2019-2020学年高中生物 第2章 遗传信息传递的结构基础 第2节 DNA贮存遗传信息 第3课时

第3课时DNA双螺旋结构模型的制作、遗传信息的多样性及基因的本质1．体验DNA分子双螺旋结构模型的制作过程，学会制作DNA分子的模型。2．掌握DNA分子的结构特点并会进行相应的碱基计算。3．理解DNA遗传信息的多样性及基因的本质。一、制作DNA分子双螺旋结构模型1．制作原理：DNA双螺旋结构特点。2．制作方法(1)使用各种材料分别“制作”若干个磷酸、脱氧核糖、碱基；将各种配件整合在一起，并连接成脱氧核苷酸链；连接两条脱氧核苷酸链，拼成DNA分子平面结构图；再“旋转”成双螺旋结构。(2)根据设计计划，对制作的DNA分子双螺旋结构模型进行检查，对模型的不足加以修正。3．注意事项(1)熟悉制作模型用的各种零件代表的物质，写出4种碱基的字母名称。(2)两条链的长度、碱基总数一致，碱基互补、方向相反。(3)磷酸、脱氧核糖、碱基三者之间的连接部位要正确。(4)制作中各零件连接应牢固，避免旋转时脱落。(5)各组模型制作以不同数量和顺序的A—T、C—G、T—A、G—C四种碱基对排列，领悟DNA分子的多样性。二、DNA分子的遗传信息多样性1．生物的遗传信息是指DNA上核苷酸的排列顺序，从DNA的化学结构来看，是碱基的排列排序决定了遗传信息的功能和蛋白质的种类与特性。2．特点(1)多样性：碱基排列顺序的千变万化。(2)特异性：每一个DNA分子有特定的碱基排列顺序。3．与生物体多样性和特异性的关系DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。三、基因和遗传信息的关系基因是DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列。不同基因的碱基排列顺序不同，所蕴藏的遗传信息不同，因此控制着不同性状的表达。判一判(1)制作DNA双螺旋模型时，碱基一定存在如下数量关系：A＝T，G＝C。(√)(2)不同DNA分子的不同碱基排列顺序构成了DNA分子遗传信息的特异性。(×)(3)基因是DNA上的一个个片段。(×)(4)DNA分子的多样性和特异性必然导致基因中遗传信息的多样性和特异性。(√)制作DNA双螺旋结构模型及DNA遗传信息的多样性1．制作原理：DNA的脱氧核苷酸双链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧。碱基排列在内侧，碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。2．制作程序(1)制作若干个磷酸、脱氧核糖、碱基↓整合(2)若干个脱氧核苷酸↓连接(3)脱氧核苷酸链↓两条(4)DNA分子的平面结构↓旋转(5)DNA分子双螺旋结构3．通过模型分析DNA分子结构的特点(1)稳定性：①DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。②DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架。③DNA分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。④DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。(2)多样性：DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样。(3)特异性：每一个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。4．遗传信息蕴藏在DNA分子的4种碱基的排列顺序中，所以DNA分子的多样性和特异性必然导致基因中遗传信息的多样性和特异性。突破1DNA双螺旋结构模型的制作1．在搭建DNA分子模型的实验中，若有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个脱氧核苷酸B．所搭建的DNA分子片段最长为7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4碱基对的DNA分子片段解析：选D。A项错误，脱氧核糖和磷酸之间的连接物为14个，最多能搭建出14个脱氧核苷酸。B项错误，由单个脱氧核苷酸连成脱氧核苷酸链时，还需要脱氧核糖与磷酸之间的连接物，14个连接物在形成双链DNA时，1条DNA单链上最多有7个脱氧核糖和磷酸之间的连接物，最多可形成4个碱基对。