学年浙科版必修二 第三章 第二节 遗传信息编码在DNA分子上 学案.docx
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学年浙科版必修二第三章第二节遗传信息编码在DNA分子上学案
第二节 遗传信息编码在DNA分子上
课程目标
知识目标
核心素养
1.简述核酸的分子组成。
2.说明DNA分子的结构及其特点。
3.构建DNA双螺旋结构模型
1.通过学习DNA分子结构及其特点,认同多学科合作研究的重要性。
2.通过“活动:
制作DNA双螺旋结构模型”,学会构建物理模型的方法,感悟DNA双螺旋结构对称、简洁、和谐的科学美。
3.通过对DNA分子结构的学习,理解其作为遗传物质的原因
知识点一 双螺旋结构模型揭示了DNA分子的结构
1.DNA分子的基本单位是__脱氧核苷酸__(结构简式如下),DNA分子是其基本单位连接而成的多聚体,呈长链状结构。
脱氧核糖核苷酸由__磷酸__和脱氧核苷连接而成,其中的脱氧核苷由__脱氧核糖__和__含氮碱基__组成,由于碱基只有__4__种:
腺嘌呤(__A__)、鸟嘌呤(__G__)、胞嘧啶(__C__)和胸腺嘧啶(__T__),因此__脱氧__核苷酸也有4种,即腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
2.DNA分子是由__两__条长链组成的,这两条长链按__反向平行__方式盘旋成双螺旋结构(如下图所示)。
其中,每条链上的一个核苷酸以__脱氧核糖__和另一个核苷酸上的__磷酸基团__结合。
(1)主链外侧:
__脱氧核糖__和__磷酸基团__交替连接构成基本骨架;
(2)主链内侧:
__碱基__。
3.碱基互补配对原则:
两条主链内侧的碱基__互补配对__,由__氢键__连接形成碱基对,即__A__=__T__,__C__≡__G____。
4.卡伽夫法则:
在DNA分子中,A与T的数目相等,G与C的数目相等,但A+T的量__不一定__等于G+C的量。
在一个双链DNA分子中,__嘌呤__碱基总数等于__嘧啶__碱基总数,各占全部碱基的__50__%;不互补的两种碱基之和占全部碱基数的50%,即A+G=A+C=T+G=T+C=1/2全部碱基。
5.DNA分子在真核细胞的__细胞核__中被有秩序地包装成__染色体__,发挥遗传物质的作用。
小思考:
在DNA分子中,每个脱氧核糖上连接着几个磷酸基团?
【答案】在DNA分子中,大多数的脱氧核糖上连接着2个磷酸基团,位于DNA分子3′端的脱氧核糖只连接1个磷酸基团。
知识点二 碱基排列顺序编码了遗传信息
DNA的特性:
多样性、特异性、稳定性
1.多样性:
组成DNA分子的脱氧核苷酸虽只有4种,配对方式仅2种(即A和T配对,C和G配对),但是不同的DNA分子可以由__不同__数量的脱氧核苷酸组成,DNA中的各种__碱基__数目不同,__排列方式__也不同。
例如,有100个碱基对的脱氧核苷酸链,便有__4100__种排列方式。
因此,不同的DNA分子脱氧核苷酸序列或碱基对序列__不同__,从而决定了DNA分子的多样性。
2.特异性:
来自同一个体、不同器官的DNA的基本组成是__一致__的,而且具有本物种特性,即每个特定DNA分子都具有特定的__碱基__排列顺序,这就构成了DNA分子的特异性。
3.稳定性:
DNA分子内脱氧核糖与磷酸__交替__排列顺序不变,碱基配对方式不变。
4.核苷酸的不同序列形成生物独特的__遗传信息__,通过对DNA中核苷酸的序列分析,科学家可以判断各种生物在进化中的__亲缘__关系,医生可以对两个人的血缘关系做出参考性的结论,警察可以对案件中人物的身份进行鉴定。
小思考:
基因A和a或基因A和B不同的本质原因是什么?
