目 標 素 養(yǎng)1.通過分析科學家探索DNA結(jié)構(gòu)的歷程,概述DNA結(jié)構(gòu)的主要特點,領(lǐng)悟模型建構(gòu)在研究中的應用,認同科學結(jié)論的獲得離不開嚴謹?shù)耐评砗痛_鑿的實驗證據(jù),科學探究是一個不斷深化的過程,技術(shù)進步、交流合作、多學科交叉滲透等,對于科學發(fā)展都具有重要的作用。2.基于對DNA結(jié)構(gòu)特點的理解,依據(jù)堿基互補配對原則分析并學會DNA結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算。
3.通過制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,加深對DNA結(jié)構(gòu)特點的認識和理解,培養(yǎng)觀察能力、動手能力及空間想象能力等,形成結(jié)構(gòu)與功能觀。
一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1.模型構(gòu)建者是美國生物學家沃森和英國物理學家克里克。
3.意義:DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示是劃時代的偉大發(fā)現(xiàn),在生物學的發(fā)展中具有里程碑式的意義。
微判斷1基于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程,判斷下列表述是否正確。(1)沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)是DNA的X射線衍射圖譜。(　　)(2)DNA的X射線衍射實驗證明了DNA是遺傳物質(zhì)。(　　)(3)威爾金斯和富蘭克林通過對DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)進行分析,得出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)。(　　)
(4)沃森和克里克構(gòu)建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中,脫氧核糖—磷酸骨架排列在螺旋外部,堿基排列在螺旋內(nèi)部。(　　)(5)沃森和克里克研究DNA分子的結(jié)構(gòu)時,運用了構(gòu)建物理模型的方法。(　　)
二、DNA的結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)示意圖
微思考若DNA分子中一條鏈的序列是5'-ACTGGT-3',那么它的互補鏈的序列是什么?提示:3'-TGACCA-5'。
微判斷2基于DNA分子的結(jié)構(gòu)特點,判斷下列表述是否正確。(1)DNA分子由四種脫氧核苷酸組成,這四種脫氧核苷酸含有的堿基是A、U、C、G。(　　)(2)DNA分子由兩條方向相同的脫氧核苷酸鏈盤旋而成。(　　)(3)DNA分子中的堿基一定存在如下數(shù)量關(guān)系:C=T,A=G。(　　)(4)DNA單鏈中的A與T的數(shù)量一定相等。(　　)
三、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1.目的要求:通過制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,加深對DNA結(jié)構(gòu)特點的認識和理解。
一 DNA的結(jié)構(gòu)問題探究20世紀30年代,人們已經(jīng)認識到DNA是由脫氧核苷酸連接而成的長鏈;組成DNA分子的脫氧核苷酸有4種,每1種含有1個特定的堿基。思考回答下列問題。
1.每個脫氧核苷酸是由哪些小分子組成的?組成DNA的堿基有哪幾種?嘗試構(gòu)建脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)模型。提示:每個脫氧核苷酸由脫氧核糖、磷酸和堿基組成。組成DNA的堿基有腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)。脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)模型如下:
2.脫氧核苷酸長鏈是如何構(gòu)成具有雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA分子的?配對有什么規(guī)律?提示:兩條脫氧核苷酸長鏈反向平行,通過堿基對連接在一起。A與T配對,G與C配對。3.在雙鏈DNA分子中,脫氧核苷酸和堿基的比值是多少?1條單鏈中的相鄰堿基是怎樣連接的?提示:1∶1;通過“脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖”相連接。
