高中生物 第3章 第2节 DNA分子的结构课时作业 新人教版必修2.docx
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高中生物第3章第2节DNA分子的结构课时作业新人教版必修2
第2节DNA分子的结构
【目标导航】 1.阅读教材图文,了解DNA双螺旋结构模型的构建过程。
2.结合教材图3-11和相关模型,概述DNA分子的双螺旋结构模型的特点。
3.通过制作DNA双螺旋结构模型,进一步理解其结构特点并掌握有关的计算规律。
一、DNA双螺旋结构模型的构建(阅读P47-48)
1.构建者
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
2.构建过程
3.新模型的特点及意义
(1)特点:
A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径,这样组成的DNA分子具有稳定的直径。
(2)意义:
①能解释A、T、G、C的数量关系;
②能解释DNA的复制;
③模型与X射线衍射照片完全相符。
二、DNA分子的结构(阅读P49)
1.填图
右图为DNA分子的双螺旋结构模型图,试着完成相关内容。
(1)写出图中各部分的名称:
①胸腺嘧啶(T);②脱氧核糖;③磷酸;④胸腺嘧啶脱氧核苷酸;⑤碱基对;⑥腺嘌呤(A);⑦鸟嘌呤(G);⑧胞嘧啶(C)。
(2)图中可以看出,和A配对的一定是T,和G配对的一定是C,碱基对之间靠氢键连接。
其中A-T之间是2个氢键,G-C之间是3个氢键。
2.双螺旋结构特点
(1)DNA分子是由两条链构成的,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。
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)A—T碱基对和G—C碱基对具有相同的形状和直径,使DNA分子具有稳定的直径。
( )
(3)DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。
( )
(4)DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。
( )
(5)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
( )
(6)DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则,即A与T配对,G与C配对。
( )
答案
(1)×
(2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)√
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.DNA分子结构层次
基本组成元素:
C、H、O、N、P
↓
基本组成物质:
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
↓
基本组成单位:
脱氧核苷酸(4种)
↓
DNA单链:
脱氧核苷酸链
↓
DNA双链
↓
空间结构:
DNA分子双螺旋结构
2.制作DNA双螺旋结构模型
(1)制作原理
DNA的脱氧核苷酸双链反向平行,磷酸与脱氧核糖交替连接,排列在外侧。
碱基排列在内侧,碱基对通过氢键连接,碱基互补配对。
(2)制作程序
①使用各种材料分别“制作”若干个磷酸、脱氧核糖、碱基;将各种配件整合在一起,并连接成脱氧核苷酸链;连接两条脱氧核苷酸链,拼成DNA分子平面结构图;再“旋转”成双螺旋结构。
②根据设计计划,对制作的DNA分子双螺旋结构模型进行检查,对模型的不足加以修正。
1.写出脱氧核苷酸的化学元素组成、及种类。
答案 脱氧核苷酸的基本组成元素是C、H、O、N、P,脱氧核苷酸有4种。
2.根据沃森和克里克的模型,你认为DNA分子的空间结构是怎样的?
答案 两条链反向平行盘旋成的双螺旋结构。
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A量等于T量、C量等于G量
【问题导析】
(1)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;
(2)查哥夫发现了A量等于T量、C量等于G量。
(3)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。
答案 B
【一题多变】
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
答案 C
解析 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单链的位置关系是反向平行,D错误。
二、DNA分子的结构
1.DNA分子的空间结构分析
分类
主链
内侧
构成方式
磷酸和脱氧核糖交替连接,两条主链呈反向平行,有规则盘旋成双螺旋
主链上对应碱基以氢键连接成对,对应碱基之间互补(A-T,G-C)配对,碱基平面之间平行
动态变化
相对稳定
碱基比率和碱基序列可变
模型图解
2.巧记DNA分子的组成及结构的“五、四、三、二、一”
3.DNA分子结构中的碱基计算
(1)共性:
不因生物种类的不同而不同。
=
=1;
=
=1;
=
=1。
(2)特异性:
的值在不同DNA分子中是不同的,是DNA分子多样性和特异性的表现。
(3)相关计算
①腺嘌呤与胸腺嘧啶相等,鸟嘌呤与胞嘧啶相等,即A=T,G=C。
因此,嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。
一条链中的A和另一条链中的T相等,可记为A1=T2,同样:
T1=A2,G1=C2,C1=G2。
②设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,因为A1=T2,A2=T1,则:
A1+T1=T2+A2=n%。
整个DNA分子中:
A+T=n%。
在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
③设双链DNA分子中,一条链上:
=m,则:
=
=m,所以互补链上
=
。
双链DNA分子中,非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
④DNA分子中共有4种类型的碱基对,若某个DNA分子具有n个碱基对,则DNA分子可有4n种碱基对排列方式。
1.在一个双链DNA分子中,脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的数量比例关系如何?
