浙科版 必修2遗传信息编码在DNA分子上 教案.docx
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浙科版必修2遗传信息编码在DNA分子上教案
第二节
遗传信息编码在DNA分子上
考试内容
核心素养
1.双螺旋结构模型揭示了DNA分子的结构
1.科学思维——运用归纳与概括,分析DNA的结构组成,并建立DNA分子结构的基本模型,由此分析DNA分子结构中碱基的配对关系及比例关系。
2.科学探究——基于模型与建模的思维,制作DNA分子的双螺旋结构模型。
3.生命观念——通过对DNA分子结构与功能的分析,感悟生命的遗传与进化关系。
4.社会责任——利用自己所学知识,能够解释DNA分子的遗传特性在生产、生活中的应用。
2.碱基排列顺序编码了遗传信息
知识点
(一)
双螺旋结构模型揭示了DNA分子的结构
1.DNA分子的化学组成
(1)基本组成元素:
C、H、O、N、P。
(2)基本单位:
脱氧核苷酸。
(3)脱氧核苷酸的组成成分
2.DNA分子的结构特点
(1)两条脱氧核苷酸长链反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)脱氧核糖和磷酸基团交替连接形成主链的基本骨架,排列在主链的外侧;碱基位于主链的内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,例如:
遵循碱基互补配对原则
(4)DNA分子中A和T数目相等,G和C的数目相等,但A+T的量不一定等于G+C的量,这就是DNA中碱基含量的卡伽夫法则。
3.制作DNA双螺旋结构模型
(1)实验原理
①DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
②DNA分子中脱氧核糖和磷酸基团交替连接,排列在外侧,构成基本骨架。
③DNA分子两条链上的碱基按照碱基互补配对原则两两配对,并且以氢键连接。
(2)实验步骤
①用不同颜色的卡纸剪成长方形代表碱基,用其他颜色的卡纸剪成圆形代表磷酸,另一种颜色的卡纸剪成五边形代表脱氧核糖。
②使用订书机将磷酸、脱氧核糖、碱基连接,制作成一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。
③用订书机把一个个脱氧核苷酸模型连接起来,形成一条多核苷酸的长链;根据碱基互补配对原则,制作一条与这条链完全互补的脱氧核苷酸长链。
④将脱氧核苷酸中的磷酸固定在细铁丝上,然后把两条链平放在桌子上,用订书机把配对的碱基两两连接在一起。
⑤将两条链的末端分别与硬纸方块连接在一起,两手分别提起硬纸方块,轻轻旋转,即可得到一个DNA分子双螺旋结构模型。
1.判断题
(1)每个DNA分子都含有4种脱氧核苷酸。
(×)
(2)DNA分子中的脱氧核苷是含氮碱基与脱氧核糖结合形成的单位。
(√)
(3)相邻两个脱氧核苷酸之间的碱基通过磷酸直接相连。
(×)
(4)DNA分子中A+T的数量一定等于G+C的数量。
(×)
(5)DNA分子具有规则的双螺旋结构,决定了其结构的稳定性。
(√)
(6)DNA分子的一条链中,一个脱氧核糖连接一个磷酸基团。
(×)
(7)一个DNA分子中相邻的核苷酸之间总是通过氢键相连。
(×)
(8)卡伽夫法则中腺嘌呤与胸腺嘧啶通过2个氢键相连,鸟嘌呤与胞嘧啶通过3个氢键相连。
(×)
2.下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型(
表示脱氧核糖、
表示碱基、
表示磷酸基团),其中正确的是( )
解析:
选D 一个脱氧核苷酸由一个脱氧核糖、一个磷酸分子、一个含氮碱基构成,其中含氮碱基和磷酸分子均与脱氧核糖相连,DNA分子中不含有U,因此D项正确。
3.如图是某同学制作的脱氧核苷酸对模型,其中正确的是( )
解析:
选D DNA分子A、T之间两个氢键,G、C之间三个氢键,双链反向平行,D正确。
4.在DNA分子的一条单链中,相邻的碱基A和T是通过下列哪项连接起来的( )
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—
解析:
选B 双链DNA分子之间的碱基通过氢键连接,A错误;一条单链中相邻的碱基A与T是通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接的,B正确;肽键是氨基酸脱水缩合形成的,C错误;磷酸—脱氧核糖—磷酸交替连接构成DNA的基本骨架,D错误。
1.下图为DNA的分子结构模式图,据图回答以下问题:
(1)DNA基本结构
①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成,三者之间的数量关系为________。
②磷酸:
每个DNA片段中,游离的磷酸基团有________个。
(2)水解产物
DNA的初步水解产物是________________,彻底水解产物是____________________。
(3)脱氧核糖和磷酸的连接关系
一个脱氧核糖连接____________磷酸,一个磷酸连接____________脱氧核糖。
(4)DNA分子中的氢键
A与T之间有________个氢键,G与C之间有________个氢键。
答案:
(1)①1∶1∶1 ②2
(2)脱氧核糖核苷酸 磷酸、脱氧核糖和含氮碱基
(3)一个或两个 一个或两个
(4)2 3
2.下图为某同学在学习DNA的结构后制作的含有两个碱基对的DNA片段(“○”代表磷酸基团),下列为几位同学对此图的评价,其中哪位同学的说法值得肯定?