C项错误，根据DNA双链中碱基互补配对原则可知，可以有A—T碱基对3对；G—C碱基对4对，所能搭建出的DNA远不足410种。D项正确，受脱氧核糖与磷酸之间的连接物的限制，最多可形成4个碱基对。突破2DNA分子结构的特点及DNA遗传信息的多样性2．DNA分子具有多样性和特异性是由于()A．DNA分子是高分子化合物，相对分子质量大B．DNA分子中碱基数目很多，能形成很多氢键C．DNA分子中两条链上的脱氧核糖和磷酸之间的排列顺序变化多端D．DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化，但在特定的DNA分子中碱基对排列顺序不变解析：选D。DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化，构成了DNA分子的多样性，而特定的碱基对排列顺序又构成了特定的DNA分子。DNA分子中的相关计算1．DNA分子中两条单链上碱基总数相等；在整个DNA分子中A＝T，G＝C。2．DNA分子两条链之间存在着A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2的关系。3．互补碱基之和的比值A1＋T1G1＋C1＝A2＋T2G2＋C2＝A1＋T1＋A2＋T2G1＋C1＋G2＋C2即在已知链、互补链和整个DNA分子中A＋TG＋C相等。4．互补碱基所占比例A1＋T1在a链中所占的比例等于A2＋T2在b链中所占的比例，等于A1＋T1＋A2＋T2在整个DNA分子中所占的比例。即A1＋T1A1＋T1＋C1＋G1＝A2＋T2A2＋T2＋C2＋G2＝A＋TA＋T＋C＋G同理：G1＋C1A1＋T1＋C1＋G1＝G2＋C2A2＋T2＋C2＋G2＝G＋CA＋T＋G＋C(注：A＝A1＋A2，T＝T1＋T2，G＝G1＋G2，C＝C1＋C2)5．非互补碱基之和的比值A1＋G1T1＋C1＝T2＋C2A2＋G2；A1＋G1＋A2＋G2T2＋C2＋T1＋C1＝1即在已知链与互补链之间A＋GT＋C互为倒数，在整个DNA分子中A＋GT＋C的比值为1。碱基比例与双链DNA分子的共性及特异性(1)共性：不因生物种类的不同而不同AT＝TA＝1；GC＝CG＝1；A＋CT＋G＝A＋GT＋C＝1(2)特异性：A＋TG＋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。1．若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子一条链上的A占这个链碱基的18%，则另一条链上的A的比例是()A．9%B．27%C．28%D．46%解析：选C。G占整个DNA分子的27%，依碱基互补配对原则可知：G＝C＝27%，G＋C＝54%，那么A＋T＝1－54%＝46%，又因为它的任何一条链中A＋T＝46%，其中一条链中的A＝18%，则此链中T＝46%－18%＝28%，另一条链中A＝28%。2．某DNA分子中，胞嘧啶与鸟嘌呤共占碱基总量的46%，其中一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的28%，则另一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的百分比为()A．46%B．26%C．54%D．24%解析：选B。解法一：根据碱基互补配对原则，列出：(GH＋CH)%＝(CL＋GL)%＝总(G＋C)%，故GL＋CL＝46%。同理，(AH＋TH)%＝(AL＋TL)%＝总(A＋T)%，即AL＋TL＝54%，AH＝TL＝28%，故AL＝54%－28%＝26%。解法二：假设这段DNA共包含100对碱基，则H链和L链各有100个碱基，根据题意：G＋C＝46%，即G＋C＝200×46%＝92个。剩下A＋T＝108个，A＝T＝54个。又已知：AH＝28%，即AH＝28个，则AL＝A－AH＝26个，所以AL＝26/100×100%＝26%。解答此类问题分三步第一步：弄清题干所给的碱基比例是占整个DNA分子的比例，还是占一条链的碱基比例。第二步：画一个DNA分子简图，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。第三步：根据碱基互补配对原则及其推论进行解答。理解基因本质1．对基因的全面理解(1)与性状的关系：基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能的基本单位，特定基因控制特定的性状。(2)与DNA的关系：基因是有遗传效应的DNA片段，每个DNA分子上有许多基因。