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1、1第第 2 2 节节 DNADNA 分子的结构分子的结构一、DNA 双螺旋结构模型的构建1构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。2过程例 1 1953 年沃森和克里克构建了 DNA 双螺旋结构模型，其重要意义在于( )发现 DNA 如何存储遗传信息 确定 DNA 是主要的遗传物质 发现 DNA 分子中碱基含量的规律性 为 DNA 复制机制的阐明奠定基础A B C D答案 C解析 双螺旋结构模型的确定解释了 DNA 为什么能存储大量遗传信息，为 DNA 半保留复制奠定了基础，因此正确。例 2 1962 年沃森、克里克和威尔金斯三人因什么成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖( )A通过细菌转
2、化实验证明转化因子的存在B通过噬菌体侵染细菌的实验证明遗传物质是 DNAC提出 DNA 双螺旋结构D确定了基因存在于染色体上2答案 C解析 格里菲思通过肺炎双球菌的体内转化实验，证明了转化因子的存在；赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染细菌实验，证明了 DNA 是遗传物质；沃森、克里克和威尔金斯提出 DNA 的双螺旋结构，获得诺贝尔生理学或医学奖；摩尔根通过果蝇杂交实验，证明了基因在染色体上。二、DNA 分子的结构1DNA 分子的基本组成单位脱氧核苷酸(1)结构模式图(2)碱基：A(腺嘌呤)；G(鸟嘌呤)；C(胞嘧啶)；T(胸腺嘧啶)。(3)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
3、腺嘧啶脱氧核苷酸。2双螺旋结构特点(1)DNA 分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基配对的规律是：A 与 T 配对，G 与 C 配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。归纳提升 DNA 分子的结构分析DNA 分子结构可简记为“5、4、3、2、1” ，即 5 种元素、4 种碱基(脱氧核苷酸)、3 种小分子、2 条长链、1 个双螺旋。(1)两条链之间的碱基对：A 与 T 配对，形成 2 个氢键；G 与 C 配对，形成 3
4、个氢键。氢键越多，结构越稳定，即含 GC 碱基对(3 个氢键)的比例越大，结构越稳定。(2)氢键数目计算：若碱基对数为n，则氢键数为 2n3n，若已知 A 有m个，则氢键数为3nm。(3)两条链反向平行：盘旋成双螺旋结构。(4)每个 DNA 片段中有 2 个游离的磷酸基团，分别在两条链的其中一端。(5)DNA 双链分子中磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量比为 111。例 3 如图是一个 DNA 分子的片段，从图中不能得到的信息是( )3ADNA 是双螺旋结构B碱基严格互补配对C嘌呤数等于嘧啶数D两条脱氧核苷酸链反向平行答案 D解析 由图示可以看出，DNA 是双螺旋结构，且两条链之间的碱基严格互补配
5、对，即嘌呤数等于嘧啶数；从题中不能看出两条链的方向。例 4 下列对 DNA 结构的叙述中，错误的是( )ADNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧BDNA 分子中的两条链反向平行CDNA 分子中氢键数目和碱基数目一定相等DDNA 分子中碱基之间一一对应配对的关系是碱基互补配对原则答案 C解析 在 DNA 分子中，脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在 DNA 外侧，共同构成 DNA 分子的基本骨架；DNA 分子中的两条链反向平行；AT 间是 2 个氢键，GC 间是 3 个氢键，故氢键数目和碱基数目不相等。三、制作 DNA 双螺旋结构模型1组装“脱氧核苷酸模型”：利用材料制作若干个脱氧核糖、磷
6、酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。2制作“多核苷酸长链模型”：将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相同，碱基之间能够互补配对。3制作 DNA 分子平面结构模型：按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。4制作 DNA 分子的立体结构(双螺旋结构)模型：把 DNA 分子平面结构旋转一下，即可得到一个 DNA 分子的双螺旋结构模型。例 5 在 DNA 分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并4构建一个含 10 对碱基(A 有 6 个)的 DNA 双链片段，那么使用的订书钉个数为( )A58
