高中生物DNA贮存遗传信息第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学案北师大版必修2.docx

高中生物DNA贮存遗传信息第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学案北师大版必修2.docx

《高中生物DNA贮存遗传信息第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学案北师大版必修2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中生物DNA贮存遗传信息第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学案北师大版必修2.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中生物DNA贮存遗传信息第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学案北师大版必修2

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1　DNA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2　DNA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

＝

＝

即在已知链、互补链和整个DNA分子中

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

＝

＝

同理：

＝

＝

（注：

A＝A1＋A2，T＝T1＋T2，G＝G1＋G2，C＝C1＋C2）

5．非互补碱基之和的比值

＝

；

＝1

即在已知链与互补链之间

互为倒数，在整个DNA分子中

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

＝

＝1；

＝

＝1；

＝

＝1

（2）特异性：

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

＝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．2．5，1

C．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，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是

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知，A＝T，G＝C，所以A＝T＝22%，则G＝C＝50%－22%＝28%。

又已知一条链（a）上的G占该链碱基总数的21%，即G1＝21%，在双链DNA分子中，G＝（G1＋G2）/2，解得互补链（b）上G2＝2G－G1＝35%，则G2占双链碱基总数的比例为35%/2＝17．5%。

5．下列有关真核生物基因的叙述中，不正确的是（　　）

A．基因是遗传信息的携带者

B．所有基因都在染色体上呈线性排列

C．基因是有遗传效应的DNA片段

D．相同基因在一个四分体上可达到4个

解析：

选B。

基因上脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息，A项正确；核内基因在染色体上呈线性排列，线粒体和叶绿体内的基因位于裸露的DNA上，B项错误；基因是有遗传效应的DNA片段，C项正确；四分体含有4条染色单体，4个DNA分子，其上相同位置上可能有4个相同基因，D项正确。

6．已知双链DNA分子的一条链中（A＋G）/（T＋C）＝m，求：

（1）在其互补链中的上述比例是________，据此可得出的结论是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）在整个DNA分子中，上述比例为________，据此可得出的结论是________________________________________________________________________。

（3）如果在一单链中，（A＋T）/（G＋C）＝n，求：

①在其互补链中的上述比例是________。

②在整个DNA分子中上述比例为________。

③据①和②可得出的结论是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）如果整个DNA分子中共有400个碱基对，其中胸腺嘧啶120个，那么DNA分子中含有氢键和游离磷酸基的个数分别为________个和________个。

（5）在不同DNA分子中，因生物种类而异的碱基比例是________________________。

解析：

（1）设DNA双链分别为a链和b链，a链为已知链，b链为互补链。

根据碱基互补配对原则，在双链DNA分子中有如下关系：

Aa＝Tb、Ab＝Ta、Ga＝Cb、Gb＝Ca，所以（Aa＋Ga）/（Ta＋Ca）＝（Tb＋Cb）/（Ab＋Gb）＝m，其互补链中（Ab＋Gb）/（Tb＋Cb）＝1/m，即两条互补链中的该比例互为倒数。

在实际解题过程中，可按以下简图形式“直观地”求解。

由图可知，两条链上、下对应的碱基数相等，故互补链中（T＋C）/（A＋G）＝m，则该链中（A＋G）/（T＋C）＝1/m。

（2）在双链DNA分子中，由于A＝T、G＝C，所以（A＋G）/（T＋C）＝1，即“整个双链DNA分子中的嘌呤碱基之和等于嘧啶碱基之和”。

（3）①根据以上分析可知，整个DNA分子中有：

Aa＋Ta＝Tb＋Ab，Ga＋Ca＝Cb＋Gb，所以有（Aa＋Ta）/（Ga＋Ca）＝（Ab＋Tb）/（Gb＋Cb）＝n。

②整个DNA分子中Aa＝Tb、Ab＝Ta、Ga＝Cb、Gb＝Ca，所以有（A＋T）/（G＋C）＝[（Aa＋Ab）＋（Ta＋Tb）]/[（Ga＋Gb）＋（Ca＋Cb）]＝2（Aa＋Ta）/2（Ga＋Ca）＝n。

③根据①和②知，整个DNA分子中，（A＋T）/（G＋C）与分子内任一条链上的该比例相同。

（4）A＝T＝120个，C＝G＝400－120＝280个，该DNA分子中含有氢键的个数为120×2＋280×3＝1080个；每条脱氧核苷酸链中都有一个游离的磷酸，因此一个DNA分子中有两个游离的磷酸。

（5）在双链DNA分子中，根据碱基互补配对原则A＝T、G＝C可知，在所有的双链DNA分子中存在（A＋G）/（T＋C）＝（A＋C）/（T＋G）＝1、C/G＝A/T＝1的关系，它们不能反映物种的特异性，但（A＋T）/（G＋C）的值在不同的生物中是不同的，可反映出物种的特异性。

答案：

（1）1/m　两条互补链中（A＋G）/（T＋C）的比例互为倒数　

（2）1　整个双链DNA分子中，嘌呤碱基之和等于嘧啶碱基之和　（3）①n　②n　③在整个DNA分子中，（A＋T）/（G＋C）的比例与任一条链上的该比例相同

（4）1080　2　（5）（A＋T）/（G＋C）

[课时作业]

一、选择题

1．某同学制作的DNA双螺旋结构模型中，在一条链中所用碱基模型A∶C∶T∶G为1∶2∶3∶4，则该模型中四种碱基模型的比例应为（　　）

A．1∶2∶3∶4B．3∶4∶1∶2

C．1∶1∶1∶1D．2∶3∶2∶3

解析：

选D。

DNA双链中A与T配对，C与G配对，所以已知比例的这条链上的A数量与另一条链上的T数量相等，C数量与另一条链上的G数量相等，故另一条链中A、C、T、G数量之比为3∶4∶1∶2，两比值对应相加，即得到整个DNA双链中四种碱基数量比为2∶3∶2∶3。

