高中生物 第4章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第2節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制 第1課時(shí) DNA分子的結(jié)構(gòu)學(xué)案 蘇教版必修2

1、第1課時(shí)dna分子的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識概覽(教師用書獨(dú)具)1概述dna分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。(重點(diǎn))2設(shè)計(jì)并制作dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。3dna分子中堿基的計(jì)算。(難點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知一、dna分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1對dna分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識過程(1)20世紀(jì)30年代后期，瑞典科學(xué)家們證明了dna是不對稱的。(2)1951年奧地利生物化學(xué)家查哥夫在定量分析dna分子的堿基組成后，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤(a)的量總是等于胸腺嘧啶(t)的量，鳥嘌呤(g)的量總是等于胞嘧啶(c)的量。(3)1952年英國化學(xué)家富蘭克琳采用x射線衍射技術(shù)拍攝到dna分子結(jié)構(gòu)的照片，確認(rèn)dna分子為螺旋結(jié)構(gòu)，而

2、不是由一條鏈構(gòu)成。(4)1953年美國科學(xué)家沃森和英國科學(xué)家克里克提出dna分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。2dna分子的結(jié)構(gòu)(1)dna分子的結(jié)構(gòu)層次基本組成元素：c、h、o、n、p基本組成化合物：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基基本組成單位：脫氧核苷酸(4種)，如圖(2)dna分子的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn).結(jié)構(gòu).特點(diǎn)通過圖示可知dna分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：a立體結(jié)構(gòu)：dna分子是由和(填序號)組成的，它們按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。b內(nèi)部結(jié)構(gòu)：dna分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在雙螺旋的外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；和堿基排列在內(nèi)側(cè)。c堿基配對：兩條鏈上的堿基通過和氫鍵連接成堿基對，并且遵循at、gc配對的規(guī)律，稱為堿基

3、互補(bǔ)配對原則。.特性a多樣性：堿基對的排列順序千變?nèi)f化。b特異性：是由dna分子中特定的堿基對排列順序決定的。二、設(shè)計(jì)制作dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型及dna分子的相關(guān)計(jì)算1制作原理：dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^制作dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，加深對dna分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的理解和認(rèn)識。3材料用具：曲別針、泡沫塑料、紙板、牙簽、橡皮泥等。4設(shè)計(jì)模型：繪出dna模型的設(shè)計(jì)圖；確定制作的dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的大小(如高度與直徑的比例)、維系立體構(gòu)型的方式；代表磷酸、脫氧核糖、堿基的材料等。5制作模型選材：選擇能代表磷酸、4種堿基和脫氧核糖的材料等制作：若干個(gè)磷酸、脫氧核糖、堿基整合：若

4、干個(gè)脫氧核苷酸連接：形成脫氧核苷酸鏈構(gòu)成平面：兩條反向平行的單鏈旋轉(zhuǎn)：dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)6dna分子的相關(guān)計(jì)算原理：堿基互補(bǔ)配對原則，即雙鏈dna分子中at、gc?；A(chǔ)自測1判斷對錯(1)dna徹底水解產(chǎn)物是四種脫氧核苷酸。()(2)dna分子一條鏈上相鄰的兩個(gè)堿基通過氫鍵相連。()(3)dna分子中g(shù)、c堿基的比例越高，分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越高。()(4)dna分子中的嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。()(5)雙鏈dna分子中(ag)/(tc)存在特異性。()提示：(1)×dna初步水解產(chǎn)物是四種脫氧核苷酸，徹底水解產(chǎn)物是含氮的堿基、磷酸和脫氧核糖。(2)×dna分子的兩條鏈

