第2節DNA的結構

課程標準

概述DNA是由四種脫氧核甘酸構成，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遺傳信息

搜集DNA結構模型建立過程的資料并進行討論和交流

制作DNA雙螺旋結構模型

素養達成

1.了解科學家構建模型的研究歷程，領悟模型建構在研究中的應用，體會持之以恒的科

學精神。（社會責任）

2.通過動手制作模型，培養觀察能力、動手能力及空間想象能力等，形成結構與功能

觀。（科學探究）

3.理解并掌握DNA的結構特點，掌握有關的計算規律。（科學思維）

設疑由z激發學習興趣

1

你知道冷泉港實驗室嗎？美國冷泉港實驗室被譽為世界生命科學的圣地與分子生物學

的搖籃，如今約有30（）位研究人員在冷泉港實驗室從事科研工作。曾任冷泉港實驗室負責人

的沃森是DNA雙螺旋結構的發現者之一，諾貝爾獎得主。

請思考：沃森發現的DNA雙螺旋結構與圖中的結構一樣嗎？

夯基提能?分層突破步動?智圖:探究?

學習主題一DNA的結構

任務一仔細閱讀教材P的加沃森和克里克構建DNA雙螺旋結構模型的過程，探究下列

問題：

1.DNA的兩條單鏈是由位于內側的堿基連接而成還是由“脫氧核糖一磷酸”的基本骨

架連接而成？請結合以下資料，判斷模型1、模型2中哪一個是科學的？

資料一噂吟和喀咤城基具有疏水性，脫氧核糖和璘酸具有親水性。

資料二生物腴的流動鑲嵌模型

糖類.

糖蛋白

刎磷脂雙

I*蹴陽分子層

蛋白質分子

請判斷:

2.兩條鏈中的堿基排列在內側,是相同的堿基兩兩相連嗎？請結合以下資料進行分析:

資料三DNA螺旋的直徑是固定的，均為2nm。

奧科四噪吟和喘咤的分子結構圖

NH,0

II

H￡、c/C、vii

YII

yc、N，c、H

II

腺嚓吟胸腺嗡咤

鳥嗓吟胞嗡咬

結論：.........................................................................

任務二請根據查哥夫堿基數據表猜測應是哪兩種堿基配對？

堿基的相對含量

來源腺喋鳥噂胞暗胸腺

吟A吟G咤C咯噬T

人30.919.919.829.4

牛27.922.722.127.3

酵母菌31.318.717.132.9

結核分

15.134.935.414.6

枝桿菌

結論：..................................................

DNA雕塑

腺噫吟脫鳥嚓吟脫

領核甘酸氣核甘酸

°\y[T]

胞嗤咬脫胸腺嗨咬

較核甘酸脫銀核甘酸

威爾金斯富蘭克林

沃森（左）和克里克（右）

發現模型與基于照片推算出

的DNA雙螺旋結構相符

53

/\\［「亦，d

1M4^二^<(

I&_■一■■g<1

T帥說核心

1.DNA分子的結構層次

元素組成：C、H、O、N、P

A：腺煤吟

T：胸腺喀咤

化合物:C：胞喀噫

G：鳥喋吟

基本I單位：脫氧核普酸

DNA單鏈：脫氧核芥酸鏈

1

DNA雙鏈：反向平行

!