答案 脱氧核糖∶磷酸∶碱基=1∶1∶1。
2.双链DNA分子中,嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系?
答案 嘌呤碱基数=嘧啶碱基数。
2.如图是DNA分子的部分平面结构示意图,下列有关叙述不正确的是( )
A.图中4的全称是腺嘌呤脱氧核苷酸
B.构成DNA的核苷酸种类的不同与2有关
C.N元素存在于图中的含氮碱基中
D.从主链上看,两条脱氧核苷酸链反向平行
【问题导析】
(1)构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸;
(2)DNA分子中脱氧核苷酸种类的不同与含氮碱基有关,与脱氧核糖无关,图中2为脱氧核糖,3为含氮碱基。
答案 B
【一题多变】
(1)从主链上看,两条单链__________平行;从碱基关系看,两条单链____________。
(2)__________和__________相间排列,构成了DNA分子的基本骨架。
(3)图中有________种碱基,________种碱基对。
(4)含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。
请回答:
①该DNA片段中共有腺嘌呤________个,C和G构成的碱基对共________对。
②在DNA分子稳定性的比较中,________碱基对的比例越高,DNA分子稳定性越高。
答案
(1)反向 碱基互补配对
(2)脱氧核糖 磷酸
(3)4 3 (4)①40 60 ②G与C
1.
由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子,按其碱基的排列顺序不同,决定了DNA的种类及特性分别是( )
①504种 ②450种 ③425种 ④遗传性 ⑤多样性
⑥特异性
A.①④ B.②⑤
C.②⑥D.③⑤
答案 D
解析 50个脱氧核苷酸共构成了25个碱基对,共有排列顺序425种,由此说明由于碱基对(或脱氧核苷酸对)的排列顺序的多样性,决定了DNA分子的多样性。
2.
某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%,其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%,那么,对应的另一条互补链(b)上的G占该链碱基总数的比例是( )
A.35%B.29%
C.28%D.21%
答案 A
解析 整个DNA中的A+T占整个DNA碱基总数的44%,则G+C占整个DNA碱基总数的56%,又因为其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%,所以与G对应的互补链(b)上的C占b链碱基总数的21%,则G(a链上)+C(b链上)占DNA分子碱基总数的21%。
因为总的G+C占整个DNA分子碱基总数的56%,所以G(b链上)+C(a链上)占DNA整个分子碱基总数的35%,推得G占b链碱基总数的35%,所以答案选A。
3.
分析以下材料,回答有关问题。
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,科学家查哥夫(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,即A的总数等于T的总数,G的总数等于C的总数,但(A+T)与(G+C)的比值是不固定的。
材料三 根据富兰克林(R.E.Franklin)等人对DNA的X射线衍射分析表明,DNA分子由许多“亚单位”组成,每一层的间距为0.34nm,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1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型奠定了基础。
请分析回答:
(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__________________________。
(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)富兰克林等人提出的DNA分子中的亚单位事实上是________;亚单位的间距都为0.34nm,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
(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
解析 材料一表明了当时科学界对DNA的认识是:
DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构。
嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数,即A的总数等于T的总数,G的总数等于C的总数,说明二者可能是一种对应关系,而A与T的总数和G与C的总数的比值不固定则说明A与T之间的对应和C与G之间的对应是互不影响的,所以沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是A与T配对,C与G配对,结果发现与各种事实相符,从而获得了成功。
【基础巩固】
1.下列各项中,能正确表示DNA分子中脱氧核苷酸对的是( )
答案 A
解析 DNA分子中的碱基互补配对原则为A与T配对,G与C配对,A与T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键,两条链反向平行,所以A项正确;B、D两项配对方式不对,C项两条链方向不对。
2.DNA的一条单链中
=0.4。
上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别为( )
A.0.4、0.6 B.2.5、1.0
C.0.4、0.4D.0.6、1.0
答案 B
解析 根据碱基互补配对原则,在整个DNA分子中,因为A=T,G=C,所以
比值为1.0。
在双链DNA分子中,一条链上的
与另一条链上
相等为0.4,因而互补链中
=2.5,互为倒数。
3.下面为DNA分子的结构示意图,对该图的正确描述是( )
A.②和③相间排列,构成了DNA分子的基本骨架
B.①②③构成胞嘧啶脱氧核苷酸
C.④占的比例越大,DNA分子越稳定
D.DNA分子中⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T
答案 D
