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【学习重难点】
1.DNA分子的结构特点、DNA分子中各种碱基的数量关系
2.制作DNA双螺旋结构模型
【基础知识】
一、DNA双螺旋结构模型
1.目的要求：通过制作DNA分子双螺旋结构模型，深入理解DNA双螺旋结构的特点。
2.实验原理：DNA分子双螺旋结构由____________脱氧核苷酸链组成。双螺旋结构外侧的每条长链，是由脱氧核糖与磷酸交互连接形成的，两条长链以反向平行方式向右盘绕成双螺旋，螺旋直径为2nm，螺距为3.4 nm；两条长链上对应碱基以______________连接成对，对应碱基的互补关系为：___________________________________________，碱基对位于双螺旋结构内侧，每个螺距有10对碱基，两个相邻碱基对平面的垂直距离为0.34 nm。
3.实验过程
（1）材料用具
硬塑方框2个(长约10cm)，细铁丝2根(长约0.5m)，球形塑料片(代表磷酸)，双层五边形塑料片(代表脱氧核糖)，四种不同颜色的长方形塑料片(代表四种不同碱基)，粗铁丝2根(长约10cm)，代替氢键的连接物（如订书钉）。
（2）方法步骤
1．取一个硬塑方框，在硬塑方框一侧的两端各拴上一条长0.5m的铁丝。
2．将一个剪好的球形塑料片(代表________)和一个长方形塑料片(四种不同颜色的长方形塑料片分别代表四种不同的________________________)，分别用订书钉连接在一个剪好的五边形塑料片
(代表___________)上，制成一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。
3．将12个制成的脱氧核苷酸模型，按碱基(从上到下)GAAAGCCAGTAT的顺序依次穿在一条长细铁丝上。按同样方法制作好DNA的另一条链(注意碱基的顺序及脱氧核苷酸的方向)，用订书钉将两条链之间的_____________连接好。
4．将两条铁丝的末端分别拴到另一个硬塑方框一侧的两端，并在所制模型的背侧用两根较粗的铁丝加固。双手分别提起硬塑方框，拉直双链，旋转一下，即可得到一个DNA分子的_________模型。
（4）结果记录
由每小组选一个代表介绍本小组的作品并说明DNA分子结构特点, 老师与其他同学给予评价和记录，并评选出最优秀的制作小组。
四、实验结论
DNA分子具有特殊的空间结构----规则的双螺旋结构，这一结构的主要特点是：
(1)__________________________________________________________________________
(2)___________________________________________________ _______________________
(3)__________________________________________________________________________
【误区警示】
本实验制作过程中的注意事项：
(1)制作“脱氧核苷酸模型”：按照每个脱氧核苷酸的结构组成，挑选模型零件，组装成若干个脱氧核苷酸。
(2)制作“多核苷酸长链模型”：按照一定的碱基排列顺序，将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成—条多核苷酸长链。在组装另一条多核苷酸长链时，方法相同，但要注意两点：—是两条长链的单核苷酸数目必须相同；二是两条长链并排时，必须保证碱基之间能够相互配对，不能随意组装。这是实验成败的关键所在。
(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。
(4)制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)：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。
【问题探究】
1.作为遗传物质，应该储存有大量的遗传信息。DNA只含有四种脱氧核苷酸，它是怎样储存足够量的遗传信息的？
2.作为遗传物质，应该能够精确地复制自己。设想一下，DNA分子是如何复制自己的？
二、DNA的分子结构
1.基本组成单位：脱氧核苷酸
（1）组成：基本单位的结构模式图可以表示为
（2）碱基：A：腺嘌呤；G：鸟嘌呤；C：胞嘧啶；T：胸腺嘧啶。
（3）种类：①腺嘌呤脱氧核苷酸； ②鸟嘌呤脱氧核苷酸；
③胞嘧啶脱氧核苷酸； ④胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
思考：DNA双螺旋结构是反向平行的，使两条脱氧核苷酸链平行的结构是什么？
提示：是DNA结构中的A—T，G—C碱基对等长。
2.DNA的双螺旋结构
（1）两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成螺旋结构。
（2）外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架。
（3）内侧：两条链上的碱基通过氢键连接碱基对。
（4）碱基互补配对：A（腺嘌呤）与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）与C（胞嘧啶）配对。
思考：在海洋底部火山口附近有一种细菌，经科学家研究其遗传物质DNA的结构与常温下生存的细菌不同，该细菌的DNA结构更稳定，且耐高温。那么导致DNA结构更稳定的原因是什么？
提示：该细菌的DNA结构中G—C碱基对多，由于G—C碱基对中有三个氢键，所以结构更稳定。
3.结构特点：
稳定性： ①DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变。②两条链间碱基互补配对的方式不变。
多样性：碱基种类、数量、碱基对排列顺序决定了DNA分子的多样性。
特异性：每种DNA有区别于其它DNA的特定的碱基排列顺序。
【疑难突破】
DNA分子中碱基数量计算的规律有哪些？
剖析：根据碱基互补配对原则而引出的关于碱基比率、数量的计算是本节的重点之一。怎样解决这一问题，可根据以下规律：