空間結構：DNA分子雙螺旋結構

(DDNA單鏈：脫氧核甘酸分子連接成脫氧核甘酸鏈。

(2)DNA雙鏈：兩條脫氧核甘酸單鏈以氫鍵相連形成(如上圖)。

①數量關系

a：每個DNA分子片段中，游離磷酸基團有2個。

b：脫氧核糖數=磷酸數=含氮堿基數。

c：A—T堿基對有2個氫鍵，G—C堿基對有3個氫鍵。

②位置關系

a：單鏈中相鄰堿基間通過“一脫氧核糖一磷酸一脫氧核糖一”連接。

b：互補鏈中相鄰堿基間通過氫鍵相連。

③化學鍵

氫鍵：連接互補鏈中相鄰堿基的化學健。

磷酸二酯鍵：連接單地中相鄰兩個脫氧核甘酸的化學鍵。

④DNA初步水解的產物是脫氧核甘酸，徹底水解的產物是磷酸、脫氧核糖和含氮堿基。

【重點筆記】

1.利用數字“五、四、三、二、一”巧記DMA分子的結構

五種元素：C、H、0、N、Po

四種堿基：A、G、C、To

三種小分子：脫氧核糖、磷酸、堿基。

二條長鏈：脫氧核昔駿雙鏈。

?種空間結構：規則的雙螺旋結構。

2.“三看法”判斷DNA結構

一看：每條鏈成鍵位置是否正確，正確的成鍵位置在?分子脫氧核苛酸的脫氧核糖的5

號碳原子上的磷酸基團與相鄰脫氧核甘酸的脫氧核糖的3號碳原子之間。

二看：兩條單鏈是否反向平行。

三看：堿基之間是否遵循堿基互補配對原則。

一?過程評價"

1.（合格考）在DNA的一條單鏈中，相鄰的堿基A與T是通過下列哪種結構連接起來的

（）

A.氫鍵

B.一脫氧核糖一瞬酸一脫氧核糖一

C.肽鍵

D.一磷酸一脫氧核糖一磷酸一

2.（合格考）組成DNA的五碳糖、含氮堿基、脫氧核苛酸的種類數依次是（）

A.1、2、4B.2、4、4

C.1、4、4D.2、4、8

3.（等級考）DNA指紋法在案件偵破工作中有著重要作用，從案發現場提取DNA樣品，

可為案件偵破提供證據，其中的生物學原理是（）

A.不同人體內的DNA所含的堿基種類不同

B.不同人體內的DNA所含的五碳糖和磷酸不同

C.不同人體內的DNA的空間結構不同

D.不同人體內的DNA所含的脫氧核苜酸排列順序不同

4.（等級考）（不定項）下面為含有四種堿基的DNA的結構示意圖，對該圖描述正確的是

（）

A.③有可能是堿基A

B.②和①相間排列，構成DNA分子的基本骨架

C.@@?中特有的元素分別是P、C和N

D.與⑤有關的堿基對一定是A—T

學習主題二制作DNA雙螺旋結構模型及堿基比率的計算

任務一以下為某同學制作的DNA雙螺旋結構模型,請找出圖中的錯誤有幾處？分別是

什么?

任務二結合DNA雙螺旋結構模型的特點思考卜列問題：

ATGCt

aaa1

TACG

1.為什么DNA中噂吟和嚅咤數量相等？

2.為什么“A+T”或“G+C”在整個雙鏈上所占的比例與在每一條單鏈上所占的比例

相等？

3.如果一條鏈上手1=m,則其互補鏈上^的比值是多少？

1IICl1211/2

4.DNA中共有4種類型的堿基對，若某個DNA具有〃個堿基對，則該DNA可能有多少

種排列方式?

5.運用堿基互補配對原則分析，在所有的雙鏈DNA中(A+G)/(C+T)的值相同嗎？在

DNA的一條鏈中是否存在同樣的規律？

6.DNA的兩條鏈之間，哪些比例是相等的？哪些比例互為倒數？

【重點筆記】

1.三步解決DNA中有關堿基比例的計算

第一步：搞清題中已知的和所求的堿基比例是占整人DNA堿基的比例，還是占DNA一條

鏈上堿基的比例。

第二步：畫一個DNA模式圖，并在圖中標出已知的和所求的堿基。

第二步：根據堿基互補配對原則及其規律進行計算。

2.堿基數量計算的兩個易錯點

(1)看清單雙鏈：所求的堿基占單鏈中的比例還是雙鏈中的比例。

(2)看清“個”或“對”：題干中給出的數量是多少“對”堿基還是多少“個”堿基。

3.關于堿基含量計算的“兩點兩法”

(1)“兩點”為兩個基本點。

①A與T配對，G與C配對(A—T,G—C)。

②雙鏈DNA中，喋吟總數=啼喔總數=1/2堿基總數(A+G=T+C)。

(2)“兩法”為雙鏈法和設定系數法。

①用兩條直線表示DNA的雙鏈結構即雙鏈法。

②設定系數法即設定?個系數來表示堿基的總數或微基的數目。

3

_A

G_

C_

A_

_

G三c

_

_

三

5

磷酸基團

??