(3)基因的位置：基因主要位于染色体上，呈线性排列，染色体是基因的主要载体，此外有些基因位于线粒体、叶绿体上，称为质基因。(4)与遗传信息的关系：基因的脱氧核苷酸的排列顺序包含着遗传信息，对于某个基因来说其脱氧核苷酸的排列顺序是固定不变的，而不同基因的脱氧核苷酸排列顺序又是不同的。(5)与细胞的关系：同一个体的不同类型的体细胞含有相同基因，因为它们由同一个受精卵经有丝分裂形成。2．脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系(1)图解(2)范围大小1．下图是果蝇某条染色体上的一段DNA分子的示意图。下列说法正确的是()A．白眼基因含有多个核糖核苷酸B．白眼基因是有遗传效应的DNA片段C．白眼基因位于细胞质内D．白眼基因基本组成单位是4种碱基解析：选B。基因是有遗传效应的DNA片段，其基本组成单位与DNA相同，即为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸共有4种，故B正确、D错误；每个DNA分子上含有很多个基因，每个基因中含有许多个脱氧核苷酸，故A错误；染色体是DNA的主要载体，白眼基因位于染色体上，是细胞核基因，故C错误。2．如图表示基因与染色体之间的关系，下列相关叙述中，错误的是()A．H是遗传物质的主要载体B．C的种类有五种C．E在H上呈线性排列D．E中的遗传信息在复制过程中严格遵循碱基互补配对原则解析：选B。A项：细胞核中的遗传物质全部分布在染色体上，但细胞质中的遗传物质分布在线粒体和叶绿体中，所以说染色体是遗传物质的主要载体。B项：因为D是构成DNA的基本单位——脱氧核苷酸，所以C(碱基)只有四种。C项：基因是具有遗传效应的DNA片段，基因在染色体上呈线性排列。D项：基因在复制过程中要严格遵循碱基互补配对原则，以确保遗传信息准确地传递给子代。核心知识小结[要点回眸][规范答题]1．双链DNA分子中，嘌呤碱基数．．．．．＝嘧啶碱．．．基数．．，即A．＋．G．＝．T．＋．C．。2．互补碱基之和的比例在DNA的任何一条链及整个DNA分子中都相等．．。3．在DNA分子中，含G．—．C．碱基对越多．．．．．的DNA分子相对越稳定．．．。4．非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数．．，而在整个DNA分子中比值为．．．1．。5．基因是有遗传效应的．．．．．DNA．．．片段．．。6．DNA中碱基对的排列顺序．．．．．．．．表示遗传信息。7．DNA分子具有多样性．．．、特异性和稳定性．．．．．．．。[随堂检测]1．下图是四位同学制作的DNA分子结构模型，其中正确的是()解析：选B。DNA各组成部分的连接有以下三点规律：①在一个脱氧核苷酸中，脱氧核糖位于中心；②DNA分子一条链中，磷酸与脱氧核糖交替排列；③相同的部分之间都不直接相连。2．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．碱基排列顺序C．碱基互补配对的原则D．嘌呤总数与嘧啶总数的比值解析：选B。DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成，其中磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，这种顺序稳定不变；碱基排列在内侧，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则，碱基配对原则固定不变，从而使嘌呤数与嘧啶数相等，这些都是DNA分子具有稳定性的原因。而DNA分子的特异性取决于脱氧核苷酸的数量和排列顺序，从DNA化学结构来看，决定核苷酸差异的是碱基，即碱基的排列顺序决定DNA遗传特异性。3．DNA分子的一条单链中A＋GT＋C＝0．4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是()A．0．4，1B．2．5，1C．0．4，0．4D．0．6，1解析：选B。可直接套用推论：DNA分子的一条单链中A＋GT＋C＝a，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是1a和1。4．某DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链(b)上的G占DNA分子碱基总数的比例是()A．35%B．29%C．28%D．17．5%解析：选D。已知该DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的比例为44%，根据碱基互补配对原则可