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成才之路2014高一生物(人教版)必修2课件:3-2DNA分子的结构


第三章
基因的本质

第三章
第2节 DNA分子的结构

学习目标定位

课堂合作探究

教材问题释疑

课堂巩固练习

课前预习导学

课后强化作业

本节主攻要点

1.

DNA分子的双螺旋结构: ①两条链反向平行; ②脱氧核糖和磷酸交替连接,排列于外侧,构成基本骨 架; ③碱基通过氢键连接成碱基对,排列在内侧。 2.双链DNA分子中,嘌呤碱基数=嘧啶碱基数,即A +G=T+C。 3.互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个 DNA分子中都相等。

4.在DNA分子中,含G—C碱基对越多的DNA分子相对 越稳定。 5.非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数, 而在整个DNA分子中比值为1。

学习目标定位

学习目标:1.了解DNA双螺旋结构模型的构建历程。 2.理解DNA分子双螺旋结构的主要特点。 3.明确DNA分子的多样性和特异性。 重点与难点:(1)DNA分子结构的主要特点;(2)制作 DNA分子双螺旋结构模型。

情境导入:DNA是绝大多数生物的遗传物质,现代社会 中,DNA指纹是亲子鉴定、确认罪犯的重要依据。DNA分子 之所以具有这样的作用,与DNA分子的结构有关。DNA分子 结构的发现是生物学发展的里程碑,它是沃森和克里克两位 科学家默契配合、合作研究的成果。

问题探究:你知道DNA分子的结构是怎样的吗? 提示:DNA的结构是一种规则的双螺旋结构。

教材问题释疑

(一)问题探讨 提示:本节的问题探讨主要是培养学生收集资料,讨论 交流的能力。 (二)思考与讨论 1.提示:主要涉及物理学(主要是晶体学)、生物化学、 数学和分子生物学等学科的知识。涉及的方法主要有:X射 线衍射结构分析方法,其中包括数学计算法、建构模型的方

法等。现代科学技术中许多成果的取得,都是多学科交叉运 用的结果;反过来,多学科交叉的运用,又会促进学科的发 展,诞生新的边缘学科,如生物化学、生物物理学等。

2.提示:要善于利用他人的研究成果和经验;要善于 与他人交流和沟通,闪光的思想是在交流与撞击中获得的; 研究小组成员在知识背景上最好是互补的,对所从事的研究 要有兴趣和激情等。

(三)模型建构 1.DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸,但是碱基对的排列 顺序却是千变万化的。碱基对千变万化的排列顺序使DNA储 存了大量的遗传信息。 2.提示:(1)靠DNA分子碱基对之间的氢键维系两条链 的偶联;(2)在DNA双螺旋结构中,由于碱基对平面之间相互 靠近,形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力(该点可不 作为对学生的要求)。

课前预习导学

自 主 预 习

一、脱氧核苷酸的分子组成 1.模型名称:________模型。 2.构建者:美国生物学家________和英国物理学家 ________。

3.构建依据 (1)DNA分子是以4种________为单位链接而成的,4种脱 氧核苷酸分别含有________四种碱基。 (2)威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱表明DNA 是________结构。 (3)查哥夫测定DNA的分子组成,发现腺嘌呤(A)的量是 等于________的量;________的量总是等于________的量。

二、DNA分子的结构 1.整体:由两条脱氧核苷酸链按________方式盘旋成 双螺旋结构。 2.由________和________交替连接,排列在外侧,构 成基本骨架,________排列在内侧。 3.碱基互补配对原则:A(腺嘌呤)一定与________配 对;G(鸟嘌呤)一定与________配对。

答案:一、 1.DNA双螺旋结构 4.(1)脱氧核苷酸 啶(T) 鸟嘌呤(G) 二、 1.反向平行 2.脱氧核糖 磷酸 碱基 C(胞嘧啶) 2.沃森 克里克 C G A T (2)螺旋 (3)胸腺嘧

胞嘧啶(C)

3.T(胸腺嘧啶)

互 动 探 究
1.在整个双链DNA分子中,嘌呤总数是否等于嘧啶总 数?在一条单链中上述关系还成立吗? 提示:是;否。

课堂合作探究

知识点1

DNA分子的结构

要 点 归 纳
1.DNA的结构单位:脱氧核苷酸(4种)

2.DNA的空间结构:规则的双螺旋结构 (1)DNA双链反向平行:一条走向是5′→3′,另一条走 向是3′→5′,有规则地盘绕成双螺旋。 (2)外侧磷酸与脱氧核糖交替排列,构成基本骨架,碱基 排列在内侧。 (3)碱基互补配对原则:腺嘌呤(A)通过两个氢键和与胸 腺嘧啶(T)配对,鸟嘌呤(C)通过三个氢键与胞嘧啶(C)配对。 所以G-C对丰富的DNA比A-T对丰富的DNA更为稳定。