4.在雙鏈DNA分子中,有幾個游離的磷酸基團?1個磷酸與幾個脫氧核糖相連?1個脫氧核糖與幾個磷酸相連?2條鏈的堿基通過什么相連?提示:2個;1個或2個;1個或2個;氫鍵。
歸納總結(jié)1.DNA分子的結(jié)構(gòu)
2.DNA分子結(jié)構(gòu)的“五、四、三、二、一”
典例剖析【例1】 右圖為核苷酸鏈結(jié)構(gòu)圖。下列敘述錯誤的是(　　)A.能構(gòu)成一個完整核苷酸的是圖中的bB.圖中每個五碳糖都只有1個堿基與之直接相連C.各核苷酸之間是通過化學鍵③連接起來的D.若該鏈為脫氧核苷酸鏈,從堿基組成上看,缺少的堿基是T答案:A
解析:核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子堿基按一定的規(guī)律連接而成,圖中的a為1個完整核苷酸,A項錯誤。由題圖可知,每個五碳糖都只有1個堿基與之直接相連,B項正確。核苷酸之間通過磷酸二酯鍵,即圖中③相連形成核苷酸鏈,C項正確。脫氧核苷酸根據(jù)堿基不同分為腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸,因此若該鏈為脫氧核苷酸鏈,從堿基組成上看,缺少的堿基是胸腺嘧啶(T),D項正確。
學以致用1.下圖表示某DNA片段,下列有關(guān)該圖的敘述,正確的是(　　)A.①②③相間排列,構(gòu)成DNA分子的基本骨架B.④的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸C.⑨既容易斷裂又容易生成,所以DNA的穩(wěn)定性與之無關(guān)D.該DNA片段有2種堿基配對方式,4種脫氧核苷酸
解析:①磷酸、②脫氧核糖交替連接,排列在外側(cè),構(gòu)成DNA分子的基本骨架。②③與其下方的磷酸組成一個脫氧核苷酸。DNA的穩(wěn)定性與⑨氫鍵有關(guān),氫鍵越多,DNA分子越穩(wěn)定。該DNA片段有2種堿基配對方式(A與T配對、C與G配對),4種脫氧核苷酸(腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸)。
二 與DNA相關(guān)的計算問題探究結(jié)合DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的特點思考下列問題。
1.為什么DNA中嘌呤和嘧啶的數(shù)量相等?提示:在DNA中,A總是和T配對,G總是和C配對,所以A=T, G=C,A+G=T+C。2.為什么(A+T)或(G+C)在整個雙鏈上所占的比例與在每一條單鏈上所占的比例相等?提示:設(shè)在雙鏈DNA分子中的一條鏈上A1+T1=n%,因為A1=T2,T1=A2,所以另一條鏈上T2+A2=n%,在整個DNA分子中, A+T=n%。即在雙鏈DNA分子中,互補堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個雙鏈DNA分子中都相等。
3.如果一條單鏈中(A1+G1)/(T1+C1)=m,則其互補鏈中(A2+G2)/(T2+C2)的比值是多少?提示:雙鏈DNA分子的一條鏈中(A1+G1)/(T1+C1)=m,因為A與T配對,G與C配對,所以其互補鏈中(T2+C2)/(A2+G2)=m,即(A2+G2)/(T2+C2)=1/m。4.若某雙鏈DNA分子中具有n個堿基對,則該DNA分子可有多少種排列方式?提示:4n種。
歸納總結(jié)1.堿基互補配對原則(如下圖所示)
2.DNA分子中堿基數(shù)量的計算規(guī)律規(guī)律1:在雙鏈DNA分子中,互補堿基兩兩相等,A=T,C=G, A+G=C+T,即嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。規(guī)律2:在雙鏈DNA分子中,互補的兩堿基之和(如A+T或C+G)占全部堿基的比例等于其任何一條單鏈中這兩種堿基之和占該單鏈中全部堿基的比例。(單雙鏈轉(zhuǎn)化公式)規(guī)律3:DNA分子一條鏈中(A+G)/(C+T)的值等于互補鏈中該比值的倒數(shù),在整個DNA分子中該比值等于1。(不配對的堿基之和的比值在兩條單鏈中互為倒數(shù))
規(guī)律4:DNA分子一條鏈中(A+T)/(C+G)的值與其互補鏈和整個DNA分子中(A+T)/(C+G)的值相等。(配對的堿基之和的比值在兩條單鏈和雙鏈中都相等)規(guī)律5:不同生物的DNA分子中互補配對的堿基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。該比值體現(xiàn)了不同生物DNA分子的特異性。規(guī)律6:若A1/單鏈中的全部堿基=b,則A1/雙鏈中的全部堿基=b/2。