7、B78 C82 D88答案 C解析 构成一个脱氧核苷酸需要 2 个订书钉，20 个脱氧核苷酸总共需要 40 个；一条 DNA 单链需要 9 个订书钉连接，两条链共需要 18 个；双链间的氢键数共有 24 个，总共需要订书钉24 个。所以共需订书钉 82 个。例 6 如图表示某同学在制作 DNA 双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是( )A能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的 a 或 bB图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有 1 个C相邻脱氧核苷酸之间通过化学键连接起来D从碱基上看，缺少的碱基是 T答案 A解析 图中所示只有 a 表示的是一个完整的脱氧核苷酸；图中与五碳糖直接
8、相连的碱基只有1 个；表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有 4 种，即 A、G、C、T。方法技巧 “三看法”判断 DNA 分子结构的正误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。51判断正误(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( )(2)DNA 分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成( )(3)沃森和克里克构建的 DNA 分子双螺旋结构中，磷酸脱氧核糖骨架排列
9、在螺旋外部，碱基排列在螺旋内部( )(4)DNA 分子中的碱基一定存在如下数量关系：CT，AG( )(5)DNA 单链中的 A 与 T 的数量一定相等( )答案 (1) (2) (3) (4) (5)2有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成应是( )A三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶B两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶C两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶D两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶答案 C解析 根据碱基互补配对原则可知，另一个碱基为胸腺嘧啶，两个脱氧核苷酸含有两个磷酸和两个脱氧核糖。3下列是脱氧核苷酸的结构图，正确的是( )6答案 D解析 组成脱
10、氧核苷酸的各组分子间正确的连接方式是：磷酸脱氧核糖含氮碱基，并且含氮碱基应连接在脱氧核糖的 1 号碳原子上，磷酸连接在脱氧核糖的 5 号碳原子上。4在 DNA 分子的 1 条单链中，相邻的碱基 A 和 T 的连接是通过( )A氢键B脱氧核糖磷酸脱氧核糖C肽键D磷酸脱氧核糖磷酸答案 B解析 氢键是连接 DNA 两条链碱基对的化学键，A 错误；1 条单链中相邻的碱基 A 与 T 不直接相连，而是通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接，B 正确，D 错误；肽键是连接氨基酸的化学键，C 错误。5分析以下材料，回答相关问题：材料一 在沃森和克里克提出 DNA 的双螺旋结构模型之前，人们已经证实了 DNA 分子
11、是由许多脱氧核苷酸构成的长链，自然界中的 DNA 并不以单链形式存在，而是由两条链结合形成的。材料二 在 1949 年到 1951 年期间，科学家 E.Chargaff 研究不同生物的 DNA 时发现，DNA分子中的嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数；A 的总数等于 T 的总数，G 的总数等于 C 的总数，但(AT)与(GC)的比值是不固定的。材料三 根据 R.E.Franklin 等人对 DNA 晶体的 X 射线衍射分析表明 DNA 分子由许多“亚单位”组成，且每一层的间距为 3.4 埃，而且整个 DNA 分子长链的直径是恒定的。以上科学研究成果为沃森和克里克提出 DNA 双螺旋结构模
12、型奠定了基础。请分析回答下列问题：(1)材料一表明 DNA 分子是由两条_组成的，其基本单位是_。(2)嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数，说明7_。(3)A 的总数等于 T 的总数，G 的总数等于 C 的总数，说明_。(4)A 与 T 的总数和 G 与 C 的总数的比值不固定，说明_。(5)R.E.Franklin 等人提出的 DNA 分子中的亚单位事实上是_；亚单位的间距是 3.4埃，而且 DNA 分子的直径是恒定的，这些特征表明_。(6)基于以上分析，沃森和克里克提出了各对应的碱基之间的关系是_，并成功地构建了 DNA 分子的双螺旋结构模型。答案 (1)脱氧核苷酸长链 脱氧核苷酸
13、(2)DNA 分子中嘌呤与嘧啶之间一一对应 (3)A与 T 一一对应，C 与 G 一一对应 (4)A 与 T 之间的对应和 C 与 G 之间的对应互不影响 (5)碱基对 DNA 分子的空间结构非常规则 (6)A 与 T 配对，C 与 G 配对对点训练题组一 DNA 双螺旋结构模型的构建1下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在 DNA 分子结构构建方面的突出贡献的说法中，正确的是( )A威尔金斯和富兰克林提供了 DNA 分子的电子显微镜图像B沃森和克里克提出了 DNA 分子的双螺旋结构模型C查哥夫提出了 A 与 T 配对、C 与 G 配对的正确关系D富兰克林和查哥夫发现碱基 A
