人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构学案

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第2节　DNA的结构[课程标准要求][核心素养目标]概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。1.生命观念：通过搜集DNA结构模型建立过程的资料并进行交流和讨论，运用结构与功能观，分析DNA的结构与其蕴藏遗传信息的功能是相适应的。2．科学思维：通过模型构建，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构。3．科学探究：通过制作DNA双螺旋结构模型，领悟模型构建在科学研究中的应用。研习1　DNA双螺旋结构模型的构建 [梳理教材]1．构建者：________和________。2．构建过程答案：1．沃森　克里克2．衍射图谱　A　T　C　G　螺旋　A＝T　G＝C　T　C[即时练习]1．判断(1)查哥夫提出DNA分子中A＝G、C＝T。(　　)(2)沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型中，脱氧核糖—磷酸骨架排列在螺旋外部，碱基排列在螺旋内部。(　　)(3)沃森和克里克构建出了DNA分子结构模型——DNA双螺旋结构模型。(　　)答案：(1)×　查哥夫提出DNA分子中A＝T、C＝G。(2)√　(3)√2．下列关于DNA模型构建的叙述中，错误的是(　　)A．富兰克林的DNA衍射图谱为模型的构建提供了重要依据B．根据DNA衍射图谱，沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构C．沃森和克里克最初构建的双螺旋结构中，认为磷酸和脱氧核糖排列在外部，碱基安排在内部，且A与T配对，G与C配对D．DNA是以四种脱氧核苷酸为单位形成的答案：C　解析：对于DNA结构认识经过的历程是：基本单位是四种脱氧核苷酸→构成脱氧核苷酸链→两条脱氧核苷酸链螺旋成DNA。在这个认识过程中，起初并不知道A一定与T配对，G一定与C配对。研习2　DNA的结构和特点 [梳理教材]1．DNA的基本组成单位——________(1)结构模式图(2)构成：由1分子磷酸、1分子________和1分子碱基构成。其中碱基包括A、____、____和C共4种。(3)种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、___________、___________和胞嘧啶脱氧核苷酸共4种。[助学巧记]巧记DNA分子结构的“五·四·三·二·一”2．DNA双螺旋结构的主要特点　　　　　平面结构　　空间结构(1)DNA是由________条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成________结构。(2)DNA中的________________交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；________排列在内侧。(3)两条链上的碱基通过________连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A(腺嘌呤)一定与________配对，G(鸟嘌呤)一定与________配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作______________原则。3．DNA的方向性(1)脱氧核糖上与________相连的碳称作1′­C，与________相连的碳称作5′­C。(2)DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′­端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′­端。(3)DNA的两条单链走向________，从双链的一端起始，一条单链是从5′­端到3′­端的，另一条单链则是从3′­端到5′­端的。4．DNA的多样性(1)由于________________________的不同，导致了DNA分子的多样性。(2)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，则该DNA分子中的碱基对可能有________种排列方式，这构成了DNA分子的多样性，决定了遗传信息的多样性。答案：1．脱氧核苷酸　(2)脱氧核糖　T　G　(3)胸腺嘧啶脱氧核苷酸　鸟嘌呤脱氧核苷酸2．(1)两　双螺旋　(2)脱氧核糖和磷酸　碱基　(3)氢键　T(胸腺嘧啶)　C(胞嘧啶)　碱基互补配对3．(1)碱基　磷酸基团　(3)相反4．(1)脱氧核苷酸的数量和排列顺序　(2)4n[拓展提升]DNA分子中的碱基计算规律1．