第2节
DNA分子的结构
一、DNA分子双螺旋结构模型的构建
1.构建者:_____________。
2.构建过程:
沃森和克里克
3.DNA分子双螺旋结构的构建历程:
结合科学家对DNA结构的探索过程,判断正误:
(1)由于DNA分子双螺旋结构的发现,沃森、克里克和威
尔金斯共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。 ( )√
提示:由于沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——
脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文的发表,沃森、克
里克和威尔金斯共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
(2)A—T碱基对和G—C碱基对的形状和直径是不相同的,
使得DNA分子的直径也不同。 ( )
提示:由于A—T碱基对和G—C碱基对具有相同的形状和
直径,使得DNA分子具有稳定的直径。
×
(3)受威尔金斯和富兰克林的影响,沃森和克里克改变
了碱基配对的方式。 ( )
提示:威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱,推算出
DNA分子呈螺旋结构,受查哥夫的影响,沃森和克里克改
变了碱基配对方式。
×
(4)沃森和克里克构建了一个将磷酸——脱氧核糖骨架
排在螺旋外部,碱基排在螺旋内部的双链螺旋。( )
提示:DNA分子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。
√
【激疑】
生物化学家查哥夫提出了DNA中嘧啶数目和嘌呤数目相
等的观点,这对DNA的构建有何提示?
提示:嘌呤总是与嘧啶配对,而不是嘌呤和嘌呤配对或
嘧啶和嘧啶配对。
二、DNA分子的结构
1.平面结构:
2.空间结构:
(1)名称:_______结构。
(2)特点:
双螺旋
组成 两条链按_________方式盘旋成双螺旋
基本骨架 [②]_________和[③]_____交替连接
内侧 _____
碱基互补
配对
两条链上的碱基通过_____形成
[⑤]_______,
且T(_________)一定与[⑥]__________配
对,C(_______)一定与[⑦]__________配对
反向平行
脱氧核糖 磷酸
碱基
氢键 碱基对
胸腺嘧啶 A(腺嘌呤)
胞嘧啶 G(鸟嘌呤)
三、制作DNA双螺旋结构模型
某学习小组,利用材料制作了DNA双螺旋结构模型,请将
合理的制作顺序排列起来___________。
①组装“脱氧核苷酸模型”
②组成多核苷酸长链
③①②⑤④
③制作若干个磷酸、碱基和脱氧核糖
④获得DNA分子的立体结构
⑤制作DNA分子平面结构
知识点一 DNA分子的结构
1.DNA分子的结构:
(1)数量关系:
①游离磷酸基团:每个DNA分子片段有2个。
②氢键:A-T之间有2个,G-C之间有3个。
③脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数。
(2)位置关系:
①单链中:相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核
糖—”连接。
②双链间:相邻碱基通过氢键相连。
(3)化学键:
①氢键:连接互补链中配对的碱基。
②磷酸二酯键:连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的脱氧
核糖和磷酸。
2.DNA分子的特点:
多样性 碱基排列顺序是千变万化的
特异性 每个DNA分子都有其特定的碱基排列顺
序,蕴藏着特定的遗传信息
稳定性
①DNA分子中,磷酸与脱氧核糖交替连接
方式不变
②两条链间碱基互补配对方式不变
【思考·讨论】
1.尝试通过DNA的基本单位推测构成DNA的化学元素有
哪些?(生命观念)
提示:C、H、O、N、P五种元素。
2.DNA若进行初步水解和彻底水解,则产物分别是什么
?(科学思维)
提示:初步水解的产物是4种脱氧核糖核苷酸;彻底水解
的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
【素养案例】
(2017·山东学考真题)1953年沃森和克里克构建了DNA
的双螺旋结构模型,推动了现代遗传学迅猛发展。如图
是一个DNA分子的片段。下列叙述中错误的是 ( )
A.图中②代表氢键
B.DNA是规则的双螺旋结构
C.图中①代表腺嘌呤(A)
D.该DNA中含有4种脱氧核苷酸
【解题导引】明确以下三点:
(1)DNA分子为规则的双螺旋结构。
(2)DNA的基本组成单位是4种脱氧核糖核苷酸。
(3)DNA分子中遵循碱基互补配对原则,即A与T配对,G与
C配对。
【解析】选C。由题图可知,DNA是规则的双螺旋结构,
该片段含有A、G、C、T 4种碱基,也就是含有4种脱氧
核苷酸,碱基之间靠②氢键连接;依据碱基互补配对原
则,①为鸟嘌呤。
【素养·探究——情境迁移】
坐落在北京中关村高科技园区的DNA雕塑,以它简洁而
独特的造型吸引着过往行人,它象征着中关村生生不息
的精神,孕育创新的生命更加顽强。
(1)该雕塑的结构有什么特点?
提示:双螺旋结构。
(2)外侧的基本骨架代表什么?
