第3章第2節(jié)第1課時DNA的結構課程標準學習目標概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了一串信息。概述DNA結構的主要特點通過對DNA雙螺旋結構模型構建過程的討論和交流，認同交流合作，多學科交叉在科學發(fā)展中的作用3.制作DNA雙螺旋結構模型自主梳理1.1953年，美國生物學家和英國物理學家，揭示了DNA的結構。2.研究DNA結構常用的方法是。研究顯示，DNA分子是以為單位連接而成的長鏈，這分別含有四種堿基。1952年，奧地利生物化學家研究發(fā)現(xiàn)，在DNA中，（A）的量總是等于的量，的量總是等于的量。沃森和克里克構建的DNA模型中，在雙螺旋的內(nèi)部，—骨架在雙螺旋的外部，在這個模型中，配對、配對，DNA兩條鏈的方向是的。3.制作DNA分子雙螺旋結構模型：在制作DNA雙螺旋模型時，可以選擇一種顏色的泡沫熟料剪成正五邊形代表，選擇另一顏色的泡沫熟料剪成圓形代表，用不同顏色的卡紙剪成長方形代表，用訂書機將連接，制作成一個個含有不同堿基的模型。用訂書機把一個個模型連接起來，形成一條多核苷酸的長鏈；根據(jù)原則，制作一條與這條鏈的脫氧核糖核苷酸長鏈；.將中的固定在細鐵絲上，然后把兩條鏈平放在桌子，用訂書機把兩兩連接在一起，制作DNA分子結構平面模型；將兩條DNA鏈的末端分別與硬紙方塊連接在一起，兩手分別提硬紙方塊、輕輕旋轉(zhuǎn)，即可得到一個DNA分子結構模型。預習檢測（限時10分鐘）1．下列關于DNA結構的敘述，正確的是（

）A．DNA一條鏈上相鄰的堿基以氫鍵連接B．DNA分子中特有雙螺旋結構代表了遺傳信息C．磷酸與脫氧核糖交替連接構成DNA的基本骨架D．DNA分子具有多樣性的主要原因是由于堿基配對方式的不同2．下列與環(huán)狀雙鏈DNA相關的敘述，錯誤的是（

）A．該DNA的兩條鏈按反向平行方式連接在一起B(yǎng)．該DNA的一條鏈中，相鄰堿基通過氫鍵相連C．該DNA分子中，腺嘌呤與胸腺嘧啶的數(shù)量相等D．該DNA分子中，沒有游離的磷酸基團3．DNA分子的一條單鏈的堿基序列是5'GATACC3′，則互補鏈的堿基序列是（

）A．5'GGTATC3' B．5'GATACC3' C．5'CTTAGG3' D．5'CCATAG3'4．下圖是DNA分子結構模式圖的部分片段，相關敘述錯誤的是（

）A．圖中④表示氫鍵B．圖中⑦表示鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸C．不同的DNA分子中堿基互補配對方式是相同的D．堿基對的排列順序決定了DNA分子的特異性5．甲生物核酸的堿基組成為嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遺傳物質(zhì)的堿基組成為嘌呤占34%、嘧啶占66%，則甲、乙生物可能是（

）A．發(fā)菜、變形蟲 B．玉米、硝化細菌C．T2噬菌體、綿羊 D．乳酸菌、SARS病毒6．某DNA分子中A＋T占整個DNA分子堿基總數(shù)的44%，其中一條鏈（a）上的G占該鏈堿基總數(shù)的21%，那么，對應的另一條互補鏈（b）上的G占該鏈堿基總數(shù)的比例是（）A．21% B．29% C．28% D．35%7．已知一段雙鏈DNA分子含有100個堿基對，若用x、y分別表示該DNA分子中（A+C）的總數(shù)目和（G+T）的總數(shù)目，則y與x的關系可用下列哪個關系式表示（）A．y=x+10C B．y=1/x C．y=100x D．y=x8．在制作DNA雙螺旋結構模型的活動中，某同學采用不同形狀的硬紙片分別代表磷酸、脫氧核糖與堿基。下列有關敘述錯誤的是（）A．制作模型時，應準備等量的磷酸、脫氧核糖與堿基B．制作脫氧核苷酸時，在磷酸上連接堿基與脫氧核糖C．制成的模型中，腺嘌呤與胸腺嘧啶的數(shù)量應當相同D．制成的模型中，兩條脫氧核苷酸鏈的方向是相反的9．天竺葵的葉肉細胞中，核酸、核苷酸、堿基的種類和遺傳物質(zhì)分別是（

