生物:3.1.2《DNA的分子结构》例题与探究(中图版必修2)
典题精讲
例1DNA分子多样性的原因是()
A.DNA是由4种脱氧核苷酸组成的
B.DNA的相对分子质量很大
C.DNA具有规则的双螺旋结构
D.DNA的碱基对有很多种不同的排列顺序
思路解析:组成DNA分子的碱基虽然只有4种,但是碱基对的排列顺序却是千变万化的,这就构成了DNA分子的多样性。
答案:D
绿色通道:DNA分子的多样性,同时也决定了DNA分子的特异性。
变式训练下图所示为DNA分子平面结构图,仔细读图后完成下列问题:
(1)写出图中各编号的中文名称:
①___________,②___________,③___________,④___________,⑤___________,⑥___________,⑦___________,⑧___________,⑨___________。
(2)图中共有脱氧核苷酸___________个,碱基___________对。
(3)图中部分由___________个脱氧核苷酸化合而成。一个脱氧核苷酸由一分子___________、一分子___________、一分子___________构成。
思路解析:该题考查学生对DNA双螺旋结构模型知识的理解。由于DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘绕成规则的双螺旋结构,脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序稳定不变;DNA内部的碱基靠氢键连接起来形成碱基对,且严格遵循碱基互补配对原则。每个脱氧核苷酸是由一分子的磷酸、一分子的脱氧核糖和一分子的含氮碱基组成的。
答案:(1)①磷酸 ②脱氧核糖 ③胞嘧啶 ④胞嘧啶脱氧核苷酸 ⑤腺嘌呤 ⑥鸟嘌呤 ⑦胞嘧啶 ⑧胸腺嘧啶 ⑨氢键 (2)8 4 (3)8 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基
例2在DNA双螺旋链中,已查明某一脱氧核苷酸对中有一个胸腺嘧啶,则该脱氧核苷酸对中还有()
A.一个磷酸、一个脱氧核糖和一个鸟嘌呤
B.两个磷酸、两个脱氧核糖和两个腺嘌呤
C.两个磷酸、两个脱氧核糖和一个腺嘌呤
D.三个磷酸、三个脱氧核糖和三个鸟嘌呤
思路解析:一个脱氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成,因为组成脱氧核苷酸的含氮碱基只有A、T、C、G四种,所以脱氧核苷酸只有四种。在组成DNA的双螺旋结构时,两个脱氧核苷酸分子的碱基通过氢键,按照碱基互补配对原则(A与T配对,G与C配对)形成脱氧核苷酸时,依题意画出DNA双螺旋链的局部图:
不难得出正确答案。
答案:C
绿色通道:此题要求学生掌握脱氧核苷酸的化学组成和碱基互补配对原则,并用它分析DNA的双螺旋结构,考查应用能力。
变式训练DNA分子的基本骨架是()
A.磷脂双分子层B.规则双螺旋结构
C.脱氧核糖和磷酸交替连接D.碱基的连接
思路解析:组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸,而每个脱氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成的。DNA分子是由两条具有反向平行关系的子链螺旋而成的,在链的外侧是脱氧核糖和磷酸交替连接而成的,构成DNA分子的基本骨架。
答案:C
例3某生物碱基的组成是嘌呤碱基占58%,嘧啶碱基占42%,此生物不可能是()
A.T4噬菌体B.细菌
C.烟草花叶病毒D.酵母菌和人
思路解析:细菌、酵母菌和人的细胞中既有DNA也有RNA,因为RNA是单链,所以不满足嘌呤碱基和嘧啶碱基之和相等。烟草花叶病毒只有RNA,符合条件。T4噬菌体只有DNA。
答案:A
黑色陷阱:对核酸中碱基组成的理解不够,对DNA双螺旋结构中碱基互补配对的原则未掌握,对不同生物含有的核酸种类不明确,都是错答此题的原因。
变式训练1所有病毒的遗传物质()
A.都是DNAB.都是RNA
C.是DNA和RNAD.是DNA或RNA
思路解析:病毒是由蛋白质和核酸组成的,核酸只有一种,要么是DNA,要么是RNA。
答案:D
变式训练2大豆根尖细胞所含的核酸中,含有碱基A、G、C、T的核苷酸种类数共有()
A.8种B.7种C.5种D.4种
思路解析:大豆根尖细胞中含有DNA、RNA,A、T、C、G参与4种脱氧核苷酸、3种核糖核苷酸的构成。
答案:B
问题探究
问题1DNA的空间结构是怎样的?