5、堿基之間通過氫鍵相連，一條鏈上的兩個(gè)堿基則通過脫氧核糖、磷酸和脫氧核糖相連。(3)(4)(5)×雙鏈dna分子中(ag)/(tc)1，不存在特異性。2某同學(xué)制作一dna片段模型，現(xiàn)準(zhǔn)備了10個(gè)堿基t塑料片，8個(gè)堿基a塑料片，30組脫氧核糖和磷酸的塑料片，那么還需準(zhǔn)備堿基c塑料片數(shù)目是()a14 b8 c7 d16c因?yàn)?0組脫氧核糖和磷酸塑料片可制成含15個(gè)堿基對的dna分子模型，而該同學(xué)已準(zhǔn)備了10個(gè)堿基t塑料片，8個(gè)堿基a塑料片，這樣僅能構(gòu)成8個(gè)at堿基對，剩下的7個(gè)堿基對若全為gc堿基對，則還需要準(zhǔn)備g、c堿基塑料片各7片。3分析某生物的雙鏈dna分子，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤與胸腺嘧啶之和

6、占全部堿基的64%，其中一條鏈上的腺嘌呤占該鏈全部堿基的30%，則另一條鏈中腺嘌呤占整個(gè)dna分子堿基總數(shù)的比例是() 【導(dǎo)學(xué)號：01632126】a17% b32% c34% d50%a假設(shè)dna中共有2n個(gè)堿基，根據(jù)題干可知：(at)%64%，即(at)/2n0.64，則(a1a2t1t2)/2n0.64，可推出(a1t1)/n0.64。題干還告訴我們：a1/n0.30，則可知t1/n0.34，而t1a2，所以a2/n0.34(即另一條鏈中的a占該條鏈堿基總數(shù)的34%)，則a2/2n0.17，即另一條鏈中的a占整個(gè)dna分子堿基總數(shù)的17%。合 作 探 究·攻 重 難dna分子結(jié)

7、構(gòu)的認(rèn)識過程及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)背景材料坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的dna雕塑，以簡潔而獨(dú)特的雙螺旋造型吸引著過往的行人，但很少有人注意到它的旋轉(zhuǎn)是順時(shí)針方向還是逆時(shí)針方向。思考交流1dna分子是怎樣構(gòu)成的？提示：dna分子是由脫氧核苷酸連接成單鏈，單鏈之間通過氫鍵連接起來，形成雙螺旋的空間結(jié)構(gòu)。2dna分子的基本單位是什么？提示：脫氧核苷酸。3dna是怎樣攜帶遺傳信息的？提示：通過堿基對的排列順序攜帶遺傳信息。4近年來，許多人嘗試著用dna作防偽標(biāo)記，其原理是什么？提示：dna分子具有特異性。1dna分子的結(jié)構(gòu)(1)平面結(jié)構(gòu)。由多個(gè)脫氧核苷酸分子聚合形成脫氧核苷酸長鏈。配對的堿基，a與t之間形成2個(gè)氫

8、鍵，g與c之間形成3個(gè)氫鍵，cg堿基對在dna中所占的比例越大，dna分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。在同一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰2個(gè)堿基之間通過脫氧核糖磷酸脫氧核糖間接相連。(2)dna分子的空間結(jié)構(gòu)。dna分子是由兩條脫氧核苷酸長鏈，按反向平行(指一條鏈的起點(diǎn)為磷酸，另一條鏈的起點(diǎn)為脫氧核糖)方式盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。基本骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接而成。中間的堿基嚴(yán)格按堿基互補(bǔ)配對原則(a與t配對，g與c配對)形成堿基對。dna分子中，脫氧核苷酸數(shù)脫氧核糖數(shù)磷酸數(shù)含氮堿基數(shù)1111。2dna分子的結(jié)構(gòu)特性(1)穩(wěn)定性：脫氧核糖與磷酸交替排列的順序穩(wěn)定不變，兩條鏈間堿基互補(bǔ)配對的方式不變。(2)多樣性：堿基對

9、的排列順序多種多樣。(3)特異性：每個(gè)dna都有特定的堿基對排列順序。好記巧學(xué)：dna結(jié)構(gòu)的“五四三二一”五種元素：c、h、o、n、p。四種堿基：a、g、c、t，相應(yīng)的有四種脫氧核苷酸。三種物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基。兩條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈。一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。典例通關(guān)如圖是dna分子的部分平面結(jié)構(gòu)示意圖，下列有關(guān)敘述不正確的是()a圖中4的名稱是腺嘌呤脫氧核苷酸b構(gòu)成dna的核苷酸種類的不同與2有關(guān)cn元素存在于圖中的堿基中d從主鏈上看，兩條脫氧核苷酸鏈反向平行技巧點(diǎn)撥明確、的名稱，脫氧核苷酸的組成及其與脫氧核苷酸鏈和dna之間的關(guān)系是解題關(guān)鍵。b構(gòu)成dna的核苷酸