以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系(1)A、T、G、C的关系：A＝T，G＝C。(2)非互补碱基和之比：(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝1。结论：DNA中非互补碱基之和相等。(3)互补碱基和之比：(A＋T)/(G＋C)不是定值。(4)碱基比例与DNA分子的共性和特异性①共性的体现是(1)和(2)中的配对碱基相等，DNA中非互补碱基之和相等。②特异性的体现是(3)中的比值是不确定的。2．以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系(如上图)(1)A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。(2)若1链中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝m，由(1)中的碱基关系推断，则2链中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝1/m。结论：两链间非互补碱基和之比互为倒数。3．DNA双链和单链中碱基数量的联系(如上图)(1)若在双链中(A＋T)/(G＋C)＝n，则在1链中(A1＋T1)/(G1＋C1)＝n,2链中(A2＋T2)/(G2＋C2)＝n。结论：在同一DNA分子中，双链和单链中互补碱基和之比相等。(2)若1链中A1占的比例为X1,2链中A2占的比例为X2，则整个DNA分子中A占的比例为(X1＋X2)/2。结论：某碱基占双链DNA碱基总数的百分比数等于相应碱基占相应单链比值和的一半。4．碱基间的数量关系分析项目双链DNA1链2链规律A、T、G、C关系A＝TG＝CA1＝T2G1＝C2T1＝A2C1＝G2双链DNA中，A总等于T，G总等于C，且1链上的A等于2链上的T，1链上的G等于2链上的C非互补碱基和之比，即(A＋G)/(T＋C)或(G＋T)/(A＋C)1m1/mDNA双链中非互补碱基之和相等，两链间非互补碱基和之比互为倒数互补碱基和之比，即(A＋T)/(G＋C)或(G＋C)/(A＋T)nnn在同一DNA中，双链和单链中互补碱基和之比相等某种碱基的比例(x为A、T、G、C中某种碱基的百分含量)x1x2某碱基占双链DNA碱基总数的百分数等于相应碱基占相应单链的比值的和的一半[即时练习]1．判断(1)DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸。(　　)(2)脱氧核苷酸中，碱基连接在核糖的1′­C原子上。(　　)(3)DNA单链中的A与T的数量一定相等。(　　)答案：(1)√(2)×　脱氧核苷酸中，碱基连接在脱氧核糖的1′­C原子上。(3)×　DNA单链中的A与T的数量不一定相等。2．(2021·大连高一检测)如图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是(　　)A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或bB．图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个C．相邻脱氧核苷酸之间通过化学键③连接起来D．从碱基上看，缺少的碱基是T答案：A　解析：图中所示a表示的是一个完整的脱氧核苷酸，b中连接的磷酸是碱基C所在的脱氧核苷酸上的，且b中不是完整的五碳糖；图中与五碳糖直接相连的碱基只有一个；图中③处表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸之间通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T。【互动探究】(1)能否用题干中的图表示构成RNA的核糖核苷酸链？那么缺少的碱基是哪一类？(2)画出与图中片段互补的另一条脱氧核苷酸链片段。答案：(1)能，缺少U。(2)研习3　制作DNA双螺旋结构模型 [梳理教材]DNA双螺旋结构模型制作过程1．构建“脱氧核苷酸模型”(1)用卡纸剪下若干如图1所示圆形、五边形和矩形，分别代表磷酸、________和________。(2)在代表脱氧核糖的每个五边形上如图1所示标注出1′­C、3′­C和5′­C的位置。(3)将1个圆形、1个五边形和1个矩形按照图2所示的相对位置贴在一张A4纸上，并用铅笔将圆形和五边形的________连接起来，将矩形与五边形的________连接起来，这样就构建起了1个脱氧核苷酸模型。(4)重复第(3)步，在A4纸上如图3所示，构建多个脱氧核苷酸模型，并在竖直方向上等距排列成两列。2．构建“脱氧核苷酸长链模型”用水笔将A4纸上的上下相邻的脱氧核苷酸的磷酸二酯键标识出来，如图3所示，构建两条脱氧核苷酸长链模型。注意下一个脱氧核苷酸的磷酸基团连接在上一个脱氧核苷酸的脱氧核糖的________上。3．