导思:从外观上看,DNA是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋成规则的双螺旋结构。外侧(像楼梯“扶手”)是脱氧核糖和磷酸交替连接,构成基本骨架,内侧由碱基对(像楼梯“台阶”或谓横档)将两条链连接起来。
探究:DNA分子的空间结构:(1)DNA分子是由两条链组成的,这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧构成骨架;碱基排列在内侧。(3)两条链上的碱基,通过氢键连接成碱基对,A与T配对,G与C配对,碱基之间的这种一一对应的关系,叫做碱基互补配对原则。
问题2碱基互补配对原则的意义是什么?
导思:DNA骨架之间的碱基连接是有一定规则的,只能是嘌呤碱基与嘧啶碱基配对。换句话说,嘌呤与嘌呤之间,嘧啶与嘧啶之间均不能配对。具体是:腺嘌呤(A)一定与胸腺嘧啶(T)配对,鸟嘌呤(G)一定与胞嘧啶(C)配对,这就是碱基互补配对原则。
探究:(1)由于碱基互补配对原则,使四种脱氧核苷酸组成的DNA分子在结构上具有稳定性。(2)由于碱基互补配对原则,确保了DNA的自我复制能够准确无误地完成。
学习导航
1.学习目标
(1)说出DNA双螺旋结构模型的构建者:美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
(2)概述DNA分子双螺旋结构的特点:
①DNA分子是由两条反向平行的链组成的规则的双螺旋结构;
②DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替排列在外侧;
③两条链上的碱基按照碱基互补配对原则构成碱基对。
(3)应用碱基互补配对原则:腺嘌呤和胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤和胞嘧啶配对。
2.学习建议
学习DNA分子结构时,要明确构成DNA的化学元素、基本单位、化学结构和空间立体结构。要区别构成DNA的基本单位——四种脱氧核苷酸。一分子脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基构成。结合教科书中DNA的化学组成平面图和双螺旋结构的空间立体图,明确DNA的结构。理解碱基互补配对原则。
要理解DNA结构多样性和特异性的原因,构成DNA主链的磷酸和脱氧核糖的排列顺序是固定不变的,尽管构成DNA的碱基只有四种,碱基配对方式只有两种,然而,不同DNA的碱基数量不同,碱基对的排列顺序千变万化,构成了DNA的多样性。由于每个DNA具有特定的碱基排列顺序,决定了DNA结构的特异性。
自我测评
一、选择题
1.马和豚鼠体细胞具有相同数目的染色体,但性状差异很大,原因是()。
A.生活环境不同B.DNA分子中碱基对排列顺序不同
C.着丝点数目不同 D.DNA分子中碱基配对方式不同
2.分析一段双链DNA的组成表明,下列的相关比值中,哪一个是可变的()。
A.A/TB.G/CC.(A+T)/(G+C)D.(A+G)/(T+C)
3.在下图的各小图中,正确代表脱氧核苷酸的结构是()。
4.DNA分子中,两条链上排列顺序不变的是()。
A.碱基对排列 B.四种脱氧核苷酸
C.脱氧核糖和磷酸 D.碱基和磷酸
5.在含有四种碱基的DNA区段中,有腺嘌呤a个,占该区段全部碱基的比例为b,则()。
6.对细胞中某些物质的组成进行分析,可以作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段,一般不采用的物质是()。