14、的量等于 T 的量、C 的量等于 G 的量答案 B解析 在 DNA 分子结构构建方面，威尔金斯和富兰克林提供了 DNA 的衍射图谱；查哥夫发现了碱基 A 量总是等于 T 的量、C 的量总是等于 G 的量；沃森和克里克在以上基础上提出了DNA 分子的双螺旋结构模型。题组二 DNA 分子的结构2(2018滨州高一检测)下面关于 DNA 分子结构的叙述中，不正确的是( )A每个 DNA 分子中通常都含有四种脱氧核苷酸BDNA 分子的两条链反向平行8CDNA 两条链上的碱基以氢键相连，且 A 与 T 配对，G 与 C 配对D每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基答案 D解析 DNA 分子长链结束部位
15、的脱氧核糖上连接着一个磷酸和一个碱基，其他脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基。3如图为 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Ab、c、d Bc、dCa、b、c Db、c答案 B解析 DNA 分子是双螺旋结构，磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧，构成了 DNA 分子的基本骨架，a 错误；中的、与下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸，b 错误；配对碱基之间通过氢键相连并遵循碱基互补配对原则，c 正确；DNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列代
16、表了遗传信息，d 正确。4关于下图 DNA 分子片段的说法，不正确的是( )A所指的碱基代表鸟嘌呤B所指的碱基是 DNA 分子中特有的C代表碱基互补配对形成的氢键DDNA 分子片段中 AT 碱基对含量越高，DNA 分子结构越稳定答案 D9解析 图中所指的碱基为鸟嘌呤(G)，所指的碱基为胸腺嘧啶(T)，T 是 DNA 分子中特有的，A、B 正确；代表氢键，C 正确；DNA 分子中 AT 碱基对有 2 个氢键，GC 碱基对有3 个氢键，则 GC 碱基对含量越高，DNA 分子结构越稳定，D 错误。5下列关于双链 DNA 的叙述，不正确的是( )A若一条链上 A 和 T 的数目相等，则另一条链上的 A
17、 和 T 数目也相等B若一条链上 A 的数目大于 T，则另一条链上 A 的数目小于 TC若一条链上 ATGC1234，则另一条链上 ATGC1234D若一条链上 ATGC1234，则另一条链上 ATGC2143答案 C解析 根据 DNA 双螺旋结构中的碱基互补配对原则可知，两条链上互补碱基的数量关系是AT，GC。若一条链上 A 和 T 的数目相等，则另一条链上的 A 和 T 数目也相等，A 项正确；若一条链上 A 的数目大于 T，则另一条链上 A 的数目小于 T，B 项正确；若一条链ATGC1234，对应另一条链 TACG1234，调整为 ATGC 的顺序，应等于 2143，C 项错误，D 项
18、正确。6在一个双链 DNA 分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n。在碱基 A 与 T 之间形成 2 个氢键，G 与 C 之间形成 3 个氢键。则下列叙述正确的是( )脱氧核苷酸数磷酸数碱基总数m碱基之间的氢键数为n3m 2两条链中 AT 的数量为 2nG 的数量为(mn)A BC D答案 D解析 每个脱氧核苷酸均由一个磷酸、一个碱基和一个脱氧核糖组成，因此，脱氧核苷酸数磷酸数碱基总数m；腺嘌呤碱基数为n，则 T 也为n个，说明有n个 AT 碱基对，含有 2n个氢键，GC 碱基对之间含有的氢键总数为，因此，该 DNA 含有的氢键总数3m2n2为2nn；两条链中 AT 的数量为 2n；G 的数量
19、为 n。3m2n23m 2m2n 2m 2107对大肠杆菌 DNA 分子图示的分析正确的是( )A图中 2 是核糖，属于五碳糖B图中的碱基对 3 和 4 可能是 GC，也可能是 ATC磷酸、五碳糖交替连接构成基本骨架D1、2、3 构成了一个完整的核糖核苷酸分子答案 C解析 DNA 分子中含有的五碳糖是脱氧核糖；碱基对 GC 之间有三个氢键，AT 之间有两个氢键，故 3 和 4 只能是 GC；磷酸、脱氧核糖交替连接构成 DNA 的基本骨架；1、2、3 构成的是一个完整的脱氧核苷酸分子。8如果某 DNA 分子的一条链上的某段碱基排列顺序是AGATCGAT，则另一条链上对应的碱基排列顺序是( )AA
20、GATCGATBGAGTCGTACTCTAGCTADCTCGCTAT答案 C解析 根据碱基互补配对原则，可对应写出另一条链的碱基排列顺序应该为TCTAGCTA。题组三 制作 DNA 双螺旋结构模型9某同学在构建 DNA 分子模型时，用不同的几何图形代表核苷酸的三个不同组成部分。该同学组建的 DNA 分子模型中共有多少种不同的几何图形( )A5 种 B6 种C7 种 D8 种答案 B解析 DNA 的单体为脱氧核苷酸，1 分子脱氧核苷酸包括 1 个含氮碱基(4 种)、1 个磷酸分子和 1 个脱氧核糖，共有 6 种小分子，B 正确。1110在制作 DNA 双螺旋结构模型时，各“部件”之间需要连接起来