构建DNA平面结构模型(1)将构建的两条脱氧核苷酸长链模型沿虚线处剪下。(2)将两条脱氧核苷酸长链模型按图4所示________的方式重新粘在一张A4纸上。(3)在每一个矩形上用水笔标注出A、T、G或C，注意两条链之间的相邻碱基应遵循碱基互补配对原则。(4)用水笔在A—T碱基对之间画出两条虚线，G—C碱基对之间画出三条虚线，这里的虚线代表的是碱基对之间的________。4．制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型将图4所示的A4纸两侧折叠卷成桶状，两个边缘上下适度错开不要对齐，并用透明胶带固定。答案：1．(1)脱氧核糖　碱基　(3)5′­C　1′­C2．3′­C3．(2)反向平行　(4)氢键[即时练习]1．(2021·河北易县中学高二期末)用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如表所示(代表氢键的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物若干)，则所搭建的DNA分子片段最长为多少个碱基对(　　)卡片类型脱氧核糖脱氧核糖和磷酸连接物磷酸碱基种类及数量ATGC卡片数量42141003764A．4   B．5  C．6   D．7答案：A　解析：在双链DNA中，碱基之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、G＝C，分析表格中卡片类型和数量可知，能组成3对A—T碱基对、4对G—C碱基对。要用卡片构建DNA平面结构模型，还受脱氧核糖和磷酸之间的连接物数量限制。假设能搭建的DNA分子含有n个碱基对，则每条链需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数目为2n－1，共需(2n－1)×2个，已知脱氧核糖和磷酸之间的连接物有14个，则(2n－1)×2＝14，n＝4，A正确。 网络构建要语必背1.DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。2．DNA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。3．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，A一定与T配对，G一定与C配对，碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。[巩固提升]1．1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型。以下关于DNA分子结构的叙述错误的是(　　)A．两条链反向平行B．磷酸—脱氧核糖交替形成骨架C．碱基位于螺旋的外侧D．碱基互补配对答案：C　解析：两条链反向平行，A不符合题意；磷酸—脱氧核糖交替形成骨架，B不符合题意；碱基位于螺旋的内侧，C符合题意；碱基互补配对，D不符合题意。2．下列对双链DNA分子的叙述，不正确的是(　　)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为2∶1∶4∶3D．若一条链的G∶T＝1∶2，另一条链的C∶A＝2∶1答案：D　解析：一条链上的G与C分别与另一条链上的C与G配对，因此一条链上的G与另一条链上的C相等，一条链上的C与另一条链上的G相等，故若一条链G的数目为C的2倍，则另一条链G的数目为C的0.5倍， A正确；由DNA分子的碱基互补配对原则可知，A1＝T2，T1＝A2，所以若一条链中A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等，B正确；由DNA分子的碱基互补配对原则可知，G1＝C2，C1＝G2，A1＝T2，T1＝A2，如果A1∶T1∶G1∶C1＝1∶2∶3∶4，则A2∶T2∶G2∶C2＝2∶1∶4∶3，C正确；由DNA分子的碱基互补配对原则可知，G1＝C2，C1＝G2，A1＝T2，T1＝A2，如果G1∶T1＝1∶2，则C2∶A2＝1∶2，D错误。3．如图表示DNA分子结构的片段，下列有关叙述正确的是(　　)A．双螺旋结构使DNA分子具有较强的特异性B．DNA单链上相邻碱基之间以氢键连接C．④结构可表示腺嘌呤脱氧核苷酸D．生活在高温环境中的生物，其DNA中⑤的比例相对较高答案：D　解析：双螺旋结构使DNA分子具有较强的稳定性，每个DNA分子中特定的碱基排列顺序使DNA分子具有较强的特异性，A错误； DNA单链上相邻碱基之间以“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，B错误；根据DNA分子中碱基互补配对原则，④为胸腺嘧啶脱氧核苷酸，C错误；⑤为C—G碱基对，C—G之间有3个氢键，而A—T之间只有2个氢键，因此C—G的含量越高，DNA分子越稳定，即生活在高温环境中的生物，其DNA中⑤的比例相对较高，D正确。