浙科版 2017-2018 学年高中生物必修二学案- 1 -第二节DNA 的分子结构和特点1DNA 是由四种不同的(A、G、C、T)脱氧核苷酸聚合而成 的高分子化合物。 2DNA 分子的双螺旋结构：脱氧核糖与磷酸相间排列在外侧， 形成两条脱氧核苷酸链(反向平行)，构成 DNA 的基本骨架； 两条脱氧核苷酸链之间是碱基对，排列在内侧。 3DNA 分子中碱基之间一一对应，遵循卡伽夫法则 (碱基互补 配对)：A 一定与 T 配对，A 和 T 的分子数相等；G 一定与 C 配对，G 和 C 的分子数相等；但 AT 的量不一定等于 GC 的量。依据卡伽夫法则可以确定是双链 DNA 还是单链 DNA。 4不同生物的 DNA 碱基对的数目可能相同，但碱基对的排列顺 序肯定不同。 5基因是有遗传效应的 DNA 片段，基因中脱氧核苷酸的排列顺 序代表了遗传信息。对应学生用书 P49DNA 分子的结构和特点1DNA 的化学组成(1)基本组成元素：C、H、O、N、P 五种元素。(2)基本单元：脱氧核苷酸。(3)脱氧核苷酸分子组成：脱氧核苷酸Error!(4)脱氧核苷酸的种类：碱基组成：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。种类：腺嘌呤脱氧核苷酸；鸟嘌呤脱氧核苷酸；胞嘧啶脱氧核苷酸；胸腺嘧啶脱氧核苷酸。2DNA 分子的结构特点项目特点浙科版 2017-2018 学年高中生物必修二学案- 2 -整体由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋而成外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接组成，构成基本骨架排列内侧碱基通过氢键连接形成碱基对碱基互补配对A 与 T 配对、G 与 C 配对卡伽夫法则双链 DNA 分子中，A 与 T 的分子数相等，G 与 C 的分子数相等，(AG)等于(TC)；但(AT)不一定等于(GC)巧学妙记 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；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。1DNA 分子主要存在于细胞的什么部位？提示：DNA 分子主要存在于细胞核中的染色体上，在线粒体和叶绿体中有少量分布。2双链 DNA 分子中，嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系？提示：嘌呤碱基数嘧啶碱基数。3每个 DNA 片段中，游离的磷酸基团数是多少？磷酸数脱氧核糖数含氮碱基数的比例是多少？提示：(1)2 个；(2)111。4两个长度相同的双链 DNA 分子，其结构差异主要体现在哪里？提示：主要体现在碱基对的排列顺序不同。1DNA 分子的结构(1)基本单位脱氧核苷酸，如图所示：其中，表示磷酸基团； 表示脱氧核糖(O 表示氧原子，数字表示碳原子编号)；表示含氮碱基，构成 DNA 分子的含氮碱基共有 4 种，即 A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。(2)一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图所示：浙科版 2017-2018 学年高中生物必修二学案- 3 -一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖上的 3 号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连接。(3)两条单链之间形成的碱基对表示如下：(4)DNA 分子形成规则的双螺旋结构：特别提醒(1)在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中脱氧核糖的 1 号碳原子与含氮碱基相连，5 号碳原子与磷酸分子相连。(2)DNA 分子的每条脱氧核苷酸长链中，两个脱氧核苷酸分子间的连接是：一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖上 3 号碳原子上的羟基与另一个脱氧核苷酸的磷酸通过形成磷酸二酯键相连接。2DNA 分子的特性(1)稳定性：DNA 分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。DNA 分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定，排列在外侧，构成基本骨架。DNA 分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。DNA 分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对，且每个特定的 DNA 分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不变。(2)多样性：DNA 分子中碱基对的排列顺序多种多样。设某 DNA 分子有 n 个碱基对，DNA 分子上的一个碱基对可能是 AT 或 TA 或 GC 或 CG，即每一个碱基对有 4 种类型的可能性，故 n个碱基对的排列顺序种类数为 4n，这样便构成了 DNA 分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。浙科版 2017-2018 学年高中生物必修二学案- 4 -(3)特异性：每种 DNA 分子都有区别于其他 DNA 分子的特定的碱基排列顺序。DNA 分子的多样性与特异性，从分子水平上说明了生物界的多样性和生物个体之间存在差异的原因。3卡伽夫法则及其应用(1)卡伽夫法则：在 DNA 分子中，A 和 T 的分子数相等，G 和 C 的分子数相等，但 AT 的量不一定等于GC 的量。(2)碱基计算的一般规律：规律一：一个双链 DNA 分子中，AT、CG、AGTC、ACGT，即a嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的 50%；b不互补配对的两种碱基之和占全部碱基数的 50%；c双链中，不配对的两种碱基之和的比值为 1。规律二：一个双链 DNA 分子中，一条链中的两个不互补配对碱基之和的比值是另一条互补链中这一比值的倒数。设双链 DNA 分子一条链上m，因为m，所以互补链上A1G1T1C1A1G1T1C1T2C2A2G2 。A2G2T2C21m 规律三：一个双链 DNA 分子中，互补配对的碱基之和在两条单链中所占比例等于在整个DNA 分子中所占比例。设双链 DNA 分子中的一条链上总碱基数为 100 个，A1T1n%，因为 A1T2、A2T1，则：A1T1A2T2n%。所以 ATA1A2T1T2n%。