A.蛋白质B.DNAC.RNAD.核苷酸
7.下列各项中,决定DNA遗传特异性的是()。
A.脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列特点 B.碱基互补配对原则
C.嘌呤总数与嘧啶总数的比值D.碱基对排列顺序
8.若DNA分子一条链中(A+G)/(T+C)=a,则其互补链中该比值为()。
A.aB.1C.1/a D.1-1/a
9.下列有关DNA的叙述中,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.DNA只存在于细胞核中
C.细胞缺水和营养不足将影响DNA碱基组成
D.单链DNA分子的碱基含量的A+G=C+T或A+C=G+T
10.下列的碱基比例关系一定是双链DNA的是()。
11.在双链DNA分子中,每条脱氧核苷酸链中连接两个相邻的脱氧核苷酸之间的键为()。
A.肽键B.氢键C.磷酸二脂键D.高能磷酸键
12.某一DNA分子中,胞嘧啶与鸟嘌呤二者共占碱基总量的46%,其中一条链上腺嘌呤占此链碱基量的28%,则另一条链上腺嘌呤占此链碱基量的百分比为()。
A.46%B.26%C.54%D.24%
二、非选择题
13.右图是DNA分子结构模式图,请写出①至⑧的名称,并按要求回答下面的问题。
(1)填写名称:
① ;②;③ ;
④ ;⑤ ;⑥;
⑦ ;⑧ 。
(2)连接G与C,A与T之间的化学键名称是。
(3)决定DNA分子结构特异性的是。
(4)DNA分子的这种结构称为。
(5)有人形象的将DNA的平面结构比喻为一架“梯子”,那么组成这个“梯子”“扶手”的物质是 和 ,它形成了DNA分子的基本骨架;相当于两个“扶手”间“阶梯”的物质是 ,它的形成靠 相连,并严格遵循 原则。
14.在制作DNA一条链时,将每个脱氧核苷酸的 和 相间排列依次连接起来。在制作另一条单链时,一是两条长链的脱氧核苷酸 必须相同;二是两条长链并排时必须保证 间互相配对;三是两条长链的方向是 。若制作含100个碱基的一段DNA分子模型,现已有20个碱基A部件,还需准备T部件个,C部件 个,G部件 个。
15.分析下图,回答下面的问题。
(1)图中A是,F是,B是。
(2)一般来说,一个G中含有 个E,在细胞有丝分裂的中期,G和E的比例是。
(3)E的组成单位是图中的,共有种。DNA结构多样性的原因是图中的决定的。
(4)DNA分子是由两条链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成结构。
参考答案
一、选择题
1.B 2.C 3.C 4.C 5.D 6.D 7.D 8.C 9.A 10.D 11.C 12.B
二、非选择题
13.(1)①胸腺嘧啶 ②脱氧核糖 ③磷酸 ④胸腺嘧啶脱氧核苷酸
⑤碱基对 ⑥腺嘌呤 ⑦鸟嘌呤 ⑧胞嘧啶
(2)氢键(3)碱基对的排列顺序(或脱氧核苷酸的排列顺序)
(4)双螺旋结构(5)磷酸 脱氧核糖 碱基对 氢键 碱基互补配对
14.磷酸 脱氧核糖 数量 碱基 相反的 20 30 30
15.(1)含氮碱基 蛋白质 脱氧核糖(2)一 1∶2
(3)D 4 D(脱氧核苷酸)的排列顺序(4)双螺旋
教学设计方案
1.教学重点
(1)DNA分子的结构。
(2)碱基互补配对原则及其重要性。
(3)DNA分子的多样性。
(4)DNA复制的过程及特点。
2.教学难点
(1)DNA分子的立体结构特点。
(2)DNA分子的复制过程。
3.教学疑点
DNA分子中只能是A—T、C-G配对吗?能不能A—C、G—T配对?为什么?