甲说:
“物质组成和结构上没有错误”
乙说:
“只有一处错误,就是U应改为T”
丙说:
“至少有三类错误,其中核糖应改为脱氧核糖”
丁说:
“如果说他画的是RNA双链则该图就是正确的”
提示:
DNA中含有的戊糖应为脱氧核糖,而不是核糖;不含碱基U,而是含碱基T;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。
若为RNA,则RNA一般为单链,既使呈现双链,其外侧也不会出现磷酸基团与磷酸基团之间直接相连的情况。
故丙同学的说法值得肯定。
DNA分子结构模型
(1)DNA分子双螺旋结构模型
(2)模型解读
④变与不变
DNA分子中,基本骨架固定不变,碱基对排列顺序千变万化
⑤嘧啶环与嘌呤环
嘌呤为双环结构,嘧啶为单环结构。
⑥碱基互补配对原则与卡伽夫法则比较
a.碱基互补配对原则:
A与T配对,G与C配对。
b.卡伽夫法则:
在DNA分子中,A和T的数目相等,G和C的数目相等,但A+T的量不一定等于G+C的量。
1.下列有关“制作DNA双螺旋结构模型”的说法,正确的是( )
A.用不同颜色和不同大小的物体来代表不同核苷酸分子上的脱氧核糖
B.改变磷酸和五碳糖之间的连接方式可以体现DNA分子的多样性
C.两组同学用相同数量和种类的脱氧核糖、磷酸、含氮碱基搭建出的DNA分子可能不同
D.表示鸟嘌呤和胞嘧啶的物体大小应该相同,颜色可以不同
解析:
选C 不同核苷酸分子上的脱氧核糖是相同的,可以用同一颜色、相同大小的物体来代表,A错误;改变碱基对的排列顺序可以体现DNA的多样性,B错误;两组同学用相同数量和种类的脱氧核糖、磷酸、含氮碱基搭建出的DNA分子,碱基对的排列顺序可能不同,从而形成不同的DNA分子,C正确;鸟嘌呤和胞嘧啶是2种不同的碱基,表示鸟嘌呤和胞嘧啶的物体大小、颜色都不相同,D错误。
2.以下为大肠杆菌DNA分子(片段)的结构示意图,下列叙述错误的是( )
A.1与2交替排列形成DNA主链的基本骨架
B.2与3通过磷酸二酯键相连
C.3有两种可能,即鸟嘌呤和胞嘧啶
D.1、2、3共同构成一个脱氧核苷酸
解析:
选B 1磷酸和2脱氧核糖交替连接形成DNA主链的基本骨架,A正确;2与下一个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连,B错误;3和4之间有3个氢键,因此有两种可能,即鸟嘌呤和胞嘧啶,C正确;1、2、3共同构成一个脱氧核苷酸,D正确。
知识点
(二)
DNA分子中碱基计算规律及遗传信息多样性
1.DNA分子中碱基的相关计算
(1)在双链DNA分子中,由于碱基互补配对,故可知A=T,C=G。
(2)双链DNA分子中,A+G=T+C,即嘌呤=嘧啶(嘌呤和嘧啶各占DNA分子的50%)。
2.碱基排列顺序编码了遗传信息
(1)相对稳定性:
DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变;两条链间碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性:
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,排列方式多种多样。
若某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有4n种。
(3)特异性:
每种DNA分子都有区别于其他DNA分子的特定的碱基排列顺序,代表了特定的遗传信息。
(4)应用:
通过对DNA中核苷酸序列的分析,可以判断各种生物在进化中的亲缘关系、两个人的血缘关系、人物的身份鉴定等。
1.判断题
(1)不同的双链DNA分子的遗传信息不同主要是因为碱基配对方式不同。
(×)
(2)DNA分子的多样性和特异性是生物多样性和特异性的物质基础。
(√)
(3)不同DNA分子中
是相同的。
(×)
(4)一个单链DNA分子中,嘌呤数等于嘧啶数,但A+T的量不一定等于G+C的量。
(×)
(5)双链DNA分子中(A+T)/(G+C)的比值越大,DNA分子的稳定性越高。
(×)
2.在一个标准双链DNA分子中,含有35%的腺嘌呤,它所含的胞嘧啶应该是( )
A.15% B.30%
C.35%D.70%
解析:
选A 由于双链DNA分子中A与T配对,G与C配对,因此A总是与T相等,G总是与C相等,又由题意知,A=35%,那么T=A=35%,G=C=(1-35%×2)÷2=15%。
3.DNA分子结构具有多样性的原因是( )
A.碱基和脱氧核糖排列顺序千变万化
B.四种碱基的配对方式千变万化
C.两条长链的空间结构千变万化
D.碱基对的排列顺序千变万化
解析:
选D DNA分子结构中,碱基和脱氧核糖的排列顺序不变,A错误;四种碱基的配对遵循碱基互补配对原则,总是嘌呤和嘧啶配对,共有A-T、T-A、C-G、G-C4种,B错误;DNA的两条链反向平行方式盘旋成双螺旋结构,C错误;碱基之间通过氢键连接形成碱基对,碱基对的排列顺序千变万化,导致DNA分子具有多样性,D正确。
4.下列关于DNA分子的叙述错误的是( )
A.若一条链上A和T的数目相等,则另一条链上A和T的数目也相等
B.若一条链上A的数目大于T,则另一条链上A的数目小于T
C.若一条链中C+G占48%,则DNA分子中T占26%
