生物第二节 遗传信息编码在DNA分子上导学案及答案

第二节　遗传信息编码在DNA分子上

一、双螺旋结构模型揭示了DNA分子的结构

1．DNA分子的组成

(1)DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，DNA分子是脱氧核苷酸的多聚体。组成脱氧核苷酸的碱基只有4种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。与之对应，脱氧核苷酸也有4种，即腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。

(2)DNA分子是长链状结构，由许多的脱氧核苷酸连接形成。脱氧核苷酸由脱氧核苷和磷酸连接形成，其中的脱氧核苷由含氮碱基与脱氧核糖组成。

2．卡伽夫法则

1951年，奥地利生化学家卡伽夫对各种不同来源的DNA碱基成分进行了精密的分析，发现在多种生物的DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶的含量相等，鸟嘌呤和胞嘧啶的含量相等。

3．DNA分子的双螺旋结构模型

(1)提出者

1953年，沃森和克里克。

(2)内容

①DNA分子是由两条长链组成的，这两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。其中，每条链上的一个核苷酸以脱氧核糖与另一个核苷酸上的磷酸基团结合，即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，碱基则位于主链内侧。

②DNA分子一条链上的核苷酸碱基总是跟另一条链上的核苷酸碱基互补配对，由氢键连接。其中，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，这就是碱基互补配对原则。

③在DNA分子中，A(腺嘌呤)和T(胸腺嘧啶)的数目相等，G(鸟嘌呤)和C(胞嘧啶)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。

二、制作DNA双螺旋结构模型

1．目的要求

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。

2．方法步骤

(1)用自己选取的实验材料，制作成不同形状、不同大小和不同颜色的物体，用来代表脱氧核糖、磷酸和不同的碱基。

(2)选取作为支架和连接的材料，将代表不同化合物的物体连接、组装在一起。

(3)向全班同学展示自己制作的DNA双螺旋结构模型，并做简单的介绍和说明。

三、碱基排列顺序编码了遗传信息

1．DNA的多样性与特异性

(1)DNA的多样性

DNA中的各种碱基数目不同，排列方式也不同。例如，有100个碱基对的脱氧核苷酸链，便有4100种排列方式，而在自然界，每个DNA分子的碱基有成千上万个，它们的排列方式就构成了巨大的数字，因而表现出DNA的多样性。

(2)DNA的特异性

来自同一个体、不同器官的DNA的基本组成是一致的，而且具有本物种特性，即每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这就构成了DNA分子的特异性。

2．DNA与遗传信息

DNA是一个信息分子，DNA中碱基的不同排列顺序可以存储不同的遗传信息。不同染色体中的DNA不同，除了核苷酸的数量不同之外，碱基的排列顺序也不同，核苷酸的不同序列形成了生物独特的遗传信息。

3．研究DNA中核苷酸的序列的意义

通过对DNA中核苷酸的序列分析，科学家可以判断各种生物在进化中的亲缘关系，医生可以对两个人的血缘关系做出参考性的结论，警察可以对案件中人物的身份进行鉴定。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．DNA分子由四种脱氧核苷酸组成，这四种脱氧核苷酸含有的碱基是A、U、C、G。                            (　　)

提示：×　DNA分子的四种脱氧核苷酸含有的碱基是A、T、C、G。

2．DNA分子由两条方向相同的脱氧核苷酸链盘旋而成。 (　　)

提示：×　DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成。

3．DNA分子中的碱基一定存在的数量关系：C＝T，A＝G。 (　　)

提示：×　DNA分子中的碱基存在的数量关系：C＝G，A＝T。

4．磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架。 (　　)

提示：√

5．DNA分子具有特殊的空间结构即规则的双螺旋结构。 (　　)

提示：√

　DNA分子的结构

1．图示DNA的分子结构

2．利用数字“五、四、三、二、一”归纳DNA分子结构

(1)五种元素：C、H、O、N、P。

(2)四种碱基：A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸。

(3)三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基。

(4)两条单链：两条反向平行的脱氧核苷酸链。

(5)一种空间结构：规则的双螺旋结构。

3．DNA分子的特性

(1)(相对)稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变，一般情况下碱基的数量和排列顺序不变等。

(2)多样性：遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。具n个碱基对的DNA分子，具有4n种碱基排列顺序。

(3)特异性：每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。

合作探究：1.根据DNA分子结构图回答下列问题：

(1)基本单位：________。

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每个DNA片段中，含________个游离的磷酸基团。

(2)水解产物：DNA的初步水解产物是________，彻底水解产物是________________。

提示：(1)脱氧核苷酸　①1∶1∶1　②2

(2)脱氧核苷酸　磷酸、脱氧核糖和含氮碱基

2．假设长度为17个碱基对的脱氧核苷酸序列组成一个基因，那么这17个碱基对可以排列出大约多少种基因？这说明了基因的什么特性？

提示：417种；说明了基因的多样性。

1．(2020·7月浙江选考)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．①表示胞嘧啶　 B．②表示腺嘌呤

C．③表示葡萄糖     D．④表示氢键

D　[分析图示可知，A(腺嘌呤)与①配对，根据碱基互补配对原则，则①为T(胸腺嘧啶)，A错误；②与G(鸟嘌呤)配对，则②为C(胞嘧啶)，B错误；DNA分子中所含的糖③为脱氧核糖，C错误；DNA两条链中配对的碱基通过④氢键相连，D正确。]

2．下列关于DNA分子的叙述，错误的是(　　)