C

X

W

1.DNA雙螺旋結構模型設計制作流程

(1)制作脫氧核甘酸模型

按照每個脫氧核甘酸的結構組成，挑選模型零件，組裝成若干個脫氧核甘酸。

(2)制作脫氧核甘酸長鏈模型

按照一定的堿基排列順序，將若干個脫氧核昔酸依次連起來，組成一條脫氧核甘酸氏鏈。

在組裝另一條脫氧核甘酸長鏈時，方法相同，但要注意兩點：一是兩條長鏈的脫氧核甘酸數

目必須相同；二是兩條長捱并排時，必須保證堿基之間能夠相互配對，不能隨意組裝。

(3)制作DNA平面結構模型

按照堿基互補配對原則，將兩條脫氧核苜酸長鏈連接起來。

(4)制作DNA的立體結構(雙螺旋結構)模型

把DNA平面結構旋轉一下，即可得到DNA雙螺旋結構模型。

2.堿基互補配對原則

A—T,G—C,如圖所示：

ATGC

1ACG

3.有關推論

⑴規律一：一個雙鏈DNA中，A=T、C=G,則A+G=C+T,即“喋吟堿基總數等于喀

噬堿基總數”。

注意：一個雙鏈DNA中，A+T與C+G不一定相等，而且一般都不相等。

(2)規律二：在雙鏈DNA中，A+T或C+G在全部堿基中所占的比例等于其任何一條單

鏈中A4-T或C+G所占的比例。

由圖知：A.+Ti+Gi-|-Ci=y7AA2+T2+G2+C2=/77,整個雙鏈DNA上的堿基總數為2%

因為乩=丁2、TI=A2,則A1+TI=AZ+T2

A+T=(Ai+Ti)+(A2+T2)

A+T_A2+T2_A,+TI+A2+T2

mm2m

(3)規律三：在DNA雙鏈中，一條單鏈的餐誓的值與另一條互補單鏈的注臺的值互

?1IVI12十5

為倒數關系。簡記為“不配對的堿基和之比在兩條單鏈中互為倒數”。

注意：在整個DNA中該比值等于1。

(4)規律四：DNA雙鏈中，一條單鏈的”-的值，與另一條互補鏈的片2的值是相

Ui-rLiU21V2

等的，也與整個DMA中的七二：的值是相等的。

注意：綜合規律三、四可簡記為“補則等，不補則倒”。

(5)規律五：不同生物的DNA中互補配對的堿基之和的比值不同，即(A+T)/(C+G)的值

不同。該比值體現了不同生物DNA的特異性。

⑹規律六：若=網則喘^=f

(7)規律七：若已知A在雙鏈中所占的比例為小，則A1在單鏈中所占的比例無法確定，

但最大值為2豳，最小值為0。

4.雙鏈DNA中堿基數量關系的歸納

(1)堿基互補配對原則的應用：在雙鏈DNA中，四種堿基的比例和為1。

(2)A=T,C=G,A+G=C+T=A+C=G+T=總堿基數的1/2。

(3)互補堿基之和的比值［(A+T)/(C+G)］在已知鏈、互補鏈和整個DNA分子中相等；非

互補堿基之和的比值［如(A+C)/(T+G)］在已知鏈與互補鏈間互為倒數，在整個DNA分子中

該比值為1。

(4)在一個雙鏈DNA中，某種堿基的比例等于其在每條鏈上所占比例的平均值。

一?過程評價"

1.(合格考)構建DNA雙螺旋結構模型時，下列“部件”之間連接正確的是()

?一磷酸

?-脫領核糖

口-堿基

2.(合格考)某雙鏈DNA一條鏈上(A+T)/(G+C)的值為0.3,則在整個DNA中A：T：G：C

為()

A.1：1：1：1B,2：2：3：3

C.3：3：10：10D.10：10：3：3

3.(合格考)甲生物核酸的堿基組成為口票吟占46樂哺咤占54%乙生.物遺傳物質的堿基

組成為噂吟占34%、嗑咤占66%,則甲、乙生物可能是()

A.發菜、變形蟲8.玉米、T2噬菌體

C.硝化細菌、綿羊D.乳酸菌、SARS病毒

4.(等級考)(不定項)下列有關DNA的一條單鏈與其所在DNA中、一條單鏈與其互補鏈

中堿基數目比值的關系圖，正確的是()

強化落實?學皿達標，歸納?提升?素養?

網絡建構主干落實

1D.NA的雙螺旋結構：

DNA結構模型的構建過程⑴兩條鏈反向平行.

脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側，

得出（2）

構成基本骨架。

DNA呈雙螺旋結構

⑶堿基通過氫鍵連接成堿基對，排列在內

特點

側。

整體夕卜側內側2.雙鏈DNA中，噂吟堿基數=喘咤堿基數，

即A+G=T+C。

兩

磷酸、堿互補堿基之和的比例在的任何一條鏈

條3.DMA

基

鏈

脫輒互及整個DNA中都相等。

反

補

向核糖4.在DNA中，含G-C堿基對越多的DNA相

配

平交替

對對越穩定。

行

連接5.非互補堿基之和的比例在兩條互補鏈中互

為倒數，而在整個DNA中比值為lo

高我課堂?實踐運用◎鞏固?達標?反饋?

1.在雙鏈DNA中，與腺噪吟配對的堿基是（）

A.胸腺喀咤B.抱喀咤

C.尿口密咤I）.鳥口票吟

2.下列有關DNA結構的敘述，正確的是（）

A.基本組成單位是核糖核甘酸

B.磷酸和脫氧核糖排列在內側

C.堿基對構成DNA的基本骨架

D.具有規則的雙螺旋結構

3.1953年，沃森和克里克構建了DNA雙螺旋結構模型，其重要意義在于（）

①證明DNA是遺傳物質

②確定DNA是染色體的組成成分

③發現DNA如何存儲遺傳信息

④解釋A、T、（；、C的數量關系

A.@@B.②③

C.@<4）D.③④

4.如圖為某同學在學習DNA的結構后畫的含有兩個堿基對的DNA片段（“O”代表磷酸）,

下列為幾位同學對此圖的評價，敘述正確的是（）

A.甲說：“物質組成和結構上沒有錯誤”

B.乙說：“只有一史錯誤，就是U應改為T”

C.丙說：“至少有三處錯誤，其中核糖應改為脫氧核糖”

D.丁說：“如果他畫的是RNA雙鏈，則該圖應是正確的”

5.DNA由反向平行的兩條脫氧核昔酸長鏈組成。如果DNA的?條鏈上某堿基序列是

5'-AGCTGCG-3',則另一條鏈與之配對的部分是（）

A.5'-CGCAGCT-3'

B.5'-TCGACGC-3,

C.5'-AGCTGCG-3'

D.5'-GCGTCGA-3/

6.假設一個DNA片段中,堿基T共312個,占全部堿基的26%,則此DNA片段中堿基G

所占的百分比和數目分別是（）

A.26%,312個B.24%,288個

C.24%,298個D.12%,144個

7.如圖表示某DNA片段，請據圖回答：

（DDNA分子雙螺旋結構的基本骨架是和（填序號）交替排列而成。

??@形成

（2）④⑤之間的鍵是________,能破壞該鍵的是________酶。

（3）該DNA片段由________條向平行的鏈組成，A+C占全部堿基的比例是

疑難解答?全程培優［釋疑?解惑：教材?