規(guī)律7:若已知A占雙鏈中全部堿基的比例=c,則A1占相應單鏈中全部堿基的比例無法確定,但最大值可求出,為2c,最小值為0。
觀察下面的堿基配對圖,結(jié)合DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點思考下列問題。
知識拓展 堿基比例與雙鏈DNA分子的共性及特異性 (1)共性:生物種類雖不同,但堿基比例相同。
典例剖析【例2】 某雙鏈DNA分子中含有200個堿基對,其中一條鏈上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4。下列有關(guān)該DNA分子的敘述,正確的是(　　)A.含有4個游離的磷酸基團B.含有腺嘌呤脫氧核苷酸30個C.4種堿基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7D.可能的堿基排列方式共有4200種答案:C
解析:每條單鏈各有1個游離的磷酸基團,所以雙鏈DNA分子應該有2個游離的磷酸基團。該DNA分子中含有200個堿基對,一條鏈上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,根據(jù)雙鏈中(A+T)所占的比例=單鏈中(A+T)所占的比例可知,雙鏈DNA分子中(A+T)占3/10,再根據(jù)A=T可知,A和T各占3/20,故腺嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)量為200×2×(3/20)=60(個)。雙鏈中A和T分別占3/20,則C和G分別占7/20,故A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7。在堿基比例不確定的情況下,可能的堿基排列方式共有4n種,n為堿基對數(shù),即共有4200種,而該DNA分子堿基比例已確定,故可能的堿基排列方式小于4200種。
學以致用2.某雙鏈DNA分子中(A+T)占整個DNA分子堿基總數(shù)的38%,其中一條鏈(a鏈)中的G占該鏈堿基總數(shù)的21%,那么,對應的另一條互補鏈(b鏈)中的G占該鏈堿基總數(shù)的比例是(　 )A.41%　　B.38%C.28%　D.21%答案:A解析:在整個DNA分子中(A+T)占38%,則(G+C)占62%。在a鏈中,(G+C)占62%,G占21%,所以C占41%。根據(jù)堿基互補配對原則可知,在b鏈中G占41%。
1.DNA分子具有雙螺旋結(jié)構(gòu)。下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.雙螺旋結(jié)構(gòu)由科學家沃森和克里克提出B.兩條鏈反向平行C.脫氧核糖和磷酸交替排列構(gòu)成基本骨架D.堿基間通過肽鍵構(gòu)成堿基對答案:D
解析:DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)由科學家沃森和克里克提出,A項正確。DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的,B項正確。DNA分子中,脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架,排列在外側(cè),堿基排列在內(nèi)側(cè),C項正確。堿基間通過氫鍵構(gòu)成堿基對,D項錯誤。
2.有1對由氫鍵連接的脫氧核苷酸,已知它的結(jié)構(gòu)中有1個腺嘌呤,則它的其他組成應是(　　)A.3個磷酸、3個脫氧核糖和1個胸腺嘧啶B.2個磷酸、2個脫氧核糖和1個胞嘧啶C.2個磷酸、2個脫氧核糖和1個胸腺嘧啶D.2個磷酸、2個脫氧核糖和1個尿嘧啶答案:C解析:根據(jù)堿基互補配對原則可知,另1個堿基為胸腺嘧啶(T)。除堿基外,2個脫氧核苷酸還含有2個磷酸和2個脫氧核糖。
3.某雙鏈DNA分子中有4 000個堿基對,其中胞嘧啶有2 200個,這個DNA中應含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是(　　)A.4 000個和900個　　B.4 000個和1 800個C.8 000個和1 800個D.8 000個和3 600個答案:C解析:某雙鏈DNA分子中有4 000個堿基對,所以含有8 000個脫氧核苷酸,每個脫氧核苷酸含有1個堿基。不互補的2種堿基之和占全部堿基數(shù)的50%,即A+C=4 000(個),又因C(胞嘧啶)有2 200個,故A(腺嘌呤)有1 800個。

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第2節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進化》

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