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1、第2节 DNA分子的结构DNA引发的一场官司为纪念DNA双螺旋结构发现50周年，北京大学向世纪盛典公司定作了一座名为“旋律”的不锈钢雕塑，雕塑以双螺旋结构为构思蓝本。合同签订后，世纪盛典公司如期完工，北大也按照合同约定支付了款项。但是，雕塑参展将近一个月后，一位北大教授发现双螺旋雕塑的螺旋方向反了。世纪盛典公司随后又按照更改后的图纸为北大重新制作了雕塑，并向北大提出支付第二次制作雕塑的成本费用，但北大拒绝了这项要求。世纪盛典公司遂将北京大学起诉到法院。请思考：1.组成DNA的基本单位是什么？2.这些基本单位又是如何连接形成双螺旋结构的呢？课课 时时 目 标标 探 究 点 理解 1.概述DNA分
2、子结结构的主要特点 分析DNA分子的结结构及特性根据碱基互补补配对对原则进则进 行相关计计算 识识记记 2.DNA双螺旋结结构模型的构建 主题一 DNA双螺旋结构模型的构建1.构建者:_沃森和克里克2.构建过程 DNA衍射A、G、C、T螺旋碱基磷酸脱氧核糖骨架 碱基A=T G=C A与TG与C【判一判】(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。( )【分析】脱氧核苷酸含有的碱基种类是A、T、C、G，U是组成RNA的碱基。(2)AT碱基对和GC碱基对具有相同的形状和直径，使DNA分子具有稳定的直径。( )【分析】沃森和克里克从别的科学家那里得到A=T、G=
3、C这一信息后，让A与T配对，G与C配对，结果发现：A-T碱基对和G-C碱基对具有相同的形状和直径，这种配对方式使DNA分子具有更稳定的直径。 1.构建依据沃森和克里克利用了其他科学家的哪些经验和成果？提示：(1)当时科学界已发现的证据；(2)英国科学家威尔金斯和富兰克林提供DNA的X射线衍射图谱；(3)奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果。 2.出现的问题及解决的方法沃森和克里克在构建模型的过程中出现过哪些错误？讨论交流他们是如何对待和纠正这些错误的？提示：(1)他们最初将碱基置于螺旋的外部，但后来这一模型被否定了。在失败面前，他们没有气馁，又重新建立了新的模型。(2)他们又重新构建的结构模型
4、中，连接双链结构的碱基之间是以相同碱基进行配对的，在别人的建议及帮助下，他们构建了正确的DNA模型。 【拓展延伸】DNA双螺旋结构模型的构建需注意的问题(1)制作磷酸、碱基和脱氧核糖时，注意分子的大小比例以及形态设计及连接方式。(2)按照结构层次由小到大、从简单到复杂依次完成。(3)两条长链中的脱氧核苷酸的个数必须相同，且并排以保证碱基之间能够配对。【典题训练】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
5、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 【解题指南】解答本题注意以下两点：结合必修1的相关内容，熟悉脱氧核苷酸的结构；脱氧核苷酸之间的连接方式。【解析】选C。方形代表含氮碱基，在DNA中有A、T、C、G四种，没有U，A错误；DNA中一个核苷酸的五边形和另一个核苷酸的圆圈相连接以形成DNA单链，而不是两个圆圈之间，B错误、C正确；两条DNA单链的位置关系应为反向平行，D错误。 【变式训练】下列关于DNA分子模型构建的叙述中，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分
6、子呈螺旋结构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分子是以四种脱氧核苷酸为单位形成的【解析】选C。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，起初并不是知道A一定与T配对，G一定与C配对。 主题二 DNA分子的结构通过上图可以观察DNA的结构特点：(1)主体结构：DNA分子是由_(填序号)组成的，它们是按_方式盘旋成_。(2)内部结构：DNA分子中的_和_交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；和两种_排列在内侧。(3)碱基配对：两条链上的碱
7、基通过_连接成碱基对，并且遵循_、_配对，称之为_原则。 反向平行双螺旋结构脱氧核糖磷酸碱基氢键A-TG-C碱基互补配对【记一记】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。 1.分析DNA分子的结构及特性据图思考下列问题：(1)请写出和两个碱基的名称，并叙述判断的理由。提示：是胸腺嘧啶(T)，是胞嘧啶(C)，因为在DNA分子中A总是与T配对，G总是与C配对。 (2)请写出这对碱基对，并叙述判断的理由。提示：该碱基对是GC(或CG)