4.解决办法
(1)充分发挥多媒体计算机的独特功能,把DNA的化学组成、立体结构和DNA的复制过程等重、难点知识编制成多媒体课件。将这些较难理解的重、难点知识变静为动、变抽象为形象,转化为易于吸收的知识。
(2)通过制作DNA双螺旋结构模型,加深对DNA分子结构特点的理解和认识。
(3)通过讨论交流、通过提高学生的识图能力、思维能力,通过配合适当的练习,将知识化难为易。
(4)通过单环化合物、双环化合物所占空间及碱基对之间氢键数的稳定性,来说明只能是A—T、C—G配对。
2课时。
第一课时
(一)引言:
我们经过学习,已经知道DNA是主要的遗传物质,它能使亲代的性状在子代表现出来。那么,DNA为什么能起遗传作用呢?我们来学习DNA的结构。
(二)教学过程
1.DNA的结构
1953年,沃森和克里克提出了著名的DNA双螺旋模型,为合理地解释遗传物质的各种功能奠定了基础。为了理解DNA的结构,先来学习DNA的化学组成。
(1)DNA的化学组成
学生阅读教材第7-8页,看懂图6-4及银幕上出现的结构平面图,基本单位图。学生回答下列问题:
①组成DNA的基本单位是什么?每个基本单位由哪三部分组成?
②组成DNA的碱基有哪几种?脱氧核苷酸呢?DNA的每一条链是如何组成的?
学生回答后,教师点拨:
①组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸,它由一个脱氧苷糖、一个磷酸和一个含氮碱基组成。
②组成DNA的碱基有四种:腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T);有四种脱氧核苷酸:腺嘌呤脱氧核苷酸,鸟嘌呤脱氧核苷酸,胞嘧啶脱氧核苷酸,胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA的每一条链由四种不同的脱氧核苷酸聚合而成多脱氧核苷酸链。
(2)DNA分子的立体结构
出示DNA模型,学生阅书第8页,指着模型进解说过归纳,结构的主要特点是:
①两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构(简要解释“反向”,一条链是55-35,另一条链是35-55,不宜过深)。
②脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在DNA分子的外侧,构成基本骨架,碱基排列在内侧。
③碱基互补配对原则:
两条链上的碱基通过氢键(教师对“氢键”要进行必要的解释)连接成碱基对,且碱基配对有一定的规律:A—T、G—C(A一定与T配对,G一定与C配对)。
可见,DNA一条链上的碱基排列顺序确定了,根据碱基互补配对原则,另一条链上的碱基排列顺序也就确定了(可在黑板上练习一道题以巩固互补配对原则)。
教师设问,学生思考后,由教师回答:
设问一:碱基配对时,为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢?
这是由于嘌呤碱是双环化合物(画出双环),占有空间大;嘧啶碱是单环化合物(画出单环),占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的,只有双环化合物和单环化合物配对才合适。
设问二:为什么只能是A—T、G—C,不能是A—C,G—T呢?
这是由于A与T通过两个氢键相连,G与C通过三个氢键相连,这样使DNA的结构更加稳定,所以,A与T或G与C的摩尔数比例均为1:1。
学生训练:某生物细胞DNA分子的碱基中,腺嘌呤的分子数占18%,那么鸟嘌呤的分子数占()
A.9%B.18%C.32%D.36%
答案:C
(为巩固DNA立体结构的有关知识,加深对DNA分子结构特点的理解,此时应让学生做《实验十二、制作DNA双螺旋结构模型》,实验的材料及一些基本步骤可在上课前准备好,教师示范,控制好上课的时间)。
(3)DNA的特性
师生共同活动,学生讨论和教师点拨相结合。
①稳定性:DNA分子两条长链上的脱氧核糖与Pi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DAN分子的稳定性。
②多样性:DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变,而长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。如一个最短的DNA分子大约有4000个碱基对,这些碱基对可能的排列方式就有种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的,其排列种类几乎是无限的,这就构成DNA分子的多样性。
③特异性: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。
本节课我们学习了DNA的化学组成,DNA的立体结构和DNA的特性。组成DNA的碱基共有A、T、G、C四种,构成DNA的基本单位也有4种。每个DNA分子由二条多脱氧核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构,两条链上的碱基按照碱基互补配对原则,即A—T、G—C,通过氢键连接成碱基对。DNA分子具有稳定性、多样性和特异性。多样性产生的原因主要是碱基对的排列顺序千变万化,4种脱氧核苷酸排列的特定顺序,包括特定的遗传信息。每个DNA分子能够贮存大量的遗传信息。
(三)课堂练习
1.课本10-11页三、四题。
2.根据碱基互补配对原则,在A≠G时,双链DNA分子中,下列四个式子中正确的是()
A.B.