归纳总结 DNA结构的“五、四、三、二、一”记忆 五种元素:C、H、O、N、P; 四种碱基:A、G、C、T,相应的有四种脱氧核苷酸; 三种物质:磷酸、脱氧核糖、含氮碱基; 两条长链:两条反向平行的脱氧核苷酸链; 一条螺旋:规则的双螺旋结构。

3.双链DNA分子中碱基数量关系 (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=1;A=T,C=G,A+G=C+T=A +C=G+T=总碱基数的1/2; (3)互补碱基之和的比例[(A+T):(C+G)]在已知链、互 补链和整个DNA分子中相等;非互补碱基和的比值[如(A+ C):(T+C)]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,某碱基占碱基总量的百分数 等于每条链中的平均值。

DNA分子中,A与T之间有两个氢键,C与G之间有三个氢 键,因此C—G对相对含量多的DNA分子热稳定性高。

典 例 导 析

不同生物含有的核酸种类不同。真核生物和原 核生物同时含有DNA和RNA,病毒体内只含有DNA或 RNA。下列关于各种生物体内碱基、核苷酸种类的描述中正 确的是( )

选项

A

B 人 5种 8种

C

D

生物种类 大肠杆菌 碱基 核苷酸 5种 5种

洋葱 SARS病毒 4种 8种 8种 8种

[解析] 组成DNA的碱基有A、G、C、T,组成RNA的 碱基有A、G、C、U,所以核酸中共有5种碱基。核苷酸是组 成DNA和RNA的单体,DNA的单体是4种脱氧核苷酸(碱基: A、G、C、T),RNA的单体是4种核糖核苷酸(碱基:A、 C、G、U);由于DNA和RNA含有不同的五碳糖,因而同时 含DNA、RNA的生物,碱基虽然只有5种,核苷酸却有8种。
[答案] B

下列有关DNA的叙述中,不正确的是(

)

A.同一生物个体各种体细胞核中的DNA具有相同的碱 基组成 B.双链DNA分子的碱基含量是A+G=C+T或A+C= G+T C.细胞缺水和营养不足将影响DNA的碱基组成 D.DNA主要存在于细胞核中

[答案]
[解析]

C
DNA是生物的遗传物质,组成一个生物体的各

种体细胞都共同来源于一个受精卵细胞,故同一生物不同的 细胞,其细胞核中的DNA分子的碱基排列顺序都相同。双链 DNA分子中,由于A=T、G=C,故A+G=C+T或A+C= G+T。由于细胞质中的线粒体和叶绿体内仍含有少量的 DNA,故关于DNA存在部位的描述应为:DNA绝大部分存在 于细胞核内,少量存在于细胞质中。本题考查双链DNA的特 征及DNA存在的部位。

知识点2

制作DNA双螺旋结构模型

要 点 归 纳
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.设计模型:绘出DNA模型的设计图;确定制作的 DNA分子双螺旋结构模型的大小(如高度与直径的比例)、维 系立体结构的方法;选择代表磷酸、脱氧核糖、碱基的材料 等。

3.制作模型 (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分子双螺结构模型进行 检查,对模型的不足加以修正。

需要注意的问题 (1)熟悉制作模型用的各种零件代表的物质,写出4种碱基 的字母名称。 (2)两条链的长度、碱基总数一致,碱基互补、方向相反。 (3)磷酸、脱氧核糖、碱基三者之间的连接部位要正确。 (4)制作中各零件连接应牢固,避免旋转中脱落。 (5)各组模型制作以不同数量和顺序的A-T、C-G、T- A、G-C四种碱基对排列,领悟DNA分子的多样性。

典 例 导 析
在制作DNA双螺旋模型时,各“部件”之间需 要连接。下列结构连接中错误的是( )

[解析]

DNA双螺旋的基本骨架应是由交替排列的磷酸

和五碳糖构成。

[答案] B

在DNA分子的一条单链中,相邻的碱基A与T是通过下 列哪种结构连接起来的( 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] 同一条脱氧核苷酸链中的相邻碱基A与T通过 “—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接,如下图所示。

思维拓展升华

思维拓展

关于碱基互补配对规律的有关计算问题

碱基比率数量计算,是本节教材的难点之一,解决此类 问题可根据以下几条规律: 规律一:DNA双链中的两条互补链的碱基相等,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% A+G A+C T+C = = =1 T+C T+G A+G

A+G 规律二:在DNA双链中的一条单链的 的值与另一 T+ C A+G 条互补链的 的值互为倒数关系。 T+ C A+T 规律三:DNA双链中,一条单链的 值与另一条互 G+C A+T A+T 补链的 值是相等的,也与整个DNA分子中的 的值 G+C G+C 相等。

规律四:在双链DNA及其转录的RNA之间,有下列关 系: ①在碱基数量上,在RNA和DNA的单链内,互补碱基的 和相等,且等于双链DNA的一半。即a链上的(A+T)=b链上 1 的(A+T)=RNA分子中(A+U)= DNA双链中的(A+T),a 2 1 链上的(G+C)=b链上的(G+C)=RNA分子中的(G+C)= 2 DNA双链中的(G+C)。

