第3章基因的本質(zhì)

第2節(jié)DNA的結構學習目標：1.沃森和克里克是怎樣揭示DNA的雙螺旋結構的?這一研究過程給我們哪些啟示?2.DNA的雙螺旋結構有哪些主要特點?坐落于北京中關村高科技園區(qū)的DNA雕塑，以它簡潔而獨特的雙螺旋造型吸引著過往行人。你知道為什么將它作為高科技的標志嗎?上網(wǎng)查閱有關DNA的信息，收集你感興趣的資料與同學交流共享。問題探討探究點一：DNA雙螺旋模型的構建Ⅰ.1868年瑞士化學家米歇爾，首次從膿細胞分離出細胞核中得到一種含氮和磷特別豐富的沉淀物質(zhì)，有酸性，稱之為“核質(zhì)”。Ⅱ.1889年艾特曼將“核質(zhì)”作了純化處理，把其中的蛋白質(zhì)除掉，并將這不含蛋白質(zhì)的來自細胞核內(nèi)的物質(zhì)定名為“核酸”。Ⅲ.20世紀20年代，德國生理學家柯塞爾和他的學生瓊斯、列文共同研究，才搞清楚核酸的化學成分及其最簡單的基本結構。Ⅳ.在1929年，科學家確定了核酸有兩種：一種是脫氧核糖核酸，另一種是核糖核酸。Ⅴ.經(jīng)過格里菲斯、艾弗里、赫爾希、蔡斯等人的工作，最終證明了核酸是遺傳物質(zhì)。Ⅵ.在富蘭克林、威爾金斯、沃森、克里克等科學家的努力下，最終于1953年，揭秘了DNA的分子結構特點。Ⅰ.基礎回顧探究點一：DNA雙螺旋模型的構建1.DNA的中文名稱是什么？脫氧核糖核酸2.DNA分子的基本結構單位是什么？脫氧(核糖)核苷酸3.DNA初步水解產(chǎn)物和徹底水解產(chǎn)物分別是什么？4種脫氧核苷酸；脫氧核糖、磷酸、4種含氮堿基(A、G、T、C)4.作為遺傳物質(zhì)必須具備什么特點？①結構比較穩(wěn)定，但在特殊情況下有能發(fā)生突變，并能把突變遺傳給后代②能夠精確的復制自己，使前后代具有一定的連續(xù)性③具有貯存大量遺傳信息的能力④能夠指導物質(zhì)的合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝過程Ⅱ.雙螺旋模型的探究歷程探究點一：DNA雙螺旋模型的構建在確信DNA是生物體的遺傳物質(zhì)后，人們更加迫切地想知道：DNA是怎樣儲存遺傳信息的?又是怎樣決定生物性狀的?要回答這些問題，首先需要弄清楚DNA的結構。由此展開了由功能到結構的激烈角逐。在對DNA結構的探索中，于1953年摘取桂冠的是兩位年輕的科學家一美國生物學家沃森和英國物理學家克里克，DNA雙螺旋結構的揭示是劃時代的偉大發(fā)現(xiàn)，在生物學的發(fā)展中具有里程碑式的意義?？死锟?物理學家，對X射線晶體衍射圖譜的分析十分熟悉。能夠幫助沃森理解晶體學原理。沃森:生物學家，可以幫助克里克理解生物學的內(nèi)容。Ⅱ.雙螺旋模型的探究歷程探究點一：DNA雙螺旋模型的構建資料1：20世紀30年代，科學家認識到：DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、C、G四種堿基。資料2：1951年11月，英國科學家家威爾金斯(M.Wilkins，1916—2004)和同事富蘭克林(R.E.Franklin，1920—1958)應用X射線衍射技術獲得了高質(zhì)量的DNA衍射圖譜。沃森和克里克推測出DNA分子呈螺旋形的。他們先后建構了多種不同雙螺旋、三螺旋模型。資料3：1952年，奧地利生物化學家查哥夫(E.Chargaff，1905—2002)發(fā)現(xiàn)：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鳥嘌呤的量等于胞嘧啶的量。Ⅱ.雙螺旋模型的探究歷程探究點一：DNA雙螺旋模型的構建在這個模型中，A與T配對，G與C配對，DNA兩條鏈的方向是相反的。