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(共44张PPT)
第二节　核酸的分子结构
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.分析科学家探索DNA结构的历程,学习制作DNA双螺旋结构模型。
2.理解并掌握DNA、RNA分子的结构特点和有关的计算规律。
3.理解核酸中碱基的排列顺序蕴含遗传信息。
素养阐释
1.结合遗传物质的结构特征和功能,形成结构与功能相适应的生命观念。
2.设计方案制作DNA和RNA分子结构模型,领悟模型建构在研究中的应用。
3.关注分子遗传学领域的成果与进展,展示和交流相关的社会热点问题、科技前沿问题。
自主预习 新知导学
一、DNA是由两条多核苷酸链组成的双螺旋分子
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者:沃森和克里克。
(2)构建依据
①瑞士生物学家米歇尔发现核酸;
②德国科学家科赛尔用化学方法水解核酸,发现了组成核酸的五种碱基;
③美国化学家利文又发现了核酸中的核糖与脱氧核糖,而且指出了核酸中“磷酸-糖-碱基”的排列顺序;
④查盖夫提出碱基互补配对原则;
⑤富兰克林和威尔金斯的DNA晶体X射线衍射图。
(3)双螺旋结构模型的特点
①DNA由两条具有方向性的多核苷酸链组成,两条多核苷酸链反向平行;
②脱氧核糖与磷酸基团交替连接,形成DNA分子多核苷酸链的骨架,排列在外侧,碱基排列在内侧;
③DNA分子两条链上的碱基,按碱基互补配对原则形成碱基对,碱基对之间通过氢键连接,其中A与T通过两个氢键配对,G与C通过三个氢键配对。
(4)双螺旋结构模型提出的意义:进一步阐释了DNA作为遗传物质的结构基础。
2.DNA的化学结构
(1)DNA分子的基本组成元素:C、H、O、N、P。
(2)DNA分子的基本单位:脱氧核糖核苷酸,每个基本单位由磷酸基团、
脱氧核糖、碱基组成。
(3)组成DNA的碱基:有四种,分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。
(4)组成DNA的脱氧核糖核苷酸根据碱基的种类不同分为四种,如图Z1-2-1所示,其名称分别是(将名称填在横线上):
图Z1-2-1
二、DNA的碱基排列顺序编码了遗传信息
1.遗传信息:DNA分子碱基的排列顺序编码了遗传信息。
2.遗传信息的特异性:每一个DNA分子具有特定的碱基排列顺序,构成了遗传信息的特异性。
3.遗传信息的多样性:不同的DNA分子具有不同的碱基排列顺序,构成了遗传信息的多样性。
4.基因:通常人们把具有一定遗传功能的DNA序列称为基因。
三、RNA是由多核苷酸组成的单链分子
1.RNA的组成元素:
C、H、O、N、P。
2.RNA的基本单位
图Z1-2-2
3.结构:通常是单链,有些区域也会形成双链结构。
4.DNA与RNA的异同
四、制作DNA分子双螺旋结构模型
(一)实验原理
1.构成DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸,DNA由四种脱氧核糖核苷酸组成。
2.脱氧核糖和磷酸组成了DNA分子的骨架,构成了反向平行长链。
3.碱基通过互补配对排列在中间,两条反向平行的长链进一步形成双螺旋结构。
(二)实验材料用具
硬纸或塑料片,彩笔,剪刀,透明胶带。
(三)方法与步骤
1.在硬纸或塑料片上画出碱基、脱氧核糖和磷酸基团的图形,四种不同的长方形代表碱基,圆形代表磷酸基团,五边形代表脱氧核糖。用彩笔涂上相应的颜色,再用剪刀将画好的图形剪下来。
2.将剪好的磷酸基团和碱基分别与脱氧核糖连接起来(用透明胶带粘在一起),制作成一个个含不同碱基的脱氧核糖核苷酸模型(见图Z1-2-3)。
图Z1-2-3
3.用透明胶带把一个个脱氧核糖核苷酸模型连接起来,形成一条多核苷酸长链;按碱基互补配对原则制作另一条与之完全互补的多核苷酸长链。将两条链平放在桌子上,使两条链反向平行,用透明胶带将配对的碱基两两连接好。
4.将两条链的末端分别与塑料方块或硬纸片连接在一起,双手分别提起两端,轻轻旋转,即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)每个DNA分子中的碱基数=磷酸数=核糖数。(　　)
(2)含有G-C碱基对比较多的DNA分子,其氢键数也多。(　　)
(3)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。(　　)
(4)磷酸与脱氧核糖交替连接,构成DNA分子的基本骨架。(　　)
(5)DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”间接相连。(　　)　
(6)有的RNA的碱基排列顺序也编码遗传信息。(　　)
×
√
×
√
√
√
2.图Z1-2-4是某同学制作DNA双螺旋结构模型时搭建的脱氧核糖核苷酸对,其中正确的是(　　)。
答案:C
图Z1-2-4
3.DNA酶能使DNA初步水解,可以得到(　　)。
A.磷酸,核糖,A、G、C、U 4种碱基
B.磷酸,脱氧核糖,A、T、C、G 4种碱基
C.4种脱氧核糖核苷酸
D.4种核糖核苷酸
答案:C
4.图Z1-2-5中④⑤⑦⑨⑩各代表什么
图Z1-2-5