10、是脫氧核苷酸，脫氧核苷酸種類的不同與堿基有關(guān)，與脫氧核糖和磷酸無關(guān)，圖中2為脫氧核糖，3為堿基。(1)組成dna分子基本骨架的元素有哪些？提示：c、h、o、p。(2)若圖示dna片段徹底水解可以形成幾種小分子物質(zhì)？提示：6種?；顚W(xué)活用1如圖表示某同學(xué)制作的dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的一個(gè)片段。其中存在的錯誤有()a3處b5處c7處 d8處c圖中的核糖應(yīng)改為脫氧核糖；dna中不存在尿嘧啶；胞嘧啶與鳥嘌呤之間有3個(gè)氫鍵；腺嘌呤與胸腺嘧啶之間有2個(gè)氫鍵。2如圖為某核苷酸長鏈片段的示意圖，下列關(guān)于該長鏈的相關(guān)敘述中，錯誤的是()a2和3構(gòu)成腺苷b嘌呤數(shù)目等于嘧啶數(shù)目c4為胞嘧啶脫氧核苷酸d磷酸基團(tuán)的數(shù)目

11、等于脫氧核糖的數(shù)目b圖示核苷酸長鏈為單鏈，嘌呤數(shù)不一定等于嘧啶數(shù)。1下面關(guān)于dna分子結(jié)構(gòu)的敘述中，錯誤的是()a每個(gè)雙鏈dna分子中嘌呤數(shù)嘧啶數(shù)b每個(gè)堿基分子上均直接連接著一個(gè)磷酸和一個(gè)脫氧核糖c每個(gè)dna分子中堿基數(shù)磷酸數(shù)脫氧核糖數(shù)d雙鏈dna分子中的一段含有40個(gè)胞嘧啶，就一定會同時(shí)含有40個(gè)鳥嘌呤bdna分子是雙螺旋結(jié)構(gòu)，堿基間遵循堿基互補(bǔ)配對原則，即at、gc，所以agtc，即嘌呤數(shù)嘧啶數(shù)。dna分子的基本組成單位是脫氧核苷酸，每個(gè)脫氧核苷酸由1分子磷酸、1分子脫氧核糖和1分子堿基組成。脫氧核苷酸分子的連接方式為，堿基是通過五碳糖與磷酸相連的。2下列表示某同學(xué)制作的脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)模型

12、，正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：01632127】d每1個(gè)脫氧核苷酸是由1個(gè)脫氧核糖、1個(gè)磷酸基團(tuán)和1個(gè)堿基構(gòu)成，堿基可能是a或c或g或t，不可能是u，a項(xiàng)錯誤；脫氧核糖是五碳糖，其中1號碳上連著堿基，5號碳上連著磷酸基團(tuán)，b項(xiàng)、c項(xiàng)錯誤，d項(xiàng)正確。題后反思：dna分子中兩條鏈反向平行，每條鏈有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)；一條鏈上的相鄰堿基由脫氧核糖磷酸脫氧核糖連接；兩條鏈之間的堿基由氫鍵連接形成堿基對，at之間有2條氫鍵，gc之間有3條氫鍵；相同長度的dna分子，gc堿基對越多，氫鍵越多，dna分子越穩(wěn)定。dna分子的相關(guān)計(jì)算背景材料下圖是dna分子的平面結(jié)構(gòu)。思考交流1雙鏈dna分子中，磷酸、脫氧核糖和