8、，因为这对碱基对之间有三个氢键。(3)根据平面图简述“反向平行”中“反向”的含义。提示：从图中可以看出，一条链一端是游离的磷酸，另一端是脱氧核糖，但另一条链的磷酸和脱氧核糖位置正好与该条链相反。 (4)哪些因素使得DNA分子具有较强的稳定性？提示：有稳定的基本骨架磷酸与脱氧核糖交替连接；碱基对在内，且碱基对之间具有氢键；两条链反向平行构成稳定的双螺旋结构。 【精讲点拨】DNA分子的特点及特性(1)DNA分子的特点可以总结为：反向平行成螺旋、骨架在外碱基连、AT、GC配对不会乱。(2)DNA分子的特性：螺旋结构不易变(稳定性)、碱基序列多样化(多样性)、特定DNA序列有一种(特异性)。 2.根据
9、碱基互补配对原则进行相关计算(1)思考在所有的双链DNA分子中，(A+G)/(C+T)的值是否相同？在DNA分子的一条单链中是否存在这样的规律？提示：相同。在整个双链DNA分子中，由于A=T，G=C，所以嘌呤数等于嘧啶数，即A+G=C+T，可得(A+G)/(C+T)=1，因此在所有的双链DNA分子中(A+G)/(C+T)的值相同。在DNA分子的一条单链中，A的数目不一定等于T的数目，C的数目不一定等于G的数目，所以在DNA分子的一条单链中(A+G)/(C+T)的值不一定相同。 (2)如果DNA一条链中的(A1+T1)/(G1+C1)=a，那么另一条链中的(A2+T2)/(G2+C2)是多少？该
10、DNA分子中(A+T)/(G+C)是多少?请阐明原因。提示：(1)(A2+T2)/(G2+C2)=a。根据碱基互补配对原则， A1=T2、 T1=A2 、G1=C2、 C1=G2，所以由(A1+T1)/(G1+C1)=a，可知(A2+T2)/(G2+C2)=a；(2)(A+T)/(G+C)=a。 因为(A+T)/(G+C)=(A1+ A2+T1+T2)/(G1+ G2+C1+ C2)=2(A1+T1)/2(G1+C1)=a。 【规律方法】简图法巧解碱基计算问题(1)画示意图：(2)设定碱基个数：可将DNA两条单链的碱基数设定为100， DNA碱基总数为200，避免碱基比例转化带来的计算麻烦。(
11、3)标出碱基个数：根据题意直接在图中标出各碱基的个数。(4)计算碱基个数或比例。 DNA中的碱基计算规律(1)不互补碱基之和计算规律：任意两个不互补碱基之和恒等且各占DNA总碱基数的50%，即A+G=T+C=A+C=T+G=50%总碱基数；一条链中两不互补碱基之和的比值等于另一互补链中这一比值的倒数。即： ，则 ； ，则 。 (2)互补碱基之和计算规律：双链DNA分子中(A+T)/(G+C)等于其中任何一条链的(A+T)/(G+C)，即：。在DNA分子中一条链的A+T的和占该链碱基比例等于另一条链中A+T的和占该链碱基比例，还等于双链DNA分子中A+T的和占整个DNA分子的碱基比例。即：【典题
12、训练】(2012临沂高一检测)下图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(其中代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是( )A甲说：该图没有什么物质和结构上的错误B乙说：该图有一处错误，就是U应改为TC丙说：该图有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖D丁说：如果说他画的是RNA双链则该图就是正确的 【解题指南】解答本题的关键是从DNA分子的组成单位和各单位之间连接的方式入手进行分析，结合图示找出其中的错误。【解析】选C。图中有三处错误，错误一：组成DNA的五碳糖应该是脱氧核糖，所以图中的核糖应改为脱氧核糖；错误二：碱基应为A、T、G、C四种，其中图中的U应改为T
13、；错误三：单链中脱氧核苷酸之间的连接形式不应该是磷酸与磷酸之间，而是在磷酸与脱氧核糖之间连接而成的。 【互动探究】(1)改正上图，正确的图示应如何表示？提示：(2)上图所示DNA分子中哪种碱基对含量高会提高其热稳定性？提示：GC对含量高，DNA分子热稳定性会更高。【变式训练】(2012天水高一检测)某DNA分子中，GC之和占全部碱基的35.8%，一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( )A32.9和17.l B31.3和18.7 C18.7和31.3 D17.l和32.9【解析】选B。由于DNA分子中(GC)之和在整体中的比例与两链及单链DNA中该比例均相等，可推出该已知链中GC35.8%，又因T与C各占32.9%与17.1%，可求出该链中的A为1(GCT)1(35.8%32.9%)31.3%，G35.8%17.1%18.7%。其互补链中T和C应与该链中A与G含量相等。