④　　　　,⑤　　　　,⑦　　　,⑨　　　　　　　,⑩　　　　　　。
答案:脱氧核糖核苷酸　A　C　脱氧核糖核苷酸链　碱基对
合作探究 释疑解惑
知识点一
DNA的双螺旋结构
问题引领
1.DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸,每个基本单位包含三部分,这三部分是怎么连接的 用图示表示。
提示:如图D-1所示:
图D-1
2.一条DNA链上的两个脱氧核糖核苷酸是如何连接的 用图示表示。
提示:如图D-2所示:
图D-2
3.用图示表示DNA反向平行的两条链。
提示:如图D-3所示(平面图):
图D-3
归纳提升
1.DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
图Z1-2-6
2.借助示意图(如图Z1-2-7)辨析DNA分子的结构
图Z1-2-7
(1)在DNA分子的一个基本单位中,碱基连接在脱氧核糖的1号碳原子上,磷酸基团连接在脱氧核糖的5号碳原子上;两个基本单位连接时,一个脱氧核糖核苷酸的五碳糖的3号碳原子与另一个脱氧核糖核苷酸的磷酸基团连接,形成磷酸二酯键。
(2)一条链中的两个相邻碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”相连,两条链中的碱基通过氢键相连。
(3)一段DNA片段中,游离的磷酸基团只有两个,在DNA的一条链中,一个脱氧核糖可以连接两个磷酸基团,一个磷酸基团可以连接两个脱氧核糖。
3.有关DNA分子结构的2个注意事项
(1)并非所有的DNA分子都是双链结构,有的DNA分子为单链结构。
(2)原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为双链环状结构。
典型例题
图Z1-2-8为DNA分子结构示意图,下列对该
图的描述,正确的是(　　)。
A.②和③相间排列,构成了DNA分子的基本骨架
B.④的名称是胞嘧啶脱氧核糖核苷酸
C.⑨是氢键,它的形成遵循碱基互补配对原则
D.⑤代表G
答案:C
解析:DNA分子是双螺旋结构,①磷酸基团与②脱氧核糖交替连接排列在外侧,形成了DNA分子的骨架,A项错误。④中的③②与②下方的磷酸基团构成了胞嘧啶脱氧核糖核苷酸,B项错误。根据碱基互补配对原则,⑤代表A,D项错误。
图Z1-2-8
【变式训练】
1.有一对氢键连接的脱氧核糖核苷酸,已查明它的结构中有一个腺嘌呤,则它的其他组成应是(　　)。
A.三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
B.两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶
C.两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
D.两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶
答案:C
解析:据碱基互补配对原则可知,另一个碱基为T;两个脱氧核糖核苷酸含有两个磷酸和两个脱氧核糖。
2.图Z1-2-9为多核苷酸链结构图,下列有关叙述错误的是(　　)。
A.能构成一个完整核苷酸的是图中的a和b
B.若该链为RNA链,则图中的五碳糖为核糖
C.双链DNA中A与T配对,G与C配对
D.若该链为脱氧核糖核苷酸链,从碱基组成上看,缺少的碱基是T
答案:A
解析:核苷酸中,磷酸基团、五碳糖和碱基的连接是确定的,题图中a是一个完整的核苷酸,而b不是一个完整的核苷酸。
图Z1-2-9
知识点二
碱基互补配对原则及碱基间的数量关系
问题引领
结合DNA分子双螺旋结构模型的特点(如图Z1-2-10),分析下列问题。
图Z1-2-10
1.双链DNA分子中,嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系 其中A与T,C与G的数量关系是怎样的呢
提示:嘌呤碱基数=嘧啶碱基数。A=T,C=G。
2.设在双链DNA分子的1号链上(A1+T1)/(A1+T1+G1+C1)=n%,则2号链上(A2+T2)/(A2+T2+C2+G2)的比值为多少 整个DNA分子中(A+T)/(A+T+C+G)的比值又是多少 据此,你能得出什么结论
提示:(A2+T2)/(A2+T2+C2+G2)=n%。整个DNA分子中(A+T)/(A+T+C+G)= n%。互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
3.若1号链上(A1+G1)/(T1+C1)=m,则2号链上(A2+G2)/(T2+C2)的比值为多少 整个DNA分子中,(A+G)/(T+C)的比值是多少 据此,你能得出什么结论
提示:(A2+G2)/(T2+C2)=1/m。(A+G)/(T+C)=1。在双链DNA分子中,非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子中,该比例是1。
归纳提升
1.碱基间的数量关系
数量关系 双链DNA 1链 2链 规律
A、T、G、C的关系 A=T G=C A1=T2 G1=C2 T1=A2 C1=G2 双链DNA分子中,A总等于T,G总等于C,且1链上的A等于2链上的T,1链上的G等于2链上的C