A．DNA分子由4种脱氧核苷酸组成

B．含G、C碱基对较多的DNA分子热稳定性较高

C．某DNA片段含有100个碱基对，则碱基排列方式有4100种

D．DNA分子中每个脱氧核糖均连接着一个磷酸基团和一个含氮碱基

D　[DNA分子由4种脱氧核苷酸(腺嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸)组成，A正确；由于C－G之间有3个氢键，A－T之间有2个氢键，因此含G、C碱基对较多的DNA分子热稳定性较高，B正确；某DNA片段含有100个碱基对，则碱基排列方式有4100种，C正确；DNA分子中大多数脱氧核糖连接着2个磷酸基团和一个含氮碱基，D错误。]

　DNA分子中的碱基数量的计算规律

1．“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律

(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。

(2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中＝m，在互补链及整个DNA分子中＝m，而且由任一条链转录来的mRNA分子中(A＋U)/(G＋C)仍为m(注：不同DNA分子中m值可不同，显示特异性)。

(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中＝a，则在其互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1(注：不同双链DNA分子中非互补碱基之和的比均为1，无特异性)。

2．涉及DNA单链碱基计算的3个解题步骤

合作探究：如图为不同生物或生物不同器官(细胞)的DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的比值情况，据图回答问题：

(1)猪的不同组织细胞的DNA分子碱基比例大致相同，原因是什么？

提示：不同的组织细胞来源于同一个受精卵的有丝分裂。

(2)上述三种生物中的DNA分子，热稳定性最强的是什么？说出判断的依据。

提示：小麦，根据图中数值可判断小麦中G＋C所占比例最大，而在A与T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键，所以小麦DNA的热稳定性最高。

(3)假设小麦DNA分子中(A＋T)/(G＋C)＝1.2，那么(A＋G)/(T＋C)等于多少？

提示：1。

(4)假如猪的某一DNA分子中有腺嘌呤30%，则该分子一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的多少？

提示：40%。

(5)小麦的DNA分子中，(G＋C)之和占全部碱基的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则它的互补链中，T和C分别占碱基总数的多少？

提示：31.3%、18.7%。

1．下列关于双链DNA分子的叙述，错误的是(　　)

A．若一条链中A和T的数目相等，则另一条链中A和T的数目也相等

B．DNA分子中的嘌呤数与嘧啶数相等

C．DNA分子中，若一条链中A＋T＝26%，则DNA分子中C占37%

D．一般来说，DNA分子中A－T碱基对比例越高越耐高温

D　[在双链DNA分子中，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；在双链DNA中，嘌呤碱基和嘧啶碱基互补配对，故DNA分子中的嘌呤数与嘧啶数相等，B正确；DNA分子中，若一条链中A＋T＝26%，则两条链中A＋T占DNA分子全部碱基的比例也是26%，两条链中G＋C占DNA分子全部碱基的比例为1－26%＝74%，G＝C＝37%，C正确；DNA分子中G和C之间三个氢键相连，A和T之间两个氢键相连，一般来说，DNA分子中G－C碱基对比例越高越耐高温，D错误。]

2．某双链DNA分子中共有含氮碱基1 400个，其中一条单链上(A＋T)/(C＋G)＝2/5，则该DNA分子中胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是(　　)

A．150个　　　　 B．200个

C．300个     D．400个

B　[双链DNA分子中共有含氮碱基1 400个，其中一条单链上(A＋T)/(C＋G)＝2/5，则该链中的A＋T＝1 400×1/2×2/7＝200，那么其互补链中的A＋T＝200，整个DNA分子中的A＋T＝200×2＝400，又DNA分子中的A＝T，所以该DNA分子中胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是200。故选B。]

[课堂小结]

1．下列是脱氧核苷酸的结构图，正确的是(　　)

A　　　　　　　　B

C　　　　　　　　D

D　[组成脱氧核苷酸的各种分子间正确的连接方式是磷酸—脱氧核糖—含氮碱基，并且含氮碱基应连接在脱氧核糖的1号碳原子上，磷酸连接在脱氧核糖的5号碳原子上，故选D。]

2．下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是(　　)

A．每个DNA分子中通常都含有四种脱氧核苷酸

B．DNA分子的两条链反向平行

C．DNA两条链上的碱基以氢键相连，且A与T配对，G与C配对

D．DNA分子长链的每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基

D　[DNA分子长链结束部位的脱氧核糖上连接着一个磷酸和一个碱基，其他脱氧核糖上连接两个磷酸和一个碱基，D项错误。]

3．如图是一个DNA分子的片段，从图中不能得到的信息是(　　)

A．DNA是双螺旋结构

B．碱基严格互补配对

C．嘌呤数等于嘧啶数

D．两条脱氧核苷酸链反向平行

D　[由图示可以看出，DNA是双螺旋结构，且两条链之间的碱基严格互补配对，即嘌呤数等于嘧啶数；从题中不能看出两条链的方向，故选D。]

4．“DNA指纹技术”在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大，这主要是根据DNA具有(　　)

A．稳定性　 B．特异性

C．多样性     D．可变性

B　[每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，即DNA分子具有特异性，根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。]

5．如图为DNA的部分结构示意图，请据图回答下列问题：

(1)建立DNA分子立体模型的科学家认为DNA分子的空间结构是________________。

(2)图中③的名称是________；⑥表示________；表示DNA基本组成单位的标号是________。

(3)构成DNA分子基本骨架的组成成分在图中的标号是________。

解析：(1)DNA分子的空间结构是(规则的)双螺旋结构。(2)图中③的名称是碱基对；⑥表示脱氧核糖；表示DNA基本组成单位的是⑦脱氧核苷酸，由一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成。(3)构成DNA分子基本骨架的组成成分在图中的标号是⑤磷酸基团和⑥脱氧核糖。

答案：(1)(规则的)双螺旋结构　(2)碱基对　脱氧核糖

⑦　(3)⑤⑥