②互补碱基的和占各自碱基总数的比例在有意义链、互 补链中和DNA分子双链中是相等的,且等于RNA中与之配对 碱基的和所占RNA中碱基总数的比例,即a链中(A+T)占a链 总数的百分比=b链中(A+T)占b链总数的百分比=RNA中 (A+U)占RNA总数的百分比=DNA双链中(A+T)占双链中 碱基总数的百分比,简式为(C+G)a=(G+C)b=(G+ C)RNA=(G+C)DNA,如mRNA中,A占15%,U占17%, 则在DNA分子的每一条单链中及在整个DNA分子中(A+T) 都占碱基总数的32%;在mRNA中,在DNA分子的每一条单 链中,及在DNA分子中(G+C)都占碱基总数的68%。

方法技巧提升

[例]

2010年4月14日,我国青海玉树发生的大地震造成

大量人员死亡,事后的尸体辨认可以借助于DNA杂交技术。 该方法是从尸体和死者生前的生活用品中分别提取DNA,在 一定温度下水浴共热,使DNA氢键断裂,双链打开。若两份 DNA样本来自同一个体,在温度降低时,两份样本的DNA单 链通过氢键连接在一起;若不是来自同一个体,则两份样本 中的DNA单链在一定程度上不能互补。借助该技术就可以对 面目全非的尸体进行辨认。

下表所示为分别从尸体和死者生前的生活用品中提取的 三条相同染色体、同一区段DNA单链的碱基序列: A组 尸体中的DNA ACTGAC 碱基序列 家属提供的 DNA碱基序列 GGTT TGACTG CCAA B组 C组

GGCTTA GCAATCGT TCGA GC

CCGAAT CGTTAGCA AGCA CG

(1)根据碱基配对情况判断,A、B、C三组DNA中不是 同一人的是_______________________________________。 (2)为什么从尸体细胞与死者家属提供的死者生前生活用 品中分别提取的DNA可以完全互补配对?__________。 (3)DNA杂交技术同样可以用于两物种亲缘关系的判断, 若两个物种的DNA样本经处理后形成的杂合DNA区段越少, 则两物种的亲缘关系________,杂合DNA区段越多,则两物 种的亲缘关系________。

[解析] 本题属于材料信息题。同一个体的尸体细胞和 死者生活用品中的样本DNA碱基序列能互补配对,因为来自 同一个受精卵有丝分裂形成的体细胞核中具有相同的遗传物 质,而不是个体中的DNA碱基序列不相同。把不同来源的 DNA分别加热到一定温度时,DNA会变性解旋成单链,再把 两种不同来源的DNA单链放到一起,

互补的DNA单链就会重新形成双螺旋结构,我们把它叫杂合 双链,这是两个DNA分子具有相同碱基对排列顺序的部分; 而不互补的则仍为游离的单链,即具有不同的碱基对排列顺 序的部分。一般来说,杂合双链区越多,DNA碱基对顺序相 同的越多,两物种的亲缘关系越近,反之则亲缘关系越远。
[答案] (1)B组 (2)人体所有体细胞均由一个受精卵经有 (3)越远 越

丝分裂产生,细胞核中均含有相同的遗传物质 近

课堂知识构建

DNA的结构 ?DNA分子双螺旋结构模型的构建。 ? ?化学组成:基本组成单位——脱氧核苷酸?四种?。 ? ? ?两条反向平行的脱氧核苷酸长链螺旋 ? ? ?盘绕成双螺旋结构。 ? ?空间?脱氧核糖和磷酸交替连接,排列于外侧, ? ? ?结构?构成基本骨架。 ? ?两条链上的碱基通过氢键形成碱基对, ? ? ?A和T、G和C配对形成碱基对。 ? ? ?结构特点:稳定性、多样性、特异性。 ? ?制作DNA双螺旋结构模型。

课堂巩固练习
?课堂巩固练习仅在教师书中体现, 学生书中没有,仅供教师备用。?

1.鱼体内的遗传物质彻底水解后可得到( A.1种五碳糖 C.5种含氮碱基
[答案] A
[解析]

)

B.4种脱氧核苷酸 D.8种核苷酸

鱼体内的遗传物质是DNA,将DNA彻底水解后

可得到1种五碳糖、4种含氮碱基和一种磷酸分子。

2.组成DNA和RNA的核苷酸、五碳糖和碱基各共有 ( ) A.8、8、8种 C.2、2、4种
[答案] B
[解析] 组成DNA和RNA的核苷酸有8种,2种五碳糖和5 种碱基。

B.8、2、5种 D.2、2、8种

3.人体中,由A、T、G ( ) A.2种 C.5种
[答案] C

3种碱基构成的核苷酸共有

B.4种 D.8种

[解析] 人体中由A、T、G 3种碱基构成的核苷酸共有5 种。

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