結果發(fā)現(xiàn)：A—T堿基對與G—C堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有恒定的直徑，能夠解釋A、T、G、C的數(shù)量關系。當他們把這個用金屬材料制作的模型與拍攝的X射線衍射照片比較時，發(fā)現(xiàn)模型與基于照片推算出的DNA雙螺旋結構相符。1953年，沃森和克里克撰寫的《核酸的分子結構—脫氧核糖核酸的一個結構模型》論文在英國《自然》雜志上刊載，引起了極大的轟動。1962年，沃森、克里克和威爾金斯三人因這一-研究成果共同獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。據(jù)此，沃森和克里克他們構建了一個將堿基安排在雙鏈螺旋內(nèi)部，脫氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型。1.請你根據(jù)資料回答有關DNA結構方面的問題。(1)DNA是由幾條鏈構成的?它具有怎樣的立體結構?DNA是由兩條鏈構成的它的立體結構為：DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構(2)DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的?它們分別位于DNA的什么部位?DNA的基本骨架由脫氧核糖和磷酸組成，它們排列在DNA的外側(cè)(3)DNA中的堿基是如何配對的?它們位于DNA的什么部位?DNA中的堿基通過氫鍵連接成堿基對，它們位于DNA的內(nèi)側(cè)。堿基配對具有一定的規(guī)律：A一定與T配對；G一定與C配對2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的雙螺旋結構，是科學家合作研究的典范，在科學界傳為佳話。他們的這種工作方式給予你哪些啟示?要善于利用他人的研究成果和經(jīng)驗；要善于與他人交流、合作，閃光的思想是在交流與碰撞中獲得的；研究小組成員在知識背景上最好是互補的，對所從事的研究要有興趣和激情Ⅱ.雙螺旋模型的探究歷程探究點一：DNA雙螺旋模型的構建Ⅰ.DNA的結構特點探究點二：DNA的結構脫氧核糖上與堿基相連的碳叫作1’-C，與磷酸基團相連的碳叫作5’-C。DNA的每一條單鏈都具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團，這一端稱作5’端，另一端有一個羥基(-OH)，稱作3’端。DNA的兩條單鏈走向相反，從雙鏈的一端起始，一條單鏈是從5’端到3’端的，另一條單鏈則是從3’端到5’端的。Ⅰ.DNA的結構特點探究點二：DNA的結構DNA雙螺旋結構的主要特點如下：①DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構②DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)③兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對具有一定的規(guī)律：A(腺嘌呤)一定與T(胸腺嘧啶)配對；G(鳥嘌呤)一定與C(胞嘧啶)配對，堿基之間的這種一一對應的關系，叫作堿基互補配對原則④A與T之間形成2個氫鍵，G與C之間形成3個氫鍵，氫鍵越多，DNA越穩(wěn)定DNA結構的特征：五種元素；四種基本單位；三種成分；兩條鏈；一種結構①在雙鏈DNA分子中，脫氧核苷酸和堿基的比值是多少?②在雙鏈DNA分子中，1條單鏈中的相鄰堿基是怎樣連接的?③在雙鏈DNA分子中，有幾個游離的磷酸基團？1個磷酸與幾個脫氧核糖相連？1個脫氧核糖與幾個磷酸相連？2條鏈的堿基通過什么相連？