13、堿基之間的數(shù)量關(guān)系如何？提示：磷酸數(shù)脫氧核糖數(shù)堿基數(shù)。2四種堿基(a、t、c、g)之間有何關(guān)系？提示：at，gc。3某雙鏈dna分子中a有n個(gè)，c有m個(gè)，該dna分子中共有多少個(gè)氫鍵？提示：2n3m。4不同的雙鏈dna分子中或的值有什么規(guī)律？提示：等于1，因?yàn)殡p鏈dna分子中a與t相等，g與c相等。dna分子結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示，堿基互補(bǔ)配對原則：a配t，g配c。1以dna雙鏈為研究對象時(shí)堿基數(shù)量的關(guān)系(1)a、t、g、c的關(guān)系：at，gc。(2)非互補(bǔ)堿基和之比：(ag)/(tc)(ac)/(tg)1。結(jié)論：dna分子中非互補(bǔ)堿基之和總相等。(3)互補(bǔ)堿基和之比：(at)/(gc)不是定值。2

14、以dna單鏈為研究對象時(shí)堿基數(shù)量的關(guān)系(如上圖)(1)a1t2，g1c2，c1g2，t1a2。(2)若1鏈中(a1g1)/(t1c1)m，則2鏈中(a2g2)/(t2c2)1/m。結(jié)論：兩鏈間非互補(bǔ)堿基和之比互為倒數(shù)。3dna雙鏈和單鏈中堿基數(shù)量的聯(lián)系(如上圖)(1)若在雙鏈中(at)/(gc)n，則在1鏈中(a1t1)/(g1c1)n,2鏈中(a2t2)/(g2c2)n。結(jié)論：在同一dna分子中，雙鏈和單鏈中互補(bǔ)堿基和之比相等。(2)若1鏈中a1占的比例為x1,2鏈中a2占的比例為x2，則整個(gè)dna分子中a占的比例為(x1x2)/2。結(jié)論：某堿基占雙鏈dna分子堿基總數(shù)的百分比等于相應(yīng)堿基占

15、相應(yīng)單鏈比值和的一半。特別提醒：堿基配對原則應(yīng)用注意問題(1)大部分dna是雙鏈，但也有dna是單鏈的，單鏈dna分子中不存在at，cg的關(guān)系。(2)dna分子中堿基配對只能是a和t、c和g之間。(3)計(jì)算堿基含量時(shí)，應(yīng)注意題干中提供的是堿基對還是堿基數(shù)目，所求的堿基比例，是占整個(gè)dna分子的比例還是占其中一條鏈的比例。典例通關(guān)某雙鏈dna分子含有400個(gè)堿基，其中一條鏈上atgc1234，下列表述錯誤的是()a該dna分子的另一條鏈上atgc2143b該dna分子共有腺嘌呤60個(gè)c該dna分子共有鳥嘌呤140個(gè)d其中一條鏈中(at)/(gc)3/7，另一條鏈中(at)/(gc)7/3技巧點(diǎn)撥

16、根據(jù)雙鏈dna分子堿基互補(bǔ)配對原則，畫示意簡圖進(jìn)行作答。d根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，at60，gc140；dna分子的兩條單鏈中(at)/(gc)都等于。(1)整個(gè)dna分子中atgc的比值是多少？提示：3377。(2)一條鏈中(ag)/(tc)2/3，則另一條鏈中的比值是多少？整個(gè)dna分子中呢？提示：另一條鏈中的比值為3/2，整個(gè)dna分子中比值為1。活學(xué)活用1已知1個(gè)dna分子中有4 000個(gè)堿基對，其中胞嘧啶有2 200個(gè)，這個(gè)dna分子中應(yīng)含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是()a4 000個(gè)和900個(gè)b4 000個(gè)和1 800個(gè)c8 000個(gè)和1 800個(gè)d8 000個(gè)和3 60