非互补碱基之和的比值,即(A+G)/(T+C)或(G+T)/(A+C) 1 m 1/m 双链DNA分子中非互补碱基之和的比值总相等,两链间的非互补碱基之和的比值互为倒数
互补碱基之和的比值,即(A+T)/(G+C)或(G+C)/(A+T) n n n 在同一DNA分子中,互补碱基之和的比值在双链和单链中都相等
2.双链DNA分子中碱基比例的共性及特异性
(1)共性:不因生物种类的不同而不同。
A/T=T/A=1;G/C=C/G=1;(A+C)/(T+G)=(A+G)/(T+C)=1。
(2)特异性:(A+T)/(G+C)的比值在不同DNA分子中是不同的,是DNA分子多样性和特异性的表现。
易错提醒 (1)看清单位是“对”还是“个”。
(2)注意提供的数据是DNA双链还是DNA的一条单链。
(3)解题时最好画一下简图,比较直观,减少因思路不清引起的错误。
典型例题
已知某双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基数的34%,其一条链中的T与C分别占该链碱基数的32%和18%,则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基数的(　　)。
A.34%和16% B.34%和18%
C.16%和34% D.32%和18%
答案:A
解析: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之和占全部碱基数的34%,则A+T=66%。又因为双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在双链和单链中都相等,因此A1+T1=66%,G1+C1=34%。又因为T1与C1分别占该链碱基数的32%和18%,则A1=66%-32%=34%,G1=34%-18%=16%,根据DNA分子的碱基互补配对原则,所以T2=A1=34%,C2=G1=16%。
【变式训练】
1.若DNA分子的一条链中(A+T)/(C+G)=a,则其互补链中该比值为(　　)。
A.a B.1/a
C.1 D.1-1/a
答案:A
解析:根据DNA分子的碱基互补配对原则,互补链中的A+T等于已知链中的T+A,互补链中的C+G等于已知链中的G+C。
2.在一个双链DNA中,共有a个碱基,鸟嘌呤有b个,则下列叙述错误的是
(　　)。
A.脱氧核苷酸数目=磷酸数目=a
B.碱基之间的氢键有(a+b)个
C.胸腺嘧啶有(a-b)个
D.一条链中C+G有b个
答案:C
解析:DNA的基本单位是脱氧核苷酸,1分子的脱氧核苷酸是由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮的碱基组成的,因此脱氧核苷酸数目=磷酸数目=a,A项正确。由题干和碱基互补配对原则可推知,在该双链DNA中, A+T+G+C=a,G=C=b,A=T=(a-b-b)/2=(1/2)a-b,又因为在双链DNA中,A与T之间有2个氢键,G与C之间有3个氢键,所以碱基之间的氢键有2×[(1/2)a-b]+3b=(a+b)个,B项正确,C项错误。根据碱基互补配对原则可推知,在双链DNA中,一条链上的碱基C、G分别与另一条链上的G、C相等,所以一条链中C+G有b个,D项正确。
[素养提升]
DNA分子中应注意的其他数量关系
(1)DNA分子中,脱氧核糖核苷酸数∶脱氧核糖数∶磷酸数∶碱基数=1∶1∶1∶1。
(2)配对的碱基,A与T之间形成2个氢键,G与C之间形成3个氢键,C-G碱基对所占比例越大,DNA结构越稳定。
(3)对于非环状DNA来讲,每条脱氧核糖核苷酸链上都只有1个游离的磷酸基团,因此DNA分子中含有2个游离的磷酸基团;环状DNA无游离的磷酸基团。
（2023临沂市期末卷）在搭建DNA分子模型的实验中,若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(　　)。
A.能搭建出20个脱氧核糖核苷酸
B.所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对
C.能搭建出410种不同的DNA分子模型
D.能搭建出一个含4个碱基对的DNA分子片段
答案:D
解析:每个脱氧核糖核苷酸中,脱氧核糖数目=磷酸数目=碱基数目,因脱氧核糖和磷酸之间的连接物是14个,故最多能搭建出14个脱氧核糖核苷酸,A项错误。DNA分子的碱基中,A=T,C=G,故提供的4种碱基最多能构成4个C-G碱基对和3个A-T碱基对,但由于脱氧核糖核苷酸之间结合形成磷酸二酯键时还需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物,故7个碱基对需要的脱氧核糖和磷酸之间的连接物是(2×7-1)×2=26(个),B项错误。设可搭建的DNA分子片段有n个碱基对,按提供的脱氧核糖和磷酸之间的连接物是14个计算,则有14=n×2+(n- 1)×2,得n=4,故能搭建出4个碱基对的DNA分子片段,共含8个脱氧核糖核苷酸,理论上能搭建出不同的DNA分子模型远少于410种,C项错误,D项正确。
课堂小结
本 课 结 束

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