D.若一条链上的A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则另一条链也是A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4
解析:
选D 在双链DNA中,一条链上的A与另一条链上的T配对,一条链上的T与另一条链上的A配对,因此若一条链上A和T的数目相等,则另一条链上的A和T数目也相等,A正确;根据上述可知,若一条链上A的数目大于T,则另一条链上A的数目小于T,B正确;若a链中C+G占48%,根据碱基互补配对原则,该DNA分子中C+G占48%,则A+T占52%,则DNA分子中T占26%,C正确;由碱基互补配对原则可知,若一条链上的A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则另一条链上是A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,D错误。
科学家分析了多种生物DNA的碱基组成,一部分实验数据如以下两表所示。
来源
人
1.56
1.43
1.00
1.00
1.0
鲱鱼
1.43
1.43
1.02
1.02
1.02
小麦
1.22
1.18
1.00
0.97
0.99
结核分枝杆菌
0.4
0.4
1.09
1.08
1.1
表1
生物
猪
牛
器官
肝
脾
胰
肺
肾
胃
1.43
1.43
1.42
1.29
1.29
1.30
表2
请思考并回答以下问题:
(1)不同生物的DNA中4种脱氧核苷酸的比例相同吗?
这说明DNA具有什么特点?
提示:
不同。
说明DNA分子具有多样性。
(2)同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同,这说明DNA具有什么特点?
为什么?
不同生物的A、T之和与G、C之和的比值不一致,这说明了什么?
为什么?
提示:
①同种生物不同器官细胞的DNA中脱氧核苷酸的比例基本相同,说明DNA分子具有稳定性,因为同种生物不同器官都是由同一受精卵发育而来的含有相同的DNA,DNA分子两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的,从而导致DNA分子的稳定性。
②不同生物的A、T之和与G、C之和的比值不一致,说明DNA分子具有特异性,因为不同生物含有不同的DNA分子,每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序,这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。
DNA分子中碱基数量的计算规律
根据上图,可得出:
一条链中某碱基数目等于另一条链中与其配对的碱基数目,即A1=T2,T1=A2,C1=G2,G1=C2。
并可进一步推导出以下规律:
规律1:
互补的两种碱基数量相等,即A=T(A1+A2=T2+T1),C=G(C1+C2=G2+G1)。
规律2:
双链DNA中,嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数,即A+G=C+T。
规律3:
任意两种不互补的碱基之和占总碱基的50%,如A+G=C+T=A+C=G+T=总碱基的50%。
规律4:
一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和,如A1+T1=A2+T2。
规律5:
配对的碱基之和的比例在两条单链和双链中都相等。
如一条链中
=n,则另一条链中
=n,双链中
=n。
规律6:
不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数。
如一条链中
=K,则另一条链中
=1/K。
规律7:
不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。
该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
规律8:
若已知A占双链的比例为c%,则A1占单链的比例无法确定,但可求出最大值为2c%,最小值为0。
1.分析一条双链DNA分子时,发现有30%的脱氧核苷酸含腺嘌呤,那么其中一条链上含有的鸟嘌呤的最大值是( )
A.20% B.30%
C.40%D.70%
解析:
选C 在一个DNA分子中,有30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤,即A=30%。
根据碱基互补配对原则,T=A=30%,则C=G=50%-30%=20%。
该DNA分子中鸟嘌呤所占的比例为20%,则该分子中一条链上鸟嘌呤占此链碱基总数的比例为:
0~40%。
所以该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的40%。
2.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( )
解析:
选C 双链DNA分子中,(A+C)/(T+G)一定等于1,A错误;当一条链中存在(A1+C1)/(T1+G1)=1时,其互补链中存在(A2+C2)/(T2+G2)=(T1+G1)/(A1+C1)=1,B错误;在DNA分子中,存在(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)=(A+T)/(G+C),C正确、D错误。