【答案】不同基因中碱基对排列顺序不同或脱氧核苷酸序列不同。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)DNA分子是由两条正向平行的双链结构构成的。
( × )
(2)DNA分子中碱基互补配对是嘌呤和嘌呤配对、嘧啶和嘧啶配对。
( × )
(3)双链DNA分子中一条链上磷酸和核糖是交替连接的。
( × )
(4)DNA单链中的每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基分子。
( × )
(5)每个DNA分子中均有两个游离的磷酸基团。
( √ )
(6)已知某双链DNA分子的一条链中(A+C)/(T+G)=0.25,(A+T)/(G+C)=0.25,则同样是这两个比例在该DNA分子的另一条链中的比例为4与0.25,在整个DNA分子中是1与0.25。
( √ )
2.案例分析:
如图是DNA分子结构模式图,请据图回答下列问题:
(1)组成DNA的基本单位是__脱氧核苷酸__。
(2)图中1、2、6的名称依次为__磷酸(基团)__、__脱氧核糖__、__碱基对__。
(3)图中8表示的是__一条脱氧核苷酸链的片段__。
在双链DNA分子中嘌呤与嘧啶之间的数量关系为__相等__(填“相等”或“不相等”)。
【解析】
(1)DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸。
(2)图中1、2、6的名称依次为磷酸(基团)、脱氧核糖、碱基对。
(3)图中8表示的是一条脱氧核苷酸链的片段。
在双链DNA分子中嘌呤与嘧啶之间的数量关系为相等。
1.核酸包括DNA和RNA,组成元素为C、H、O、N、P,基本单位为核苷酸。
英文
简称
中文
名称
基本单位
结构简式
基本组成
DNA
脱氧核
糖核酸
磷酸、脱氧核
糖、四种碱基
(A、G、C、T)
RNA
核糖
核酸
磷酸、核糖、
四种碱基
(A、G、C、U)
2.不同生物的核酸种类
生物类别
核酸
核苷酸
碱基
遗传物质
细胞生物
DNA和RNA
8种
5种
DNA
病毒
只含DNA
4种
4种
DNA
只含RNA
4种
4种
RNA
3.DNA双螺旋结构解析
(1)DNA分子中相邻的碱基是如何连接的?
(2)一个双链DNA分子中,脱氧核糖、磷酸、碱基的数量关系如何?
(3)在DNA分子中,每个脱氧核糖上连接着几个磷酸基团?
每个DNA分子有几个游离的磷酸基团?
(4)图中3和4、5和6分别代表哪对碱基对?
(5)DNA分子越稳定,哪对碱基对的比例越高?
(6)DNA分子双螺旋的立体结构中螺旋之间的距离相等吗?
【答案】
(1)①DNA单链中,上下两个相邻的碱基(如3和5)之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接,其中脱氧核糖和磷酸之间的键称为“磷酸二酯键”;②DNA双链中,左右两个相邻的碱基(如3和4)通过氢键连接。
(2)在一个双链DNA分子中,脱氧核糖∶磷酸∶碱基=1∶1∶1。
(3)一个DNA分子中,大多数的脱氧核糖上连接着2个磷酸基团,如编号2的脱氧核糖与编号1和7的磷酸基团相连;只有2个脱氧核糖上只连接1个磷酸基团,如位于脱氧核苷酸链的3′端的脱氧核糖只连接1个磷酸基团,DNA分子有2条脱氧核苷酸链,有2个3′末端的脱氧核糖。
一个DNA分子中游离的磷酸基团只有2个,位于DNA分子的两个5′末端的脱氧核糖上,如编号1。
(4)图中3和4是G-C碱基对,5和6是A-T碱基对,因为3和4之间有3个氢键相连,5和6之间有2个氢键相连。
(5)DNA分子中G—C碱基对比例越高,DNA分子越稳定,原因是G和C之间有3个氢键相连,氢键的存在有利于保持分子的稳定性。
(6)DNA分子双螺旋的立体结构中螺旋之间的距离不相等,分为大螺旋和小螺旋,大螺旋的距离大,小螺旋的距离小。
如图为DNA分子部分结构示意图,以下叙述正确的是( A )
A.①和②交替排列在外侧构成主链的基本骨架
B.碱基对位于主链内侧,其配对方式遵循卡伽夫法则
C.⑦是连接两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键
D.④为胞嘧啶脱氧核苷酸,其上的磷酸基团与两个脱氧核糖连接
【解析】①磷酸和②脱氧核糖交替排列在外侧构成主链的基本骨架,A正确;碱基对位于主链内侧,其配对方式遵循碱基互补配对原则,B错误;⑥是连接两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,C错误;④中的①是上一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团,因此④不构成一分子脱氧核苷酸,D错误。
