中A為x個(gè)，則根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，T＝A＝x個(gè)，C＝G＝(2m－2x)/2＝m－x。
5．下圖是制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過程圖，請回答下列問題：
(1)在制作模型前進(jìn)行的設(shè)計(jì)中，甲處應(yīng)考慮具備____種材料，它們分別是_______________；其中五邊形材料表示____________。
(2)乙表示的物質(zhì)是______，a位置的元素是______。制作一個(gè)乙用到了______種材料。
(3)由乙連接成丙的過程，需考慮的主要有：兩條鏈中五邊形材料的頂角應(yīng)呈________(填“同向”或“反向”)關(guān)系；若一條鏈的下端是磷酸基團(tuán)，則另一條鏈的上端應(yīng)該是__________，這樣制作的目的是體現(xiàn)DNA雙鏈____________的特點(diǎn)。
(4)丙到丁過程體現(xiàn)了DNA分子________的特點(diǎn)，丁中排在外側(cè)的物質(zhì)是___________。
答案　(1)6　磷酸、脫氧核糖、四種堿基　脫氧核糖　(2)脫氧核苷酸　氧　3　(3)反向　磷酸基團(tuán)　反向平行　(4)(雙)螺旋　交替連接的脫氧核糖和磷酸

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