新教材生物人教版必修2學(xué)案3-2DNA的結(jié)構(gòu)

第2節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)核心素養(yǎng)能力培優(yōu)知識點一DNA的結(jié)構(gòu)1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建(1)構(gòu)建者：沃森和克里克。(2)構(gòu)建過程：(3)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建歷程：結(jié)合科學(xué)家對DNA結(jié)構(gòu)的探索過程，判斷正誤：①由于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，沃森、克里克和威爾金斯共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。(√)提示：由于沃森和克里克撰寫的《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的一個結(jié)構(gòu)模型》論文的發(fā)表，沃森、克里克和威爾金斯共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。②A—T堿基對和G—C堿基對的形狀和直徑是不相同的，使得DNA的直徑也不同。(×)提示：由于A—T堿基對和G—C堿基對具有相同的形狀和直徑，使得DNA具有恒定的直徑。③受威爾金斯和富蘭克林的影響，沃森和克里克改變了堿基配對的方式。(×)提示：威爾金斯和富蘭克林提供了DNA衍射圖譜，推算出DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)，受查哥夫的影響，沃森和克里克改變了堿基配對方式。④沃森和克里克構(gòu)建了一個將磷酸——脫氧核糖骨架排在螺旋外部，堿基排在螺旋內(nèi)部的雙鏈螺旋。(√)提示：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)。2．DNA的結(jié)構(gòu)(1)平面結(jié)構(gòu)：(2)空間結(jié)構(gòu)：①名稱：雙螺旋結(jié)構(gòu)。②特點：3.制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型某學(xué)習(xí)小組，利用材料制作了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，請將合理的制作順序排列起來③①②⑤④。①組裝“脫氧核苷酸模型”②組成多核苷酸長鏈③制作若干個磷酸、堿基和脫氧核糖④獲得DNA分子的立體結(jié)構(gòu)⑤制作DNA分子平面結(jié)構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)：(1)數(shù)量關(guān)系：①游離磷酸基團(tuán)：每個DNA片段有2個。②氫鍵：A—T之間有2個，G—C之間有3個。③脫氧核糖數(shù)＝磷酸數(shù)＝含氮堿基數(shù)。(2)位置關(guān)系：①單鏈中：相鄰堿基通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接。②雙鏈間：相鄰堿基通過氫鍵相連。(3)化學(xué)鍵：①氫鍵：連接互補(bǔ)鏈中配對的堿基。②磷酸二酯鍵：連接單鏈中相鄰兩個脫氧核苷酸的脫氧核糖和磷酸?！锼伎肌び懻?．DNA中的N、P分別存在于脫氧核苷酸的哪一組成成分中？(生命觀念)提示：N存在于含氮堿基中，P存在于磷酸基團(tuán)中。2．DNA若進(jìn)行初步水解和徹底水解，則產(chǎn)物分別是什么？(科學(xué)思維)提示：初步水解的產(chǎn)物是4種脫氧核糖核苷酸；徹底水解的產(chǎn)物是磷酸、脫氧核糖和4種含氮堿基。1．如圖是某DNA片段的結(jié)構(gòu)示意圖，下列敘述正確的是(C)A．②③⑤構(gòu)成一個脫氧核苷酸B．DNA中A＋T含量高時穩(wěn)定性較高C．磷酸與脫氧核糖交替排列構(gòu)成DNA的基本骨架D．a(chǎn)鏈、b鏈方向相同，a鏈與b鏈的堿基互補(bǔ)配對解析：a鏈、b鏈方向相反，③④⑤構(gòu)成一個脫氧核苷酸，A錯誤；堿基A和T之間有兩個氫鍵，堿基G和C之間有三個氫鍵，因此G＋C含量高的DNA分子的相對穩(wěn)定性較高，B錯誤；磷酸與脫氧核糖交替排列構(gòu)成DNA的基本骨架，C正確；DNA的兩條鏈方向相反，a鏈與b鏈的堿基互補(bǔ)配對，D錯誤。