④若圖中1鏈的序列是5’-ACTGGT-3’，那另一條鏈的序列是什么?Ⅰ.DNA的結構特點探究點二：DNA的結構①1∶1②通過“脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖”相連接。③2個；1個或2個；1個或2個；氫鍵④3'-TGACCA-5'1．組成DNA分子的基本單位是4種脫氧核苷酸，其中所含的堿基是A、U、G、C。()2．DNA的兩條脫氧核糖核苷酸鏈反向平行盤旋成雙螺旋結構。()3．在DNA分子的一條鏈上，堿基A和T可以兩個氫鍵相連接。(

)4.下列關于DNA結構的敘述，不正確的是(

)A．每個DNA中通常都含有四種脫氧核苷酸B．DNA的兩條鏈反向平行C．DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連，A與T配對，G與C配對，且A—T之間有兩個氫鍵D．每個脫氧核糖上均連接著一個磷酸和一個堿基錯、對、錯DⅠ.DNA的結構特點探究點二：DNA的結構Ⅰ.DNA的結構特點探究點二：DNA的結構寫出①～⑩代表的名稱：①胞嘧啶②腺嘌呤③鳥嘌呤④胸腺嘧啶⑤脫氧核糖⑥磷酸⑦脫氧核苷酸⑧堿基對⑨氫鍵⑥一條脫氧核苷酸鏈的片段DNA分子中堿基的計算問題探究點三：DNA中的相關計算在雙鏈DNA分子中，嘌呤數(shù)(A＋G)＝嘧啶數(shù)(T＋C)。由于兩條鏈互補，故有下列關系：A1=T2；G1=C2；C1=G2；T1=A2

1.已知一含150個磷酸的雙鏈DNA分子中有腺嘌呤25個，DNA分子中有多少個胞嘧啶？2.某雙鏈DNA的分子中，鳥嘌呤的分子數(shù)占堿基總數(shù)的22%，那么胸腺嘧啶的分子數(shù)占堿基總數(shù)的比值是多少？3.在雙鏈DNA的一條鏈中A占22%，另一條鏈中A占24%，在整個DNA分子中，A占多少？4.DNA的一條鏈中(A+G)/(T+C)=0.4，上述比例在其互補鏈和整個DNA分子中分別是多少？5.在雙鏈DNA分子中，G和C之和占全部堿基的48%，其中一條鏈的腺嘌呤占該鏈堿基總數(shù)的24%，則另一條鏈中的A占該鏈堿基總數(shù)的百分比為多少？6.在雙鏈DNA分子中，A與T之和占全部堿基總數(shù)的42%，若其中一條鏈的C占該鏈堿基總數(shù)的24%，T占30%，則另一條鏈上C、T分別占該鏈堿基總數(shù)的百分比是多少？7.某雙鏈DNA分子一條鏈上(A＋T)/(G＋C)的值為0.3，則在整個DNA分子中A:T:G:C為多少？8.在一個雙鏈DNA分子中A占22%，則A在其中一條單鏈中的數(shù)值范圍是多少？9.在某雙鏈DNA中，堿基總數(shù)為1000，其中腺嘌呤200個，則該DNA分子中有氫鍵多少個？10.含200個堿基的DNA片段中有氫鍵260個，該DNA片段C和G構成的堿基對是多少？DNA分子中堿基的計算問題探究點三：DNA中的相關計算針對訓練答案：①50；②28%；③23%；④2.5和1；⑤28%；⑥34%和12%；⑦3：3：10：10；⑧[0，44%]；⑨1300；⑩601.雙鏈DNA的組成分析表明下列的相關比值其中有一個是可變的（B）A.A/TB.（A+T）/（G+C）C.G/CD.（A+G）/（T+C）2.某生物鳥嘌呤：胞嘧啶=3:1，則該生物不可能是（C）A.大腸桿菌B.流感病毒

C.T2噬菌體

D.人體細胞3.現(xiàn)有一待測核酸樣品，經(jīng)檢測后，對堿基個數(shù)統(tǒng)計和計算得到下列結果：(A+T)/(G+C)=1，(A+G)/(T+C)=1，根據(jù)此結果，該樣品（C）A.無法確定是DNA還是RNAB.可確定為雙鏈DNAC.無法確定是單鏈DNA還是雙鏈DNAD.可確定為單鏈DNA4.在含有4種堿基的DNA區(qū)段中，腺嘌呤有a個，占該區(qū)段全部堿基的比例為b，則（C）

