学年高一生物人教版必修二名师课堂导学设计 32 DNA分子的结构.docx
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学年高一生物人教版必修二名师课堂导学设计32DNA分子的结构
DNA分子的结构
了解
1.DNA分子结构的主要特点
2.DNA双螺旋结构模型的构建历程
理解
1.运用碱基互补配对原则,计算DNA分子中的某碱基数目或比例
2.制作DNA分子双螺旋结构模型
1.DNA分子的结构特点
2.制作DNA分子双螺旋结构模型
一、DNA双螺旋结构模型的构建
(1)模型名称:
DNA双螺旋结构模型。
(2)构建者:
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
(3)模型构建历程:
二、DNA分子的结构
1.DNA的结构层次
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
脱氧核苷酸链
↓两条
DNA
DNA双螺旋结构
2.DNA分子双螺旋结构的特点
(1)两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)②脱氧核糖和①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)碱基互补配对原则:
⑤A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对;G(鸟嘌呤)一定与⑦C(胞嘧啶)配对。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.仔细阅读教材P47~48沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的故事,探究下列问题:
(1)沃森和克里克在构建模型的过程中,借鉴利用了他人的哪些经验和成果?
提示:
①当时科学界已发现的证据;
②英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的X射线衍射图谱;
③奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果,腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。
(2)沃森和克里克在构建模型过程中,出现了哪些错误?
提示:
①将碱基置于螺旋外部。
②以相同碱基进行配对连接双链。
2.判断正误:
(1)在DNA模型构建过程中,沃森和克里克曾尝试构建三螺旋结构模型。
(√)
(2)沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型过程中,碱基配对方式经历了相同碱基配对到嘌呤与嘧啶配对的过程。
(√)
二、DNA分子的结构
1.观察教材P49图3-11,结合制作模型体验,探讨下列问题:
(1)DNA分子中同一条链和两条链中连接相邻两个碱基的结构有何不同?
提示:
同一条链中连接相邻两个碱基的结构是—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—;两条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键。
(2)利用相同数量的材料,制作同样长度的双链DNA结构,你与周围其他同学制作DNA分子在结构上差异主要体现在哪里?
提示:
体现在双链内侧碱基对的排列顺序上。
(3)运用碱基互补配对原则分析,在所有的双链DNA分子中,(A+G)/(C+T)的值相同吗?
在DNA分子的一条链中是否存在同样的规律?
提示:
①相同。
在双链DNA分子中,由于A=T,G=C,所以嘌呤数等于嘧啶数,即A+G=T+C,可得(A+G)/(T+C)=1,因此双链DNA分子中(A+G)/(T+C)的值相同。
②在单链DNA分子中不存在同样的规律,因为A与T,G与C不一定相等。
(4)结合DNA分子结构特点,归纳DNA分子结构稳定性的原因。
提示:
①DNA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。
②DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧,构成基本骨架。
③DNA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。
④DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。
2连线:
(将下列能组成核苷酸的分子进行连线)
DNA分子中的碱基计算规律
1.碱基互补配对原则
2.碱基间的数量关系
项目
双链DNA
1链
2链
规律
A、T、G、C关系
A=T,
G=C
A1=T2,G1=C2,T1=A2,C1=G2
双链DNA中,A总等于T,G总等于C,且1链上的A等于2链上的T,1链上的G等于2链上的C
非互补碱基和之比,即
或
1
m
1/m
DNA双链中非互补碱基之和总相等,两链间非互补碱基和之比互为倒数
互补碱基和之比,即
或
n
n
n
在同一DNA中,双链和单链中互补碱基和之比相等
某种碱基的比例(x为A、T、G、C中某种碱基的百分含量)
(x1+x2)
x1
x2
某碱基占双链DNA碱基总数的百分数等于相应碱基占相应单链的比值的和的一半
3.碱基比例与DNA分子的共性和特异性
(1)共性:
①
=
=1;②
=
=1;③
=
=1
(2)特异性:
的比值是多样的,是DNA分子多样性和特异性的主要表现。
[特别提醒]
(1)在DNA单链中,A与T、G与C也可能相等。
(2)(A+T)/(G+C)的比值虽然能体现DNA分子的特异性,但不同的DNA分子中该值有可能相同。
[例1] 下图为DNA分子的平面结构,虚线表示碱基间的氢键。
请据图回答:
(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。
[解析]
(1)从主链上看,两条单链是反向平行的;从碱基关系看,两条单链遵循碱基互补配对原则。