1.下列关于DNA的叙述,错误的是( C )
A.脱氧核苷酸是由脱氧核苷和磷酸连接起来的
B.DNA的两条链反向平行
C.卡伽夫法则是指A与T配对、C与G配对
D.有细胞结构的生物均以DNA为遗传物质
【解析】A与T配对、C与G配对是碱基互补配对原则。
2.如图是一个DNA分子的片段,不能从图中得到的信息是( D )
A.DNA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
【解析】由图可知,DNA是由两条链构成的双螺旋结构,A项正确。
由图可知,DNA两条链之间的碱基严格互补配对,B项正确。
DNA两条链之间的碱基严格互补配对,且总是嘌呤与嘧啶配对,因此嘌呤数等于嘧啶数,C项正确。
根据题图无法判断两条链是否反向平行,D项错误。
1.原理:
DNA分子双螺旋结构的主要特点。
2.实验目的:
通过制作DNA双螺旋结构模型,加深对DNA分子结构特点的理解和认识。
3.制作步骤
4.模型制作分析
(1)构建DNA结构模型,你认为应该按什么顺序来完成?
(2)选取材料制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基时,应该注意什么?
(3)制作脱氧核苷酸长链平面模型时,要注意什么?
(4)同学们用4种卡片分两组制作DNA模型。
一组同学选取的卡片中有20个胸腺嘧啶脱氧核苷酸和40个胞嘧啶脱氧核苷酸;另一组同学选取的卡片中有20个腺嘌呤脱氧核苷酸和40个鸟嘌呤脱氧核苷酸。
两组所取的卡片都恰好制作模型,这两组同学制作的DNA模型长度和顺序都一样吗?
【答案】
(1)按结构层次从小到大、从简单到复杂依次完成。
(2)应该注意用不同形状、不同大小和不同颜色的材料分别代表脱氧核糖、磷酸和不同的碱基,且要注意各结构的大小比例:
①脱氧核糖可用同一种颜色的五边形,②磷酸基团可用同一种颜色的圆形,③含氮碱基中2种嘧啶的大小相同但颜色不同,2种嘌呤的大小相同但颜色不同,且嘧啶和嘌呤要剪成相互吻合的形状,使得A—T和C—G碱基对长度相同,④还要选用有一定强度和韧性的连接材料,将各结构连接在一起。
【注意】嘧啶只有一个环状结构,嘌呤有2个相连的环状结构。
(3)要注意:
①两条长链中脱氧核苷酸的个数必须相同;②两条长链上的碱基能够相互配对;③两条长链反向平行。
(4)长度一样,但排列顺序可能不一样。
某校学生开展研究性学习,在搭建DNA分子模型的实验中,若有4种碱基塑料片共20个,其中4个C、6个G、3个A、7个T,脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个,脱氧核糖塑料片40个,磷酸塑料片100个,代表氢键的连接物若干,脱氧核糖和碱基之间的连接物若干,则( D )
A.能搭建出20个脱氧核苷酸
B.能搭建出410种不同的DNA分子模型
C.所搭建的DNA分子片段最长为7碱基对
D.能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段
【解析】每个脱氧核苷酸含有1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子碱基,脱氧核糖和磷酸之间的连接物有14个,可搭建出14个脱氧核苷酸,故A项错误。
在DNA双螺旋结构中碱基个数=脱氧核糖个数=磷酸基团个数;两条链之间碱基数A=T,C=G,脱氧核糖和磷酸之间的连接物有14个,所搭建的DNA分子片段最长为4碱基对,故C项错误,D项正确。
不能搭建出410种不同的DNA分子模型,故B项错误。
1.某小组用图示卡片搭建DNA分子模型,其中“P”有30个,“C”有10个,以下说法正确的是( D )
A.“D”表示核糖
B.“T”表示尿嘧啶
C.若要充分利用“P”和“C”,需60个“D”
D.若要充分利用“P”和“C”,需5个“A”
【解析】组成DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸,由一分子磷酸基团、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成,组成DNA的碱基有A、T、G、C共四种。
图中“T、C、A、G”卡片表示四种含氮碱基,“P”卡片表示磷酸,“D”卡片表示脱氧核糖,“P”有30个,可组成30个脱氧核糖核苷酸,即需要30个脱氧核糖。