A.b≤0.5B.b≥0.5C.胞嘧啶為a(1/2b-1)個

D.胞嘧啶為b(1/2a-1)個DNA分子中堿基的計算問題探究點三：DNA中的相關計算針對訓練4.某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA分子的堿基組成，根據(jù)測定結果繪制了DNA分子中堿基數(shù)目比值的關系圖，下列正確的是（C）DNA分子中堿基的計算問題探究點三：DNA中的相關計算針對訓練如圖為不同生物或不同器官(細胞)的DNA分子中(A+T)/(G+C)的比值情況，據(jù)圖回答問題：(1)豬的不同組織細胞的DNA分子中(A+T)/(G+C)的比值大致相同，原因是____(2)上述三種生物中的DNA分子，熱穩(wěn)定性最強的是____(3)假設小麥DNA分子中(A+T)/(G+C)=1.2，那么(A+G)/(T+C)=____。(4)假如豬的某一DNA分子中有腺嘌呤30%，則該分子一條鏈上鳥嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基總數(shù)的____。DNA分子中堿基的計算問題探究點三：DNA中的相關計算針對訓練答案：①不同的組織細胞來源于同一個受精卵的有絲分裂②小麥；③1；④40%探究·實踐探究點四：制作DNA雙螺旋結構模型目的要求通過制作模型，加深對DNA結構特點的認識和理解。材料用具曲別針、泡沫塑料、紙片、扭扭棒、牙簽、橡皮泥、鐵絲等。模型設計1.制作磷酸脫氧核糖和含氮堿基的模型材料時，須注意各分子的大小比例。2.磷酸、脫氧核糖和含氮堿基三者之間的連接部位要正確。3.制作兩條長鏈時，注意每條鏈上堿基總數(shù)要一致．堿基對間應是互補配對的兩條鏈方向是相反的。制作過程制作脫氧核苷酸模型制作多核苷酸長鏈模型制作DNA平面結構模型制作DNA立體結構模型探究·實踐探究點四：制作DNA雙螺旋結構模型討論1.DNA只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能夠儲存足夠量的遺傳信息?DNA雖然只含有4種脫氧核苷酸，但是堿基的排列順序卻是千變?nèi)f化的。堿基排列順序的千變?nèi)f化，使DNA儲存了大量的遺傳信息。2.DNA是如何維系它的遺傳穩(wěn)定性的?(1)靠DNA堿基對之間的氫鍵維系兩條鏈的偶聯(lián)；(2)在DNA的雙螺旋結構中，由于堿基對平面之間相互靠近，形成了與堿基對平面垂直方向的相互作用力。3.你能夠根據(jù)DNA的結構特點，設想DNA的復制方式嗎?提示:不一定要求答出半保留復制，可以從DNA的結構來進行推測，如從堿基互補配對原則出發(fā)去思考。某學生制作的以下堿基對模型中，正確的是(B)探究·實踐探究點四：制作DNA雙螺旋結構模型234561789123456人的遺傳信息主要分布于染色體的DNA中。兩個隨機個體具有相同DNA序列的可能性微乎其微。因此，DNA可以像指紋一樣用來識別身份，這種方法就是DNA指紋技術。應用DNA指紋技術時，首先需要用合適的酶將待檢測的樣品DNA切成片段，然后用電泳的方法將這些片段按大小分開，再經(jīng)過一系列步驟，最后形成如右圖所示的DNA指紋圖。因為每個人的DNA指紋圖是獨一無二的，所以我們可以根據(jù)分析指紋圖的吻合程度來幫助確認身份。DNA指紋技術科學?技術?社會在現(xiàn)代刑偵領域中，DNA指紋技術發(fā)揮著越來越重要的作用。只