【方法規(guī)律】記憶DNA結(jié)構(gòu)的“五、四、三、二、一”五種元素：C、H、O、N、P。四種堿基：A、G、C、T，相應(yīng)的有四種脫氧核苷酸。三種物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基。二條長鏈：二條反向平行的脫氧核苷酸鏈。一種螺旋：雙螺旋結(jié)構(gòu)?！锼仞B(yǎng)·探究——情境遷移坐落在北京中關(guān)村高新科技園區(qū)的DNA雕塑，以它簡潔而獨特的造型吸引著過往行人，它象征著中關(guān)村生生不息的精神，寓意創(chuàng)新的生命更加頑強(qiáng)。(1)生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀該雙螺旋模型代表的雙鏈之間通過什么化學(xué)鍵連接？提示：氫鍵。(2)生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀該雙螺旋模型代表的雙鏈長度是否相等？為什么？提示：相等；兩條鏈之間通過堿基互補(bǔ)配對，所以兩條鏈的脫氧核苷酸數(shù)目相等。2．下圖表示某同學(xué)在制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時，制作的一條脫氧核苷酸鏈，下列表述不正確的是(A)A．能表示一個完整脫氧核苷酸的是圖中的a或bB．圖中與每個五碳糖直接相連的堿基只有1個C．相鄰脫氧核苷酸之間通過化學(xué)鍵③連接起來D．從堿基上看，缺少的堿基是T解析：圖中所示a表示的是一個完整的脫氧核苷酸；圖中與五碳糖直接相連的堿基只有一個；圖中③處表示的是磷酸二酯鍵，相鄰的脫氧核苷酸通過此鍵相連接；脫氧核苷酸中的堿基共有4種，即A、G、C、T。知識點二DNA中堿基數(shù)量的計算根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則：A與T配對、G與C配對，4種堿基之間存在以下關(guān)系：(1)在DNA雙鏈中，由于堿基互補(bǔ)配對，有A＝T，G≡C。(2)在DNA雙鏈中，嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù)相同，即A＋G＝T＋C。(3)互補(bǔ)堿基之和的比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相同，即若在一條鏈中eq\f(A＋T,G＋C)＝m，則在互補(bǔ)鏈及整個DNA中eq\f(A＋T,G＋C)＝m。(4)非互補(bǔ)堿基之和的比例在兩條互補(bǔ)鏈中互為倒數(shù)，在整個DNA分子中為1，即若在DNA一條鏈中eq\f(A＋G,T＋C)＝a，則在其互補(bǔ)鏈中eq\f(A＋G,T＋C)＝eq\f(1,a)，而在整個DNA分子中eq\f(A＋G,T＋C)＝1。(5)某種堿基在DNA中所占比例，等于這種堿基在DNA每條鏈中所占比例和的平均數(shù)。如DNA中A占n%，則eq\f(A1＋A2,2)＝n%。★思考·討論3．DNA的一條鏈中(G＋T)/(A＋C)＝0.5，(A＋T)/(C＋G)＝2，則該DNA中另一條鏈上同樣的堿基比例為多少？(科學(xué)思維)提示：根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，另一條鏈上(G＋T)/(A＋C)＝2，(A＋T)/(C＋G)＝2。4．若某DNA中，A≠T，G≠C，可能的原因是什么？(生命觀念)提示：該DNA不是雙鏈結(jié)構(gòu)，而是單鏈結(jié)構(gòu)。3．某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA的堿基組成，根據(jù)測定結(jié)果繪制了DNA的一條單鏈與其互補(bǔ)鏈、一條單鏈與其所在DNA中堿基數(shù)目比值的關(guān)系圖。下列表示正確的是(C)解析：DNA中eq\f(A＋C,T＋G)應(yīng)始終等于1；一條單鏈中eq\f(A＋C,T＋G)與其互補(bǔ)鏈中eq\f(A＋C,T＋G)互為倒數(shù)，一條單鏈中eq\f(A＋C,T＋G)＝0.5時，互補(bǔ)鏈中eq\f(A＋C,T＋G)＝2；一條單鏈中eq\f(A＋T,G＋C)與其互補(bǔ)鏈中eq\f(A＋T,G＋C)及DNA中eq\f(A＋T,G＋C)都相等。★素養(yǎng)·探究——母題追問(1)科學(xué)思維——模型與建模以DNA單鏈中eq\f(A＋G,T＋C)為橫坐標(biāo)，另一條單鏈中eq\f(A＋G,T＋C)為縱坐標(biāo)，請在坐標(biāo)圖上標(biāo)出對應(yīng)曲線。