1.下列关于DNA的分子结构与特点的叙述,错误的是( )
A.脱氧核苷酸是脱氧核苷和磷酸连接起来的结构单元
B.A与T、G与C通过氢键相连,这就是卡伽夫法则
C.每个DNA分子中,碱基数=磷酸数=脱氧核糖数
D.双链DNA分子中,若一条脱氧核苷酸链中G+C=28%,则DNA分子中A占36%
解析:
选B 脱氧核苷酸是脱氧核苷和磷酸连接起来的结构单元,A正确;卡伽夫法则没有说明碱基之间通过氢键连接,B错误;DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸,一分子脱氧核苷酸含有一个磷酸、一个脱氧核糖和一个含氮碱基,因此每个DNA分子中,碱基数=磷酸数=脱氧核糖数,C正确;双链DNA分子中,若一条脱氧核苷酸链中G+C=28%,则DNA分子中G+C=28%,A+T=72%,A=T=36%,D正确。
2.下图表示某同学制作的DNA双螺旋结构模型的一个片段。
其中存在的错误有( )
A.3处B.5处
C.7处D.8处
解析:
选C 构成DNA的糖是脱氧核糖不是核糖,有4处错误;DNA中不存在尿嘧啶,腺嘌呤与胸腺嘧啶连接,连接两者的氢键为2个,有2处错误;胞嘧啶与鸟嘌呤之间的氢键为3个,1处错误,共7处错误。
3.一个DNA分子中,G和C之和占全部碱基数的52%,该DNA分子的一条单链中,A和G分别占该单链的24%和22%,则该DNA分子的另一条单链中,A和C占这一单链的百分比是多少( )
A.22%和30%B.30%和24%
C.24%和22%D.26%和24%
解析:
选C 已知DNA分子中,G和C占全部碱基的52%,即C+G=52%,则C=G=26%、A=T=50%-26%=24%。
又已知一条链的碱基中,A占24%,C占22%,即A1=24%、C1=22%,根据碱基互补配对原则,A=(A1+A2)÷2,则A2=24%,同理C2=22%。
4.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.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:
选A 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,要能螺旋形成双螺旋结构,B正确;制作时用到相同形状和颜色的纸片最少的为1张,C正确;若该模型中有4个腺嘌呤,则A=T碱基对有4个,C=G碱基对有8个,需要订书针的数量=4×2(A与T之间的氢键)+8×3(C与G之间的氢键)+11×2(脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键)+24×2(脱氧核苷酸内部的化学键)=102个,D正确。
5.如图是DNA片段的结构图,请据图回答下列问题:
(1)填出图中部分结构的名称:
[2]________________,[5]________________。
(2)从图中可以看出DNA分子中的骨架是由________(填名称)和________(填名称)交替连接形成的。
(3)连接碱基对的结构是[7]________,DNA分子中碱基配对的方式是______________________。
(4)从图甲可以看出组成DNA分子的两条链的方向是________的,从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成独特的________结构。
(5)若在一条单链中,
=n时,在整个DNA分子中上述比例为________。
(6)在含有400个碱基的某DNA片段中,氢键共有550个,则该DNA片段中腺嘌呤有_________个。
解析:
(1)图中[2]是一条脱氧核苷酸链(的片段),[5]是腺嘌呤脱氧(核糖)核苷酸。
(2)DNA分子的骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接形成的。
(3)连接碱基对的结构是[7]氢键;DNA分子中碱基配对的方式是A与T配对、G与C配对。
(4)从图甲可以看出组成DNA分子的两条链的方向是反向平行的,从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成独特的双螺旋结构。
(5)DNA分子的一条单链中(A+T)与(G+C)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。
因此若在一条单链中,
=n时,在整个DNA分子中上述比例为n。
(6)在含有400个碱基的某DNA片段中,氢键共有550个,设该DNA片段中腺嘌呤数目为n,则A=T=n,C=G=200-n,由于A与T之间有2个氢键,C与G之间有3个氢键,则2n+3(200-n)=550,解得n=50。
答案:
(1)一条脱氧核苷酸链(的片段) 腺嘌呤脱氧(核糖)核苷酸
(2)磷酸 脱氧核糖 (顺序可调换)
(3)氢键 A与T配对、G与C配对 (4)反向平行 双螺旋 (5)n (6)50
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