）A．2、4、4、DNA和RNA B．2、8、5、DNAC．2、8、5、DNA或RNA D．2、8、5、DNA和RNA10．下圖是雙鏈DNA分子結構模式圖，請據(jù)圖回答：(1)圖中［1］代表，它與A之間通過鍵相連接。(2)構成DNA分子的基本單位叫；圖中的（填圖中代號）可以組成一個基本單位。(3)以乙鏈為模板轉(zhuǎn)錄形成的物質(zhì)是，相應的堿基序列為（自上而下），所需要的酶是。(4)若甲鏈中（A＋G）/（T＋C）的比值為2，則乙鏈中（A＋G）/（T＋C）的比值為。?探究一DNA結構模型的構建【情景材料】生命是由核酸和蛋白質(zhì)相互作用產(chǎn)生的，從環(huán)境中獲取物質(zhì)、信息和能量以維持自身平衡的復雜系統(tǒng)。DNA通過操控蛋白質(zhì)的合成來控制生物的功能和表型。在生命科學史上，一般把1953年DNA模型的建立作為分子生物學的標志。在揭示DNA結構的研究歷程中，完美合作的結晶、痛失機遇的缺憾，科學認識過程的迷人光彩，劃時代的成就。結構與功能相適應，嚴密的科學思維，縝密的科學研究方法，科學精神和科學審美，無不彰顯科學的魅力。分子結構相對穩(wěn)定，能夠攜帶大量的遺傳信息；能夠自我復制，傳遞遺傳信息；能夠指導蛋白質(zhì)合成，表達遺傳信息；分子結構可變，產(chǎn)生可遺傳的變異。DNA分子的怎樣的分子結構使它具有如此多的特性，從而擔當起遺傳物質(zhì)的功能呢？“建立模型的關鍵是反饋，當遇到復雜的環(huán)境條件時，系統(tǒng)往往不能直接推導出準確的模型，而必須利用輸入和輸出數(shù)據(jù)做“反向推演”，即通過測量當前的輸出，把它與預期值相比較，當兩者存在偏差時，需要重新計算并求出控制信號，驅(qū)動輸出向期望值運動。當時已知

DNA分子由多聚脫氧核苷酸鏈組成，并已知它是一種遺傳物質(zhì)。他們由纖維衍射的強度和花樣推斷該分子為雙螺旋結構，并算出它的螺距為34埃，每圈螺旋包含10個由氫鍵連接的嘌呤嘧啶堿基對，螺旋半徑為10埃。（如果晶體中的原子排列是有規(guī)則的，那么晶體可以當作是X射線的三維衍射光柵。X射線波長的數(shù)量級是10^(8)cm,這與固體中的原子間距大致相同。在X射線一定的情況下，根據(jù)衍射的花樣可以分析晶體的性質(zhì)。但為此必須事先建立X射線衍射的方向和強度與晶體結構之間的對應關系X射線纖維衍射技術