解析 DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成,选项A错误;胞嘧啶脱氧核苷酸由②③⑨组成,B项错误;④是A与T之间的氢键,G、C对含量越多,DNA分子越稳定,选项C错误;根据碱基互补配对原则,⑤、⑥、⑦、⑧依次代表A、G、C、T,D项正确。
4.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________(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)螺旋 交替连接的脱氧核糖和磷酸
【巩固提升】
5.某生物核酸的碱基组成是嘌呤碱基占58%,嘧啶碱基占42%,此生物不可能是( )
A.噬菌体B.大肠杆菌
C.人或酵母菌D.烟草
答案 A
解析 噬菌体由DNA和蛋白质构成,DNA为双链,嘌呤数与嘧啶数应相等;在人、酵母菌、大肠杆菌、烟草中既有DNA,也有RNA,且RNA为单链,因此嘌呤数与嘧啶数可能不相等。
6.某双链DNA分子中,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的54%。
其中α链上的碱基中,22%是腺嘌呤,28%是胞嘧啶,则β链中腺嘌呤占该链上所有碱基的比例和β链中的胞嘧啶占整个DNA分子中所有碱基的比例分别为( )
A.24%、13%B.23%、27%
C.48%、26%D.22%、28%
答案 A
解析 假设该DNA分子中碱基总数为200个,则G+C=108(个),又因G=C,所以G=C=54(个);已知Aα=100×22%=22(个),Cα=28个,又因Cα+Cβ=C,所以Cβ=54-28=26(个),则β链中C占整个DNA分子中所有碱基的比例为26÷200=13%。
关于腺嘌呤的计算,因为T=A=
=46(个),Aβ=46-22=24(个),则在β链中腺嘌呤占该链上所有碱基的比例为24%。
7.如图是DNA片段的结构图,请据图回答:
(1)图甲是DNA片段的________结构,图乙是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分子中的两条长链是由____________和________交替连接的。
(4)碱基对之间通过________连接,碱基配对的方式为:
______________与______________配对;____________与____________配对。
(5)从图甲可以看出:
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________的________结构。
答案
(1)平面 立体(或空间)
(2)一条脱氧核苷酸长链的片段 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)反向 规则 双螺旋
解析
(1)从图中可以看出:
甲表示的是DNA分子的平面结构,而乙表示的是DNA分子的立体(空间)结构。
(2)图中2表示的是一条脱氧核苷酸长链的片段,而5表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。
(3)从甲图的平面结构可以看出:
DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧构成了基本骨架。
(4)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,且有一定规律:
A与T配对,G与C配对。
(5)根据图甲可以判断:
组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的;从图乙可以看出组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。
8.根据相关知识回答下列问题。
(1)已知在DNA分子的一条单链中
=m,则另一条互补链中这种比例是
________,这个比例关系在整个DNA分子中是________。
(2)若DNA分子的一条单链中
=k,则另一条互补链中这种比例是
__________,而在整个DNA分子中是________。
(3)如果DNA分子的一条链中的A占15%,互补链中的A占25%,则整个DNA分子中A占________。
答案
(1)
1
(2)k k (3)20%
【走进高考】
9.(2011·上海卷,27,改编)某双链DNA分子含有200个碱基,一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则该DNA分子( )
A.含有4个游离的磷酸基团
B.含有腺嘌呤脱氧核苷酸20个
C.四种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
D.碱基排列方式共有4100种
答案 C
解析 A错误:
一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团。
由一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,计算得一条链上100个碱基中含A、T、G、C依次是10、20、30、40,另一条链上含A、T、G、C则依次是20、10、40、30。
故该DNA中含腺嘌呤脱氧核苷酸数为10+20=30个,故B项错误。
C项正确:
四种含氮碱基的比例是A∶T∶G∶C=(10+20)∶(20+10)∶(30+40)∶(40+30)=3∶3∶7∶7。
D项错误:
含200个碱基的DNA不考虑每种碱基比例关系的情况下,可能的碱基排列方式共有4100种。
但因碱基数量比例已确定,故碱基排列方式肯定少于4100种,且一个DNA分子只有一种特定的碱基排列顺序。
10.(2010·江苏卷,1)下列关于核酸的叙述中,正确的是( )
A.DNA和RNA中的五碳糖相同
B.组成DNA与ATP的元素种类不同
C.T2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中
D.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数
答案 D
解析 本题主要考查核酸的组成、结构和功能。
DNA含有脱氧核糖,RNA含有核糖,A项错误。
DNA和ATP都是由C、H、O、N、P五种元素组成,B项错误。
T2噬菌体遗传物质为DNA,故其遗传信息也储存在DNA中,C项错误。
双链DNA嘌呤总和嘧啶碱基互补配对,故两者数量相等,D项正确。
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