17、0個(gè)c每個(gè)脫氧核苷酸含有一個(gè)堿基，因?yàn)楹? 000個(gè)堿基對，所以含有8 000個(gè)脫氧核苷酸。因?yàn)榘奏ず网B嘌呤的堿基對數(shù)目是2 200，所以腺嘌呤和胸腺嘧啶的堿基對數(shù)目是1 800，又因腺嘌呤和胸腺嘧啶數(shù)目相等，所以腺嘌呤的數(shù)目是1 800個(gè)。2某dna分子中at占整個(gè)dna分子堿基總數(shù)的44%，其中一條鏈(a)上的g占該鏈堿基總數(shù)的21%，那么，對應(yīng)的另一條互補(bǔ)鏈(b)上的g占該鏈堿基總數(shù)的比例是() 【導(dǎo)學(xué)號：01632128】a35% b29%c28% d21%a整個(gè)dna中的at占整個(gè)dna分子堿基總數(shù)的44%，則gc占整個(gè)dna分子堿基總數(shù)的56%，又因?yàn)槠渲幸粭l鏈(a)上的g占該

18、鏈堿基總數(shù)的21%，所以與g對應(yīng)的互補(bǔ)鏈(b)上的c占b鏈堿基總數(shù)的21%，則g(a鏈上)c(b鏈上)占dna分子堿基總數(shù)的21%。因?yàn)榭偟膅c占整個(gè)dna分子堿基總數(shù)的56%，所以g(b鏈上)c(a鏈上)占整個(gè)dna分子堿基總數(shù)的35%，推得g占b鏈堿基總數(shù)的35%，所以答案選a。誤區(qū)警示：進(jìn)行堿基計(jì)算時(shí)要注意以下幾點(diǎn)(1)單位是“對”還是“個(gè)”，這方面往往帶來數(shù)據(jù)成倍的錯誤。(2)注意提供的數(shù)據(jù)是dna雙鏈還是dna的一條單鏈。(3)解題時(shí)最好畫一下簡圖，比較直觀，減少因?yàn)樗悸凡磺逦鸬腻e誤。當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1下列關(guān)于dna分子結(jié)構(gòu)的敘述正確的是()adna分子中每個(gè)

19、磷酸都與兩個(gè)脫氧核糖相連bdna分子中每個(gè)脫氧核糖都與兩個(gè)磷酸相連cdna分子中a一定等于t，g一定等于cd在雙鏈dna分子中，嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)d由dna分子的平面結(jié)構(gòu)圖可知，每條鏈兩端的磷酸(或脫氧核糖)只與一個(gè)脫氧核糖(或磷酸)相連接。dna分子包括單鏈和雙鏈，其中雙鏈dna分子中，at，gc。2下列制作的dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型圖中，連接正確的是()bdna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)是由脫氧核糖和磷酸通過磷酸二酯鍵交替連接而成的長鏈，構(gòu)成dna分子的基本骨架；堿基對位于雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，通過氫鍵相連。3在含有4種堿基的dna片段中，有腺嘌呤a個(gè)，占該片段全部堿基的比例為b，則() 【導(dǎo)學(xué)號：01

20、632129】ab0.5bb0.5c胞嘧啶為a(1)個(gè) d胞嘧啶為b(1)個(gè)c由題意可知，該dna分子含有4種堿基，腺嘌呤為a個(gè)，且占該片段全部堿基的比例為b。設(shè)胞嘧啶為x個(gè)，鳥嘌呤也為x個(gè)，則b，b0.5，但b0.5，故a、b兩項(xiàng)錯誤；根據(jù)上述關(guān)系式，可知胞嘧啶的數(shù)量：xa(1)，故c項(xiàng)正確、d項(xiàng)錯誤。4雙鏈dna分子的一條鏈中，(ag)/(tc)0.4，則該比值在整個(gè)dna及其互補(bǔ)鏈中分別是()a1和0.4 b1和0.6c1和2.5 d0.4和0.4c整個(gè)dna分子中agtc。雙鏈dna分子的一條鏈中的a與互補(bǔ)鏈中的t相等，一條鏈中的g與互補(bǔ)鏈中的c相等。5在dna分子的一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰的堿基a與t之間的連接結(jié)構(gòu)是()a氫鍵b磷酸脫氧核糖磷酸c肽鍵d脫氧核糖磷酸脫氧核糖d審題時(shí)應(yīng)扣住“一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰的堿基a與t之間的連接