21、。下列连接中错误的是( )答案 B11在 DNA 分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表 A 和 G，用另一长度的塑料片代表 C 和 T，那么由此搭建而成的 DNA 双螺旋的整条模型( )A粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补B粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似C粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补D粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同答案 A解析 A 和 G 都是嘌呤碱基，C 和 T 都是嘧啶碱基，在 DNA 分子中，总是 AT，GC，依题意，用一种长度的塑料片代表 A 和 G，用另一长度的塑料片代表 C 和 T，则 DNA 的粗细相同。12下图为某同学在学习 DNA
22、 分子的结构后画的含有两个碱基对的 DNA 片段(其中代表磷酸)，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答案 C解析 题图中有三处错误，错误一：组成 DNA 分子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，图中的 U 应改为 T；错误三：单12链中的脱氧核糖和磷酸应交替连接。综合强化13(2018岳阳高一检测)下图为大肠杆菌 DNA 分子结构图示(片段)。请根据图
23、示分析并回答下列问题：(1)图中 1 表示_，2 表示_，1、2、3 结合在一起的结构叫做_。(2)3 有_种，中文名称分别是_。(3)DNA 分子中 3 和 4 是通过_连接起来的。(4)DNA 被彻底氧化分解后，能产生含氮废物的是_与_(用序号表示)。(5)图中 DNA 分子片段中，游离的磷酸有_个。若大肠杆菌 DNA 分子的碱基 G 有x个，占其碱基总量的比例是y，则该 DNA 分子的碱基之间的氢键数目是_。答案 (1)磷酸 脱氧核糖 脱氧核苷酸 (2)2 鸟嘌呤、胞嘧啶 (3)氢键 (4)3 4 (5)2 x(1 )或写成x1 yx y解析 (1)据图分析可知，图中 1 表示磷酸，2
24、表示脱氧核糖，3 表示含氮碱基，1、2、3 结合在一起形成脱氧核苷酸。(2)3 表示含氮碱基，由于 3 与 4 之间的氢键是 3 个，因此 3、4是 C、G 碱基对，3 可能是鸟嘌呤 G 或胞嘧啶 C。(3)DNA 分子中 3 和 4 通过氢键连接形成碱基对。(4)DNA 分子的组成成分是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，其中只有含氮碱基内含有氮元素，因此 DNA 被彻底氧化分解后，能产生含氮废物的是图中的 3 和 4。(5)图中 DNA 分子片段中，游离的磷酸有 2 个；该 DNA 分子中鸟嘌呤数目为x，因此 G、C 碱基对为x，腺嘌呤胸腺嘧啶 x，由于 G、C 碱基对之间的氢键是 3 个，A、T
25、碱基对之间的氢键是 2x y1 2个，因此 DNA 分子的碱基之间的氢键数是 3x2( x)x 。x y1 2x y14下图是 DNA 片段的结构图，请据图回答问题：13(1)图甲表示 DNA 片段的_结构，图乙表示 DNA 片段的_结构。(2)填出图中部分结构的名称：2_，5_。(3)从图中可以看出，DNA 分子的两条链是由_和_交替连接形成的。(4)连接碱基对的化学键是_，碱基配对的方式如下：_与_配对；_与_配对。(5)从图甲中可以看出组成 DNA 分子的两条链的方向是_的，从图乙可以看出组成DNA 分子的两条链相互缠绕成规则的_结构。(6)含有 200 个碱基的某 DNA 片段中碱基间
26、的氢键共有 260 个。则该 DNA 片段中共有腺嘌呤_个，C 和 G 构成的碱基对共_对。答案 (1)平面 立体(或空间) (2)一条脱氧核苷酸单链片段 腺嘌呤脱氧核苷酸 (3)脱氧核糖 磷酸(4)氢键 A(腺嘌呤) T(胸腺嘧啶) G(鸟嘌呤)C(胞嘧啶) (5)相反 双螺旋 (6)40 60解析 设该 DNA 片段中有腺嘌呤x个，有鸟嘌呤y个，则有 2x2y200，由该 DNA 片段中含有 260 个氢键可得出，2x3y260，因此可计算出该 DNA 片段中有腺嘌呤 40 个，C 和 G构成的碱基对共 60 对。15下图是制作 DNA 双螺旋结构模型的过程图，请回答下面的问题：(1)在制
27、作模型前进行的设计中，甲处应考虑具备_种材料，它们分别是_；其中五边形材料表示_。(2)乙表示的物质是_，a 位置的元素是_。制作一个乙用到了_种材料。(3)由乙连接成丙的过程，需考虑的主要有：两条链中五边形材料的顶角应呈14_(填“同向”或“反向”)关系；若一条链的下端是磷酸，则另一条链的上端应该是_，这样制作的目的是体现 DNA 双链_的特点。(4)随机将班里某两位同学制作的单链连接成双链，不合理的地方最可能是_。(5)丙到丁过程体现了 DNA 分子_的特点，丁中排在外侧的物质是_。答案 (1)6 磷酸、脱氧核糖、四种碱基 脱氧核糖(2)脱氧核苷酸 氧 3 (3)反向 磷酸 反向平行 (4)双链间的碱基配对不遵循碱基互补原 则 (5)(双)螺旋 交替连接的脱氧核糖和磷酸