nn200规律四：一个双链 DNA 分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于两条链中的该碱基所占百分数的平均值。设双链 DNA 分子中含有碱基总数为 200 个，其中一条链上的腺嘌呤 A 所占的百分数为 A1%，另一条链上的腺嘌呤 A 所占的百分数为 A2%，则在整个 DNA 分子中腺嘌呤 A 所占的比例为。A1A2200A1%A2%2 特别提醒(1)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应注意题中所给的和所求的碱基比例是占 DNA 分子的比例还是占其中一条链的比例。(2)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应熟练掌握：在双链 DNA 分子中，不配对的两种碱基之和占总数的一半。对应学生用书 P50浙科版 2017-2018 学年高中生物必修二学案- 5 -以图示为载体，考查 DNA 分子的结构和特点例 1下面为 DNA 分子结构示意图，对该图的叙述正确的是( )a和相间排列，构成了 DNA 分子的基本骨架b的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸c是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则dDNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息e占的比例越大，DNA 分子越不稳定f依次代表 A、G、C、TAbcdf Bcdf Cabcf Dbce思路点拨精讲精析 DNA 分子是反向平行的双螺旋结构，磷酸与脱氧核糖交替排列在外侧，构成了 DNA 的基本骨架；中的及下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸，磷酸属于上一胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，不属于；内部两条脱氧核苷酸链间碱基互补配对，配对碱基之间通过氢键相连； DNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息。G 与 C 之间形成 3 条氢键，G 与 C 含量越多，DNA 分子越稳定；根据碱基互补配对原则，依次代表 A、G、C、T。答案 BDNA 分子是由反向平行的脱氧核苷酸链组成，每条链中磷酸与脱氧核糖交替排列构成 DNA的基本骨架，脱氧核糖的 1 号碳原子与含氮碱基相连，5 号碳原子与磷酸分子相连。1 “三看法”判断 DNA 分子结构的正误浙科版 2017-2018 学年高中生物必修二学案- 6 -一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的 5 号碳原子上的磷酸基与相邻核苷酸的 3 号碳原子之间； 二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。2解读 DNA 分子结构模式图信息(1)每个 DNA 片段中，游离的磷酸基团有 2 个。(2)、 、之间的数量关系是 111。和之间的化学键为磷酸二酯键。(3)碱基对之间的化学键为氢键，AT 对之间形成 2 个氢键，GC 对之间形成 3 个氢键。氢键可用解旋酶断裂，也可加热断裂。若碱基对为 n，则氢键数为 2n3n 之间，若已知 A 有 m个，则氢键数为 3nm。(4)每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖中 1 号碳与碱基相连接，5 号碳与磷酸相连接，3 号碳与下一个脱氧核苷酸的磷酸相连接，如右图。3区分核酸种类的方法(1)若含 U，则该核酸一定为 RNA。因为只有 RNA 分子含有尿嘧啶；(2)若含 T，AT 或嘌呤嘧啶，则一般为单链 DNA。因为双链 DNA 分子中AT，GC，嘌呤(AG)嘧啶(TC)。(3)若嘌呤嘧啶，肯定不是双链 DNA(可能为单链 DNA，也可能为 RNA)。但若是细胞中所有的核酸的嘌呤数嘧啶数，则可能既有双链 DNA 又有 RNA。下列有关下图 DNA 分子结构的叙述，正确的是( )ADNA 分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构，其基本骨架由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基交替排列而成B整个 DNA 分子中，嘌呤数目等于嘧啶数目，所以每条 DNA 单链中 AT、GCC与 DNA 分子中的碱基 G 直接相连的是碱基 C 和脱氧核糖D每个脱氧核糖均只与一个磷酸和一个碱基相连浙科版 2017-2018 学年高中生物必修二学案- 7 -解析：选 C DNA 分子双螺旋结构的外侧是磷酸与脱氧核糖交替排列构成的基本骨架，碱基排列在内侧。若 DNA 分子的一条链上是碱基 A，则另一条链上与之配对的一定是碱基 T；一条链上是碱基 G，则另一条链上与之配对的一定是碱基 C，反之亦然。所以，在双链 DNA 分子中 AT、GC，但在单链中，碱基 A 的数目不一定等于碱基 T 的数目，碱基 G 的数目也不一定等于碱基 C 的数目。在一个脱氧核苷酸中，碱基 G 与脱氧核糖直接相连，两链之间碱基 G 与碱基 C 互补配对。每个脱氧核糖均只与一个碱基相连，但除了游离的脱氧核糖只与一个磷酸相连外，其余脱氧核糖均与两个磷酸相连。以图示为载体，考查 DNA 分子结构中相关碱基数量计算例 2 在一个 DNA 分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多 40%，两者之和占 DNA 分子上碱基总数的 24%，则这个 DNA 分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链上碱基数目的( )A44% B24%C14% D28%思路点拨精讲精析 画出 DNA 分子简图(如右图所示)。依题意，列出等量关系：(A1G1)/G140%A11.4G1， 而在整个 DNA 分子中：(A1G1)/20024%A1G148， 联系、得：A128。整个 DNA 分子中 A1T2，则 T228。答案 D明确双链 DNA 的两条链所含碱基数目相同，且 AT，GC，一条链中的 A、T、G、C 数目等于另一条链中的 T、A、C、G 数目，整个 DNA 分子中 AG 数占碱基总数的 50%。解答此类问题分三步第一步：弄清题干所给的碱基比例是占整个 DNA 分子的比例，还是占一条链的碱基比例。第二步：直观地画一个 DNA 分子简图，绘出两条链及碱基符号，并注明含量，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。第三步