2．在含有四种碱基的DNA片段中，有腺嘌呤a个，占该片段全部碱基的比例为b，则（　　）

A．b≤0．5B．b≥0．5

C．胞嘧啶为a（1/2b－1）个D．胞嘧啶为b（1/2a－1）个

解析：

选C。

由题意知，该DNA片段中含有A、G、C、T四种碱基。

在双链DNA分子中A＝T，所以b<0．5，不可能等于0．5，所以A项、B项错误。

在DNA分子中，A有a个，占全部碱基的比例为b，则碱基总数为a/b。

所以（A＋G）＝a/2b个，G＝C＝a/2b－a＝a（1/2b－1）个。

3．某DNA分子中，G＋C之和占全部碱基的35．8%，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分别占该链碱基总数的（　　）

A．32．9%和17．1%B．31．3%和18．7%

C．18．7%和31．3%D．17．1%和32．9%

解析：

选B。

由于DNA分子中（G＋C）之和在整体中的比例与在单链DNA中该比例均相等，可推出该已知链中G＋C＝35．8%，又因T与C分别占32．9%与17．1%，可求出该链中的A为1－（G＋C＋T）＝1－（35．8%＋32．9%）＝31．3%，G＝35．8%－17．1%＝18．7%。

其互补链中T和C应与该链中A与G的含量相等。

4．如表为生物学家在分析大麦、果蝇、猪、牛和人等生物DNA碱基比率时得到的结果：

生物的种类

大麦

果蝇

猪

牛

人

1．21

1．37

1．43

1．31

1．52

根据上表，可获得的最恰当的结论是（　　）

A．DNA分子具有特异性

B．DNA分子具有多样性

C．DNA分子具有遗传性

D．DNA分子具有特异性和多样性

解析：

选D。

在双链DNA分子中，A＝T，G＝C，但

的比值因生物种类不同而不同，每一种生物都有其特定的比值，这就构成了DNA分子的特异性；不同生物，其比值又不同，这就构成了DNA分子的多样性。

5．某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（　　）

解析：

选C。

A项，无论DNA分子的一条单链中（A＋C）/（T＋G）的值为多少，整个DNA分子中（A＋C）/（T＋G）都等于1。

B项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中（A＋C）/（T＋G）的值与其互补链中的（A＋C）/（T＋G）的值互为倒数。

C项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中（A＋T）/（G＋C）的值与整个DNA分子中（A＋T）/（G＋C）的值相等。

D项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中（A＋T）/（G＋C）的值与其互补链中（A＋T）/（G＋C）的值相等。

6．最新研究表明，人类24条染色体上含有3万～4万个蛋白质编码基因。

这一事实说明（　　）

A．基因是DNA上有遗传效应的片段

B．基因是染色体

C．1条染色体上有许多个基因

D．基因只存在于染色体上

解析：

选C。

人类24条染色体上含有3万～4万个蛋白质编码基因，说明1条染色体上含有许多个基因；线粒体内基因就不在染色体上。

二、非选择题

7．DNA指纹技术正发挥着越来越重要的作用，在亲子鉴定、侦查罪犯等方面是目前最为可靠的鉴定技术。

请思考回答下列有关DNA指纹技术的问题：

（1）如图为通过提取某小孩和其母亲以及待测定的三位男性的DNA并进行DNA指纹鉴定的部分结果。

则该小孩的真正生物学父亲是________。

（2）现在已知除了同卵双生双胞胎外，每个人的DNA都是独一无二的，就好像指纹一样，这说明了DNA分子具有________性。

（3）为什么用DNA做亲子鉴定，而不用RNA?

________________________________________________________________________。

解析：

（1）观察图知，孩子的DNA指纹图谱一部分与母亲相同，另一部分应该与父亲的DNA指纹图谱相同，所以孩子的真正生物学父亲是B。

（2）除同卵双生双胞胎外，每个人的DNA不同且每个人的DNA是独一无二的，说明了DNA分子具有特异性。

（3）DNA是人类的遗传物质，所以用DNA做亲子鉴定。

答案：

（1）B　

（2）特异　（3）因为DNA是人类的遗传物质

8．如图所示细胞中与基因有关的物质或结构，请分析并回答：

元素g

（1）细胞内的遗传物质是[　]________，基因和b的关系是________________________。

（2）遗传物质的主要载体是[　]________，基因和a的关系是________________________。

（3）c和b的关系是________________，b被彻底水解后的产物是________（填字母）。

（4）b的空间结构是________________________________________________________________________。

若其中的（A＋T）/（G＋C）＝0．25，则G占总碱基数比例为________，其中一条单链中（A＋T）/（G＋C）＝________。

解析：

（1）细胞内的遗传物质是DNA，基因是具有遗传效应的DNA片段。

（2）遗传物质的主要载体是染色体，基因在染色体上呈线性排列。

（3）DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，被彻底水解后的产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。

（4）b的空间结构是反向平行的双螺旋结构。

若其中的（A＋T）/（G＋C）＝0．25，则G占总碱基数比例为40%，其中一条单链中（A＋T）/（G＋C）与另一条链上的此比例和总链上的此比例相等。

答案：

（1）b　DNA　基因是有遗传效应的b片段

（2）a　染色体　基因在a上呈线性排列

（3）c