提示:外侧的基本骨架代表磷酸—脱氧核糖。
【方法规律】记忆DNA结构的“五、四、三、二、一”
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。
二条长链:二条反向平行的脱氧核苷酸链。
一种螺旋:规则的双螺旋结构。
【素养·迁移】
(2019·福州高一检测)如图所示为双链DNA分子的平面
结构模式图,下列叙述正确的是 ( )
A.图示DNA片段中有15个氢键
B.沃森和克里克利用构建数学模型的方法,提出DNA的
双螺旋结构
C.该结构中A和T的个数越多越稳定
D.在双链DNA分子中,每个磷酸基团连接1个脱氧核糖
【解析】选A。题图DNA片段共6个碱基对,A—T有3对、
G—C有3对;因A—T对之间有2个氢键,G—C对之间有3个
氢键,所以共15个氢键;沃森和克里克构建的是物理模
型;DNA分子中G和C的个数越多,氢键个数越多,DNA分子
就越稳定;在双链DNA分子中,每条链中间的每个磷酸基
团都分别连接2个脱氧核糖,每条链两端的磷酸基团只
连接1个脱氧核糖。
【补偿训练】
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b
B.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
【解析】选A。图中所示a表示的是一个完整的脱氧核
苷酸,b中连接的磷酸属于碱基C所在的脱氧核苷酸,b中
不是完整的脱氧核苷酸;图中与五碳糖直接相连的碱基
只有一个;相邻的脱氧核苷酸之间通过③处化学键相连
接;脱氧核苷酸中的碱基共有4种,即A、G、C、T。
知识点二 DNA分子中碱基数量的计算
根据碱基互补配对原则:A与T配对、G与C配对,4种碱基
之间存在以下关系:
1.在DNA双链中,由于碱基互补配对,有A=T,G≡C。
2.在DNA双链中,嘌呤总数与嘧啶总数相同,即A+G=T+C。
3.互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中
都相同,即若在一条链中 =m,则在互补链及整个
DNA分子中 =m。
4.非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在
整个DNA分子中为1,即若在DNA一条链中 =a,则在
其互补链中 = ,而在整个DNA分子中 =1。
5.某种碱基在DNA分子中所占比例,等于这种碱基在DNA
每条链中所占比例和的平均数。如DNA中A占比例为n%,
则 =n%。
【思考·讨论】
1.DNA分子的一条链中
(G+T)/(A+C)=0.5,(A+T)/(C+G)=2,则该DNA分子中另一
条链上同样的碱基比例为多少?(科学思维)
提示:根据碱基互补配对原则,另一条链上
(G+T)/(A+C)=2,(A+T)/(C+G)=2。
2.DNA分子中共有4种类型的碱基对,若某个DNA分子中
具有n个碱基对,则该DNA分子可能有多少种碱基对的排
列方式?(科学思维)
提示:4n。
【素养案例】
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。
下列表示正确的是 世纪金榜导学号( )
【解题导引】
(1)明确DNA分子的一条单链中碱基比例与DNA分子及其
互补链中的碱基比例关系。
(2)明确坐标系中横纵坐标之间的数量关系。
【解析】选C。DNA分子中 应始终等于1;一条单链
中 与其互补链中 互为倒数,一条单链中
=0.5时,互补链中 =2;一条单链中
与其互补链中 及DNA分子中 都相等。
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——模型与建模
以DNA分子单链中 为横坐标,另一条单链中
为纵坐标,若一条单链中 =0.5,请在坐标曲线图上
标出该点。
提示:
(2)科学思维——演绎与推理
若DNA分子一条单链中(A+T)占该链碱基总数的50%,A占
该链碱基总数的20%,则另一条单链中A占DNA中碱基总
数的比例是多少?
提示:DNA另一条链中(A+T)占该链碱基总数的50%,T占
比例为20%,A占比例为50%-20%=30%,则该单链中A占DNA
碱基总数的比例为15%。
【方法规律】DNA分子中有关碱基比例计算的三个步骤
第一步:弄清题中已知的和所求的碱基比例是占整个
DNA分子碱基的比例,还是占DNA分子一条链上的碱基的
比例。
第二步:画一个DNA分子模式图,并在图中标明已知的和
所求的碱基。
第三步:根据碱基互补配对原则和相关规律进行计算。
【素养·迁移】
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】选A。已知某双链DNA分子中,G+C=34%,则
A+T=100%-34%=66%,即一条链中G+C=34%,A+T=66%,该链
中C=18%,T=32%,则G=34%-18%=16%,A=66%-32%=34%。根
据碱基互补配对原则,在它的互补链中,C=16%,T=34%。
【补偿训练】
假设一个DNA分子片段中,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
【解析】选B。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
C=(1-26%×2)/2=24%,又知T共312个,占26%,则可知该
DNA分子片段中共有碱基312÷26%=1 200(个);C占24%,
则G的数目是1 200×24%=288(个)。
【课堂回眸】
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