若要充分利用“P”,需要组成15个碱基对,其中“C”有10个,可构成C-G碱基对10个,故还需要构成A-T碱基对5个,综上分析,D正确。
2.如图为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA分子片段(其中“○”代表磷酸基团)。
下列为几位同学对此图的评价,其中正确的是( C )
A.甲说:
该图没有什么物质和结构上的错误
B.乙说:
该图仅有一处错误,即U改为T
C.丙说:
核糖应改为脱氧核糖
D.丁说:
该图所表示的DNA中的碱基配对方式正确
【解析】图中有三处错误:
①五碳糖应为脱氧核糖,而不是核糖;②DNA不含碱基U,而含碱基T;③两个相邻核苷酸之间的磷酸二酯键连接不正确,应是前一个核苷酸的脱氧核糖与后一个核苷酸的磷酸基团连接形成磷酸二酯键。
DNA中碱基配对方式为A与T配对,C与G配对。
3.在“制作DNA双螺旋结构模型”活动中,可采用不同形状和颜色的纸片分别代表脱氧核糖、磷酸和不同碱基,用订书针作为连接物。
现要制作一个包含4种碱基、12个碱基对的DNA分子片段模型。
下列叙述最不确切的是( A )
A.通过该活动,可以加深对DNA分子功能特点的理解和认识
B.选取作为支架的材料要有一定的强度和韧性
C.制作时用到相同形状和颜色的纸片最少的为1张
D.若该模型中有4个腺嘌呤,则需要102个订书针
【解析】通过该活动,可以加深对DNA分子结构特点的理解和认识,A错误;选取作为支架的材料要有一定的强度和韧性,B正确;DNA中含有4种碱基,所以制作时用到相同形状和颜色的纸片最少的为1张,C正确;订书针作为连接物,每个核苷酸中脱氧核糖、磷酸和碱基连接需用2个,碱基A、T之间有两个氢键,G、C之间有三个氢键,每条核苷酸链间的磷酸二酯键各有11个,若该模型中有4个腺嘌呤,则需要订书针=2×24+4×2+8×3+11×2=102,D正确。
1.双链DNA分子的共性和特异性
(1)共性:
不同种类的生物无特异性,比值相同
①
=
=1;②
=
=1;
③
=
=1;④嘧啶数=嘌呤数。
(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。
2.基本规则
(1)碱基互补配对原则:
A与T配对,G与C配对。
(2)总的碱基数量为两条单链的碱基数量之和。
3.计算规律
(1)规律一:
DNA双链中的两条互补链的碱基数相等,任意两个不互补的碱基之和恒等,占碱基总数的50%,即A+G=T+C=A+C=T+G=50%。
结论:
DNA中非互补碱基之和总相等。
(2)规律二:
DNA双链中的一条单链的
=m,
则
=
=m,所以互补链上
=
。
结论:
DNA两条单链间非互补碱基之和的比值互为倒数。
(3)规律三:
DNA双链中,A1+T1=n%,由于A1=T2、A2=T1,则A1+T1=T2+A2=n%,整个DNA分子中A+T=n%。
结论:
在同一DNA中,双链和单链中互补碱基之和都相等。
(4)规律四:
DNA一条链中A占的比例为a1,另一条链中A占
的比例为a2,则整个DNA分子中A占的比例为
。
结论:
某碱基占双链DNA碱基总数的百分比等于相应碱基占相应单链比值和的一半。
(5)DNA分子中共有4种类型的碱基对,若不同种类的碱基数目不限,构建一个具有n个碱基对的DNA分子,则该DNA分子最多可有4n种碱基对排列方式。
【方法技巧】解答碱基计算的三个步骤
第一步:
搞清题中所给的和所求的碱基比例是占整个DNA分子的比例还是占其中一条链的比例。
第二步:
画出一个DNA分子模式图,并在图中标出已知和所求的碱基。
第三步:
根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。
已知某双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%,则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的( A )
A.34%和16% B.34%和18%
C.16%和34%D.32%和18%
【解析】如图所示,设该DNA分子的两条链分别为1链和2链,双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,则A+T占66%,又因为双链DNA分子中,互补配对的两种碱基之和占整个DNA分子的比例和每条链中的比例相同,因此A1+T1=66%,G1+C1=34%,又因为T1与C1分别占该链碱基总数的32%和18%,则A1=66%-32%=34%;G1=34%-18%=16%,根据DNA分子的碱基互补配对关系,所以T2=A1=34%,C2=G1=16%。