提示：(2)科學(xué)思維——分析與綜合若DNA一條單鏈中(A＋T)占該鏈堿基總數(shù)的50%，A占該鏈堿基總數(shù)的20%，則另一條單鏈中A占DNA中堿基總數(shù)的比例是多少？提示：DNA另一條鏈中(A＋T)占該鏈堿基總數(shù)的50%，T占比例為20%，A占比例為50%－20%＝30%，則該單鏈中A占DNA堿基總數(shù)的比例為15%。【方法規(guī)律】DNA中有關(guān)堿基比例計算的三個步驟第一步：弄清題中已知的和所求的堿基比例是占整個DNA堿基的比例，還是占DNA一條鏈上的堿基的比例。第二步：畫一個DNA模式圖，并在圖中標(biāo)明已知的和所求的堿基。第三步：根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則和相關(guān)規(guī)律進(jìn)行計算。4．下列有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中錯誤的是(B)A．每個雙鏈DNA分子最多含有四種脫氧核苷酸B．每個堿基分子上均連接著一個磷酸和一個脫氧核糖C．每個DNA分子中堿基數(shù)＝磷酸數(shù)＝脫氧核糖數(shù)D．一段雙鏈DNA分子中若含有40個胞嘧啶，就會同時含有40個鳥嘌呤解析：先畫出脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)簡圖，就可依圖回答問題。每個堿基上均連接一個脫氧核糖和一個對應(yīng)的互補(bǔ)配對的堿基。課題調(diào)研：模式圖類題目——DNA結(jié)構(gòu)[典范例題]根據(jù)下面的DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖回答問題。(1)寫出下列序號所表示物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的名稱：①________；⑤________；⑦_(dá)_______；⑧________；⑩________。(2)構(gòu)成DNA的兩條鏈按________方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；DNA的基本骨架由________________而成；DNA兩條鏈上的堿基通過________連接成堿基對。(3)圖示該DNA片段中基本組成單位共有________種，但由于__________________使DNA具有多樣性；由于__________________，使DNA具有特異性。[模板構(gòu)建·思路導(dǎo)引]eq\a\vs4\al(識圖)模式圖一般源于教材，根據(jù)題中信息可知，本模式圖原型為教材中“DNA分子的結(jié)構(gòu)模式圖”eq\a\vs4\al(析圖)利用剖析的方法，從局部到整體識別圖中各序號所表示的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)名稱。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，由堿基G判斷①和⑧代表的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)。根據(jù)已知條件該片段為DNA片段，結(jié)合DNA的單位組成判斷⑤和⑦代表的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)eq\a\vs4\al(答題)結(jié)合題干及設(shè)問正確書寫圖中各序號表示的名稱，準(zhǔn)確表述DNA的結(jié)構(gòu)特點[規(guī)范答案·警示失誤](1)胞嘧啶脫氧核糖胸腺嘧啶脫氧核苷酸堿基對脫氧核苷酸鏈錯答：將⑦答成核苷酸錯因：混淆了DNA和核酸的基本單位，實際上核酸的基本單位是核苷酸，DNA的基本單位是脫氧核苷酸。(2)反向平行脫氧核糖與磷酸交替連接氫鍵(3)4不同DNA中堿基對排列順序的千變?nèi)f化每個DNA具有特定的堿基對排列順序錯答：第一空答為8錯因：誤認(rèn)為圖中DNA片段的兩條鏈各含4種脫氧核苷酸，共含8種，實際兩條鏈上脫氧核苷酸種類相同。課堂對點素養(yǎng)達(dá)標(biāo)一、選擇題1．下列與生物體內(nèi)核酸分子功能多樣性無關(guān)的是(B)A．核苷酸的組成種類 B．核苷酸的連接方式C．核苷酸的排列順序 D．核苷酸的數(shù)量多少解析：核酸包括DNA和RNA，兩種物質(zhì)功能不同。