规律一：互补的两条链之间碱基数量相等，即A=T，G=C，A + G= C+ T；
规律二：任意两个不互补的碱基之和占碱基总数的50%，即A+G=T+C=A+C=T+G=50%。
规律三：两个不互补的碱基之和比值相等，即（A+G）/（T+C）=（A+C）/（T+G）=1。
; A+T≠C+G 
解释：二个互补碱基相等；二个不互补的碱基之和恒等。
规律四：一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两个碱基的和，即A1=T2，T1=A2或A1+T1=A2+T2。规律五：一条链中互补的两碱基和占该单链的比例等于DNA分子双链中这两种碱基的和占碱基总数的比例，即（G+C）/单=（G+C）/双，（A+T）/单=（A+T）/双。
链（A+T）或（G+C）=
链（A+T）或（G+C）=
双链（A+T）或（G+C）
规律六：整个DNA中某一碱基所占比例=该碱基在每一单链中所占比例之和的一半
规律七：若一条链中（A1+G1）/（T1+C1）=K，则另一条链中（A2+G2）/（T2+C2）=1/K。注意：①两条链之间的脱氧核苷酸数目相同，推知两条链之间的碱基、脱氧核糖、磷酸数目对应相同；②碱基配对的关系是：A一定对T、 G一定对C，这就是碱基互补配对原则；③A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键；④根据碱基互补配对原则，双链DNA中的含氮碱基数目关系是：A=T，G=C，而单链DNA中，则往往是A≠T，G≠C，据此可以进行与单双链DNA分子有关的含氮碱基数目的计算。
【特别注意】①双链DNA中的含氮碱基数目关系是：A=T，G=C，而单链DNA中，则一般无上述规律。双链DNA分子中，只能是A与T配对，G与C配对，这与嘌呤碱和嘧啶碱的结构有关，嘌呤碱都是双环结构，嘧啶碱都是单环结构，只有A与T或G与C配对时才能保证DNA双链间距离的恒定性（2 nm），继而保证DNA规则的双螺旋结构。
②不同生物的DNA分子，其互补配对的碱基之和的比值即（A+T）/（G+C）不同。
【相关链接】
组成DNA分子的碱基虽然只有四种，但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。在生物体内，某DNA片段具有遗传效应，共有20个碱基对。该DNA片段所携带的遗传信息最多有几种一个最短的DNA分子也大约有四千个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有44000种，碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。由此可见，DNA分子是能够储存大量的遗传信息的。碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基对的特定的排列顺序，又构成了DNA分子的特异性，这就从分子水平上说明了生物体具有多样性和特异性的原因。
【典例解析】
【例题1】假设一个DNA分子片段中含碱基Ｔ共312个，占全部碱基的26％，则此DNA片段中碱基G所占百分比和数目分别是________、_________
解析:DNA的碱基数目和比例严格遵循碱基互补配对原则，即DNA中有一个A，必须有一个和其互补的T，有一个C，必有一个G，据这个原理可知G＝（1－26％×2）／2＝24％，又知Ｔ共312个，占26％，则可知ＤＮＡ中共有碱基312／26％＝1200，前面已计算出G占24％，则G的数目是1200×24％＝288个。
解此类题关键在于充分运用碱基互补配对原则。运用Ａ＝Ｔ，Ｇ＝Ｃ的原理，只要告知任何一种碱基的比例，就可求出任意一种或几种碱基的比例。 答案:24％ 288个
【例题2】在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是（ ）
A.含胸腺嘧啶32%的样品 B.含腺嘌呤17%的样品
C.含腺嘌呤30%的样品 D.含胞嘧啶15%的样品
解析：生活在高温环境中的嗜热菌，其DNA分子的稳定性高，两链之间的氢键就多，由于腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶和鸟嘌呤之间有3个氢键，因此胞嘧啶和鸟嘌呤比例含量高的DNA分子稳定性高。A样品中G—C占36%，B样品中G—C占66%，C样品中G—C占40%，D样品中G—C占30%。 答案：B
【例题3】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分子碱基总数的24%，则该DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的
A．44%
B.24% C.14% D.28%
解析: 解这类题目，最好先画出DNA分子两条链及碱基符号，并标出已知碱基的含量，这样比较直观，更易找到解题方法。然后利用DNA分子的碱基互补配对原则，依题意，列出等量关系：
A1-G1/G1=40%→A1=1.4G1 ①
A1+G1/200=24% →A1＋G1=48 ②
联立①②得：A1 = 28
依 “等量代换”有：T2=Al=28，即胸腺嘧啶占该链碱基数目的28％。答案:D
【例题4】分析一个DNA分子时，发现30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该分子一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的
A．20% B．30% C．40% D．70%
解析:根据碱基互补配对原则，可知鸟嘌呤占DNA碱基总数为(1－30%×2)÷2=20%。双链中G+C=40%，推知单链中G+C=40%，一般情况下DNA双链上都应有G分布，所以G≤40%，但也有一种极端情况，使G集中分布在一条链上(无C)，而另一条链上没有G(只有C)。所以该分子一条链上鸟嘌呤最大值可占该链的40%。 答案:C
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