C.D.
答案:选B
3.分析一个DNA分子时,其一条链上那么它的另一条链和整个DNA分子中的比例分别是()
A.0.4和0.6B.2.5和0.4
C.0.6和1.0D.2.5和1.0
答案:D
(四)板书设计
第二课时
(一)引言:
通过上节课有关DNA结构的学习,理解DNA分子不仅能够储存大量的遗传信息,还能传递遗传信息,遗传信息的传递就是通过DNA分子的复制来完成的,怎样复制呢?
(二)教学过程:
2.DNA的复制
(1)复制的概念
在细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期,以母细胞DNA分子为模板,合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。
(2)“准确”复制的原理
①DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提供模板;
②碱基具有互补配对的能力,能够使复制准确无误。
(3)DNA复制的过程
学生阅书第10页,看图6-6,银幕上也出现动态的DNA分子复制过程图解,待学生看懂图后,回答如下问题:
①什么叫解旋?解旋的目的是什么?
②什么叫“子链”?复制一次能形成几条子链?
③简述“子链”形成的过程。
让学生充分回答上述问题后,教师强调:
复制的过程大致可归纳为如下三点:
①解旋提供准确模板:在ATP供能、解旋酶的作用下,DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂,两条螺旋的双链解开,这个过程叫做解旋。解开的两条单链叫母链(模板链)。
②合成互补子链:以上述解开的每一段母链为模板,以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的一段子链。
③子、母链结合盘绕形成新DNA分子:在DNA聚合酶的作用下,随着解旋过程的进行,新合成的子链不断地延伸,同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构,从而各自形成一个新的DNA分子,这样,1DNA分子→2个完全相同的DNA分子。
(4)DNA复制的特点
讲述:
①DNA分子是边解旋边复制的,是一种半保留式复制,即在子代双链中,有一条是亲代原有的链,另一条(子链)则是新合成的。
②DNA复制严格遵守碱基互补配对原则准确复制。从而保证了子代和亲代具有相同的遗传性状。
问:DNA复制后两个子代DNA分子和亲代DNA分子是否完全相同?为什么?
通过设问,学生回答,进一步让学生理解和巩固DNA复制的全过程。
(5)DNA复制的必需条件
讲述:
DNA复制时必需条件是亲代DNA的两条母链提供准确模板、四种脱氧核苷酸为原料、能量(ATP)和一系列的酶,缺少其中任何一种,DNA复制都无法进行。
(6)DNA复制的生物学意义
DNA通过复制,使遗传信息从亲代传给了子代,从而保证了物种的相对稳定性,保持了遗传信息的连续性,使种族得以延续。
(三)小结:
1.通过学习DNA的结构和复制,必须掌握DNA的化学组成、立体结构、碱基互补配对原则以及DNA的复制过程、复制的必需条件及DNA复制在生物学上的重要意义。为学习生物的遗传和生物的变异奠定基础。
2.目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破等方面
(l)DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一。
(2)把案犯在现场留下的毛发、血等进行分析作为破案的证据,与DNA有关。
(四)课堂练习:
1.某生物的双链DNA分子共有含氮碱基77对,其中一条链上(A+T):(C+G)=2.5,问该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是()
A.1200个B.400个C.600个D.1500个
2.课本第10页复习题一、二。
(五)板书设计
文章来源:http://m.jab88.com/j/12470.html
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