）【問題探究】1.怎樣解讀富蘭克林拍攝的DNA衍射圖譜？2.DNA是由幾條連構成的，它具有怎樣的離體結構？3.DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于DNA的什么部位？4.DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？?探究二制作DNA雙螺旋結構模型【情景材料】兩條多核苷酸鏈以相反的平行纏結，依賴成對的堿基上的氫鍵結合形成雙螺旋狀，親水的脫氧核糖基和磷酸基骨架位于雙鏈的外側(cè)，而堿基位于內(nèi)側(cè)，兩條鏈的堿基之間以氫鍵相結合，一條鏈的走向是5'到3'，另一條鏈的走向是3'到5';堿基平面向內(nèi)延伸，與雙螺旋鏈成垂直狀;向右旋，順長軸方向每隔0.34nm有一個核苷酸，每隔3.4nm重復出現(xiàn)同一結構;(4)A與T配對，其間距離1.11nm;G與C配對，其間距離為1.08nm，兩者距離幾乎相等，以便保持鏈間距離相等;在結構上有深溝和淺溝;(6)DNA雙螺旋結構穩(wěn)定的維系橫向穩(wěn)定靠兩條鏈間互補堿基的氫鍵維系，縱向則靠堿基平面間的疏水性遞積力維持。【問題探究】1.組成DNA分子的基本單位是什么？它是由哪幾種物質(zhì)構成的？這幾種物質(zhì)之間是在什么部位相互連接的？2.在DNA分子中，每個脫氧核苷酸之間在什么部位相互連接成長鏈的？3.DNA分子兩條鏈的方向是怎樣的？它們之間的堿基是怎樣連接的？DNA分子的立體構型是怎樣的？要點歸納1.DNA雙螺旋結構模型的構建2.制作DNA雙螺旋結構模型（1）課前準備：準備制作DNA雙螺旋結構模型的材料（2）制作脫氧核苷酸模型（3）制作多脫氧核苷酸長鏈模型（4）制作DNA分子平面結構模型（5）制作DNA分子立體結構模型【注意問題】1.一個雙鏈DNA分子具有2個游離的磷酸基團，而環(huán)狀DNA不存在。2.氫鍵的形成不需要酶，但斷裂需解旋酶或加熱處理；G—C堿基對比例越大，DNA熱穩(wěn)定性越高。3.相鄰的堿基在DNA分子的一條單鏈中通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連接，在DNA的雙鏈之間通過氫鍵相連接。4.不是所有的脫氧核糖都連接著兩個磷酸基團，兩條鏈各有一個3′端的脫氧核糖連接著一個磷酸基團。5.沃森和克里克以DNA衍射圖譜為基礎推算出DNA呈螺旋結構。但并不是以DNA衍射圖譜得出堿基配對方式。6.在制作脫氧核苷酸時，需在脫氧核糖上連接磷酸和堿基。7.制作DNA雙螺旋結構模型時，鳥嘌呤與胞嘧啶之間用3個氫鍵連接物相連，腺嘌呤和胸腺嘧啶之間用2個氫鍵連接物相連。8.DNA每條鏈的5′端是磷酸基團末端，3′端是羥基(—OH)末端。9.DNA分子中不含核糖，磷酸與脫氧核糖之間也是通過磷酸二酸鍵連接的。典例精講【例1】下列關于DNA分子結構的敘述，正確的是()A.DNA分子中含有四種核糖核苷酸B.每個脫氧核糖上均連著兩個磷酸和一個堿基C.雙鏈DNA分子中，堿基的數(shù)目和脫氧核糖的數(shù)目是相等的D.雙鏈DNA分子中，A＋T＝G＋C【答案】C【解析】DNA的基本單位為脫氧核苷酸，所以每個DNA分子一般都含有四種脫氧核苷酸，A錯誤；DNA分子每條鏈的3′端只連著一個磷酸，B錯誤；一分子脫氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基組成，所以每個DNA分子中，堿基、磷酸和脫氧核糖的數(shù)量都相等，C正確；雙鏈DNA分子之間的堿基配對時，遵循堿基互補配對原則(A＝T、C＝G)，因此A＋G＝T＋C，但(A＋T)與(G＋C)不一定相等，D錯誤。【例2】下圖是制作DNA雙螺旋結構模型的過程圖，下列敘述錯誤的是()A.圖甲中②③交替連接構成DNA基本骨架B.若一條鏈的下端是磷酸基團，則另一條鏈的上端也是磷酸基團C.取兩位同學制作的單鏈即可連接成DNA雙鏈D.丙到丁過程體現(xiàn)了DNA分子雙螺旋的特點【答案】C【解析】DNA分子結構的主要特點：DNA是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的雙螺旋結構；DNA的外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構成的基本骨架，內(nèi)側(cè)是堿基通過氫鍵連接形成的堿基對，堿基之間的配對遵循堿基互補配對原則?！纠?】沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結構模型具有劃時代的意義，稱為遺傳學發(fā)展史上最重要的里程碑之一。下列屬于DNA雙螺旋結構模型意義的是()①證明了DNA可以作為轉(zhuǎn)錄的模板②為闡明DNA的復制奠定基礎③確定DNA和蛋白質(zhì)是染色體的主要組成成分④發(fā)現(xiàn)DNA如何儲存遺傳信息A.①② B.①③ C.②④ D.③④【答案】C【解析】沃森和克里克提出DNA雙螺旋結構模型的意義：不僅從結構上解釋了DNA如何儲存遺傳信息，還為闡明DNA的復制奠定了基礎，②④正確。1.DNA雙螺旋結構模型的構建2.制作DNA雙螺旋結構模型（1）課前準備：準備制作DNA雙螺旋結構模型的材料（2）制作脫氧核苷酸模型（3）制作多脫氧核苷酸長鏈模型（4）制作DNA分子平面結構模型（5）制作DNA分子立體結構模型1．某同學欲制作DNA雙螺旋結構模型，已準備了足夠的相關材料，下列敘述正確的是（

）A．在制作脫氧核苷酸時，需在磷酸上連接脫氧核糖和堿基B．制作模型時，鳥嘌呤與胞嘧啶之間用2個氫鍵連接物相連C．制成的模型中，腺嘌呤與胞嘧啶之和等于鳥嘌呤和胸腺嘧啶之和D．制成的模型中，磷酸和脫氧核糖交替連接位于主鏈的內(nèi)側(cè)2．雙螺旋結構模型的提出是二十世紀自然科學的偉大成就之一。下列研究成果中，為該模型構建提供主要依據(jù)的是（

）①赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗②富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜③查哥夫發(fā)現(xiàn)的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留復制機制A．①② B．②③ C．③④ D．①④3．某DNA片段的結構如圖所示。下列敘述正確的是（

）A．①表示胞嘧啶B．②表示腺嘌呤C．③表示葡萄糖D．④表示氫鍵4.實驗室有紅，黃、藍、綠四種硬紙片各12、10、12、8張，分別代表A、G、C、T四種堿基，還有代表脫氧核糖的塑料片30個，代表磷酸的扭扭棒20個，其他材料均充足。某學習小組欲利用上述材料制作DNA雙螺旋結構模型，下列有關敘述錯誤的是（

）A．脫氧核糖的1'—C上連接堿基，5'—C上連接磷酸B．外側(cè)的脫氧核糖和磷酸交替連接構成DNA的基本骨架C．構建的DNA雙螺旋結構模型中，最多含有30個氫鍵D．利用上述實驗材料最多可構建410種DNA雙螺旋結構模型5．某同學需制作一個DNA雙螺旋結構模