1.由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子,其碱基的排列顺序不同决定了DNA的种类及特性分别是( D )
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
【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,其碱基对(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.已知某双链DNA片段含有200个碱基对,其中A和T共有160个,则该片段中的一条链上C和G之和为( C )
A.40个B.80个
C.120个D.240个
【解析】该片段中的一条链上C和G之和,实质是DNA中C或G的含量。
由于双链DNA片段含有200个碱基对,其中A和T共有160个,则C和G共有240个,因此C或G的含量为120个,C正确。
3.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图。
下列正确的是( C )
【解析】由碱基互补配对原则可知,不同双链DNA分子中,一条单链中
的值与DNA分子双链中
的值总是相等的;一条单链中
的值是不确定的,而DNA分子双链中
的值都为1,故C项正确。
1.双链DNA分子中正确的碱基配对方式是( D )
A.C与A配对
B.A与G配对
C.C与T配对
D.A与T配对
【解析】双链DNA分子中正确的碱基配对方式是A与T配对、G与C配对。
2.DNA指纹技术是法医物证学上进行个人认定的主要方法,DNA指纹是指DNA的( D )
A.双螺旋结构
B.磷酸和脱氧核糖的排列顺序
C.碱基互补配对原则
D.脱氧核苷酸的排列顺序
【解析】一般情况下,不同生物的DNA分子都具有双螺旋结构,故双螺旋结构不具有特异性,A不符合题意;不同生物的DNA分子中,磷酸和脱氧核糖的排列顺序相同,不具有特异性,B不符合题意;不同生物的DNA分子中,碱基互补配对方式都相同,不具有特异性,C不符合题意;DNA“指纹”是指DNA中脱氧核苷酸的排列顺序,因为不同DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序不同,D符合题意。
3.DNA分子结构中( B )
A.含氮碱基与核糖相连
B.磷酸与脱氧核糖交替排列
C.腺嘌呤与鸟嘌呤通过氢键配对
D.两条链的空间结构千变万化
【解析】DNA分子的五碳糖是脱氧核糖,A错误;DNA分子中,脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架,B正确;腺嘌呤通过氢键与胸腺嘧啶进行互补配对,C错误;DNA分子的两条链的空间结构都是螺旋结构,D错误。
4.组成DNA和RNA的核苷酸、戊糖和碱基共有( B )
A.8、8、8种
B.8、2、5种
C.2、2、4种
D.2、2、8种
【解析】组成DNA和RNA的核苷酸共有8种(4种脱氧核苷酸和4种核糖核苷酸),戊糖有2种(脱氧核糖和核糖),碱基有5种(A、G、C、T、U)。
5.某DNA分子的一条链中(A+G)/(T+C)=2,这种比例在其互补链和整个DNA分子中分别是( C )
A.都是2
B.1/2和2
C.1/2和1
D.2和1
【解析】在整个DNA分子中,A=T、C=G,因此,A+G=T+C。
由于在DNA分子的单链中,一条链中的A+G或T+C与互补链中的T+C或A+G相等,故一条链的(A+G)/(T+C)=2,其互补链的该比值就是1/2。
6.如图为某DNA分子(片段)的结构示意图,下列说法错误的是( A )
A.1和2结合在一起的结构是脱氧核苷
B.若3代表鸟嘌呤,则4代表胞嘧啶
C.1和2交替连接,构成了DNA的基本骨架
D.若3在该DNA中的比例为20%,则6在该DNA中的比例为30%
【解析】2与3是脱氧核糖和含氮碱基构成的脱氧核苷,A错误;鸟嘌呤与胞嘧啶通过氢键连接,若3代表鸟嘌呤,则4代表胞嘧啶,B正确;脱氧核糖与磷酸基团交替连接,构成DNA的基本骨架,C正确;若3在该DNA中的比例为20%,则6在该DNA中的比例为30%,D正确。
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