DNA由4種脫氧核苷酸組成，RNA由4種核糖核苷酸組成；核苷酸的數(shù)量和排列順序的不同，決定了核酸分子結(jié)構(gòu)的多樣性，結(jié)構(gòu)的多樣性決定了功能的多樣性；組成核酸的核苷酸分子之間都是通過磷酸二酯鍵連接而成的。2．細(xì)胞內(nèi)某一DNA片段中有30%的堿基為A，則該片段中(C)A．G的含量為30% B．U的含量為30%C．嘌呤含量為50% D．嘧啶含量為40%解析：本題考查DNA兩條鏈的堿基互補(bǔ)配對原則。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，一個DNA片段中A＝T、C＝G，A的含量為30%，則T的含量也是30%，C＝G＝20%，嘌呤總數(shù)等于嘧啶總數(shù)，各占堿基總數(shù)的50%。3．下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中，不正確的是(D)A．每個DNA分子中含有四種脫氧核苷酸B．DNA分子的兩條鏈反向平行C．DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連，且A與T配對，G與C配對D．每個脫氧核糖上均連接一個磷酸和一個含氮堿基解析：在DNA分子中，位于單鏈中間的脫氧核糖與2個磷酸和1個含氮堿基相連。4．DNA分子的多樣性和特異性分別取決于(A)A．堿基對不同的排列順序和特定的堿基排列順序B．DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和解旋酶的特異性C．堿基對有不同的排列順序和堿基互補(bǔ)配對原則D．細(xì)胞分裂的多樣性和DNA復(fù)制的穩(wěn)定性解析：DNA分子具有多樣性和特異性，堿基對的不同排列順序決定其多樣性，對每個DNA分子來說，其堿基對的排列順序是特定的，這決定了DNA分子的特異性。5．下列有關(guān)DNA的敘述中不正確的是(多選)(ACD)A．同一生物個體各種體細(xì)胞核中的DNA，具有相同的堿基組成B．雙鏈DNA分子的堿基含量是A＋G＝C＋T或A＋C＝G＋TC．細(xì)胞缺水和營養(yǎng)不足將影響DNA的堿基組成D．DNA只存在于細(xì)胞核中解析：雙鏈DNA分子中，堿基A與堿基T配對，數(shù)目相同，堿基G與堿基C配對，數(shù)目相同。同一生物個體各種體細(xì)胞核中的DNA可能由于某種原因發(fā)生變化。細(xì)胞缺水和營養(yǎng)不足只影響細(xì)胞的新陳代謝，不影響DNA的堿基組成。DNA不只存在于細(xì)胞核中，在線粒體、葉綠體中也有。二、非選擇題6．如圖是DNA片段的結(jié)構(gòu)圖，請據(jù)圖回答：(1)圖甲是DNA片段的平面結(jié)構(gòu)，圖乙是DNA片段的立體(或空間)結(jié)構(gòu)。(2)填出圖中部分結(jié)構(gòu)的名稱：[2]一條脫氧核苷酸單鏈片段、[5]腺嘌呤脫氧核苷酸。(3)從圖中可以看出DNA分子中的兩條鏈?zhǔn)怯擅撗鹾颂呛土姿峤惶孢B接而成的。(4)連接堿基對的結(jié)構(gòu)是氫鍵，堿基配對的方式如下：即A(腺嘌呤)與T(胸腺嘧啶)配對；G(鳥嘌呤)與C(胞嘧啶)配對。(5)從圖甲可以看出組成DNA分子的兩條鏈的方向是反向平行的，從圖乙可以看出組成DNA分子的兩條鏈相互纏繞成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。解析：(1)圖甲表示DNA分子的平面結(jié)構(gòu)，圖乙表示DNA分子的立體(空間)結(jié)構(gòu)。(2)圖中2表示一條脫氧核苷酸單鏈片段，而5表示腺嘌呤脫氧核苷酸。(3)從圖甲的平面結(jié)構(gòu)可以看出：DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)構(gòu)成了基本骨架。(4)DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，且有一定規(guī)律：A與T配對，G與C配對。(5)根據(jù)圖甲可以判斷：組成DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械模粡膱D乙可以看出組成DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈相互纏繞成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。7．已知雙鏈DNA分子的一條單鏈中(A＋G)/(T＋C)＝m，求：(1)在另一互