(2)脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧,构成DNA分子的基本骨架。
(3)图中涉及4种碱基,4种碱基之间的配对方式有两种,但碱基对的种类有4种,即A-T、T-A、G-C、C-G。
(4)假设该DNA片段只有A、T两种碱基,则200个碱基,100个碱基对,含有200个氢键,而实际上有260个氢键,即G-C或C-G碱基对共60个,所以该DNA中腺嘌呤数为
×(200-2×60)=40个,C和G共60对。
由于G与C之间有三个氢键,A与T之间有两个氢键,因此,G与C构成的碱基对的比例越高,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 4 (4)①40 60 ②G与C
[例2] 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( )
A.44% B.24%
C.14%D.28%
[解析] 画出DNA简图(如图所示)。
依题意,列出等量关系:
(A1-G1)/G1=40%→A1=1.4G1①,
而在整个DNA分子中:
(A1+G1)/200=24%→A1+G1=48②,
联立①②得:
A1=28。
整个DNA分子中A1=T2,因此正确答案是D。
[答案] D
双链DNA分子中碱基数量关系的归纳
(1)碱基互补配对原则的应用:
在双链DNA分子中,四种碱基的比例和为1。
(2)A=T,C=G,A+G=C+T=A+C=G+T=总碱基数的1/2。
(3)互补碱基之和的比值[(A+T)∶(C+G)]在已知链、互补链和整个DNA分子中相等;非互补碱基之和的比值[如(A+C)∶(T+G)]在已知链与互补链间互为倒数,在整个DNA分子中该比值为1。
(4)在一个双链DNA分子中,某种碱基的比例等于其在每条链上所占比例的平均值。
1.下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述,错误的是( )
A.沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链的基础上,这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C4种碱基
B.威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析,得出DNA分子呈螺旋结构
C.沃森和克里克曾尝试构建了多种模型,但都不科学
D.沃森和克里克最后受腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量的启发,构建出了科学的模型
解析:
沃森和克里克依据威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱及有关数据,推出DNA分子呈螺旋结构。
答案:
B
2.制作DNA分子的双螺旋结构模型时,发现制成的DNA分子的平面结构很像一架“梯子”,那么组成这架“梯子”的“扶手”、“扶手”之间的“阶梯”、连接阶梯的化学键以及遵循的原则依次是( )
①磷酸和脱氧核糖 ②氢键
③碱基对④碱基互补配对
A.①②③④ B.①③②④
C.③①②④D.①②④③
解析:
“梯子扶手”代表DNA的骨架,即磷酸和脱氧核糖交替连接形成的长链,排列在内侧的碱基对相当于“阶梯”,连接“阶梯”的化学键是氢键,碱基间遵循碱基互补配对原则。
答案:
B
3.关于DNA分子双螺旋结构特点的叙述,错误的是( )
A.DNA分子由两条反向平行的链组成
B.脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧
C.碱基对构成DNA分子的基本骨架
D.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对
解析:
DNA分子中,脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成DNA分子的基本骨架。
答案:
C
4.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
解析:
据碱基互补配对原则可知,另一个碱基为T,两个脱氧核苷酸含有两个磷酸和两个脱氧核糖。
答案:
C
5.DNA的一条单链中(A+G)/(T+C)=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、0.6B.2.5、1.0
C.0.4、0.4D.0.6、1.0
解析:
根据碱基互补配对原则,在整个DNA分子中,因A=T,G=C,所以(A+G)/(T+C)比值为1.0。
在双链DNA分子中,一条链上的(A+G)/(T+C)与另一条链上(T+C)/(A+G)相等为0.4,因而互补链中(A+G)/(T+C)=2.5,互为倒数。
答案:
B
6.以下四个双链DNA分子中,稳定性最差的是( )
A.A占25%B.T占30%
C.G占25%D.C占30%
解析:
DNA分子结构稳定性表现在相对稳定的双螺旋结构;碱基对通过氢键连接,氢键含量越高,稳定性越强。
根据碱基互补配对原则可计算四个DNA分子中含G≡C碱基对最少的稳定性最差。
A项中G+C=50%;B项中G+C=40%;C项中G+C=50%;D项中G+C=60%。
答案:
B
7.下图表示某大肠杆菌DNA分子结构的片段:
(1)图中1表示________,2表示________。
1、2、3结合在一起的结构叫________。
(2)3有________种,中文名称分别是________________________。
(3)DNA分子中3与4是通过________连接起来的。
(4)DNA被彻底氧化分解后,能产生含N废物的是____________。
解析:
图示为DNA片段,①代表磷酸,②是脱氧核糖,③代表含氮碱基。
两条链之间通过碱基对之间的氢键相连。
答案:
(1)磷酸 脱氧核糖 脱氧核糖核苷酸
(2)二 鸟嘌呤、胞嘧啶 (3)氢键 (4)含氮碱基
一、选择题(每小题4分,共32分)
1.下列哪项不是沃森和克里克构建过
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