淑材笫48頁a【問題探討】

提示：本節的問題探討主要是培養收集資料、討論交流的能力。

材第48?49頁a［思考?討論】

1.(1)兩條鏈。DNA的兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。

(2)DNA中脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側構成基本骨架。

(3)腺噂吟(A)一定與胸腺喀噬(T)配對，鳥噂吟(G)一定與胞嗓啖(C)配對。堿基邦列在

內側。

2.提示：要善于利用他人的研究成果和經驗；要善于與他人交流和溝通，閃光的思想

是在交流與撞擊中獲得的；對所從事的研究要有興趣和激情等。

材第51頁》【探究?實踐】

1.提示：DNA雖然只含有4種脫氧核甘酸，但是堿基的排列順序卻是千變萬化的。堿

基千變萬化的排列順序使DNA儲存了大量的遺傳信息。

2.提示：(1)靠DNA堿基對之間的氫鍵維系兩條鏈的偶聯；(2)在DNA雙螺旋結構中由

于堿基對平面之間相互靠近，形成了與堿基對平面垂直方向的相互作用力。

3.開放性試題，答案合理即可。

?教材第52頁〉【練習與應用】

一、概念檢測

1.(1)JDNA每條鏈.匕一般都含A、T、G、C四種堿基。

⑵J一個雙鏈DNA中,A=T,G=C,故(A+G)/fT+C)=l,

2.①胞啼咤②腺嗯吟③鳥嗓吟④胸腺喀咤

⑤脫氧核糖⑥磷酸⑦胸腺嚨咤脫氧核苜酸

⑧堿基對⑨氫鍵⑩一條脫氧核甘酸鏈的片段

3.C該DNA片段所含全部堿基數=g(即腺虐令獷占;匕例)。由該DNA片段含有4種

堿基可知，〃肯定小于0.5；又因為雙鏈DNA中，任意兩種不互補堿基之和等于堿基總數的

一半，所以胞嘴咤數=1/2(堿基總數一腺喋吟數一胸腺嗑咤數)=&(1/2。-1)個。

4.CDNA的兩條單鏈方向相反，且堿基互補配對。

二、拓展應用

提示：堿基互補配對是DNA的結構基礎，同時能夠保證遺傳信息傳遞的準確性。

第2節DNA的結構

夯基提能-分層突破

學習主題一

【任務驅動】

任務一

1.提不：xJ

2.提示：不是相同的堿基兩兩相連，應是喋吟與喀咤相連

任務二

提示：A與T配對，C與C配對

【過程評價】

1.解析：在DNA的一條單鏈中，相鄰堿基之間的連接是脫氧核甘酸之間的連接，故相

鄰的堿基A與T之間是通過“一脫氧核糖一磷酸一脫氧核糖一”彼此連接起來的。

答案：B

2.解析：組成DNA的五碳糖、含氮堿基、脫氧核甘酸的種類數依次是1、4、4。

答案：C

3.解析：不同人體內的DNA所含的堿基相同，都是A、T、C、G,A錯誤；不同人體內

的DNA所含的五碳糖和磷酸相同，B錯誤；DMA的結構都是雙螺旋結構，C錯誤；人與人之

間的遺傳信息不同，遺傳信息儲藏在堿基對的排列順序中，也就是所含脫氧核甘酸的排列順

序，【）正確。

答案：D

4.解析：該DNA含有四種堿基，且A與T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫

鍵，因此與⑤有關的堿基對一定是A—T,與③有關的堿基對一定是G—C,但無法確定③⑤

具體是哪一種堿基。DNA的基本骨架是由磷酸和脫氧核糖交替連接構成的，應為圖中的①②。

①中特有的元素是P，③中特有的元素是N,而C并不是②所特有的，③中也含有C。

答案:BD

學習主題二

【任務驅動】

任務一

提示：4處；核糖應是脫氧核糖、堿基U應為T、磷酸二酯鍵的連接位置及C、G間氫鍵

數錯誤。

任務二

1.提示：堿基互補配對原則中，A總是和T配對，G總是和C配對，所以A=T,G=C,

A+G=C+T。

2.提示：設在雙鏈DNA中的一條鏈上AI+TI=/^>,因為Ai=Ta,TI=/\2,所以另一條鏈

上：T2+A?=點，整個DNA中：A+T=展。

A4-CA-4-CTJ-p

3.提示：雙鏈DNA的一條鏈上：十岸）=勿，因為=m，所以互補鏈

1|十111-TCI山十5

A2+G2

上M石=m°

4.提示：4"種。

5.提示：①相同。在雙鏈DNA中，由于A=T,G=C,所以噪吟數等于喀咤數，即A+G

=T+C,可得（A+G）/（T+C）=1,因此雙鏈DNA中（A+G）/（T+C）的值相同。②在

單鏈DNA中不存在同樣的規律，因為A與T,G與C不一定相等。

6.提示：能配對的兩個堿基之和所占的比例，即（A+T）或（G+C）在每條鏈上占的

比例。

審或冷在互補旌上的比值互為倒數。

1IL1-rU

【過程評價】

1.解析：兩個脫氧核甘酸之間連接的化學鍵是磷酸二酯鍵，不在磷酸基團和磷酸基團

之間，A錯誤，B正確；脫氧核甘酸中間是脫氧核糖，磷酸基團和堿基在脫氧核糖的兩側，C、

D錯誤。

答案：B

2.解析：某雙鏈DM一條鏈上(A+T)/(G+C)的值為0.3,則另一條鏈上(A+T)

/(G+C)的值也為0.3。又因A=T、C=G,故在整個DNA中A：T：G：