必修二第3章DNA的分子結(jié)構(gòu)、復(fù)制-教學(xué)案

DNA的分子結(jié)構(gòu)、復(fù)制與基因表達(dá)教學(xué)案DNA的分子結(jié)構(gòu)一、復(fù)習(xí)目標(biāo)1.概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點2.制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。二、基礎(chǔ)回顧的基本組成單位是，每個包括、、三部分。含氮堿基有四種，有、、、。所以，脫氧核糖核苷酸也有四種，有、、、。2．DNA的分子結(jié)構(gòu)是由提出的。模型名稱為。DNA的分子骨架位于結(jié)構(gòu)的側(cè)，是由和交替連接而成的長鏈。內(nèi)側(cè)是，他們通過相連。堿基對有一定的規(guī)律：和配對，和配對，這種規(guī)律稱為原則。雙螺旋的螺旋直徑為，螺距為，每個螺距有對堿基，兩個相鄰堿基對的垂直距離為。3.請寫出右圖中所示序號的名稱。1．2．3．4．5．6．7.8.9:10:4.不同物種的DNA分子，而同一生物體中不同細(xì)胞的DNA則是的。與T之間形成個氫鍵，C與G之間形成個氫鍵。嚴(yán)格按照堿基配對原則，所以，在整個DNA分子中，A的數(shù)量與T的數(shù)量，G的數(shù)量與C的數(shù)量。6.請分析DNA分子多樣性的原因。①②③。7.如果一個DNA中G和C在總堿基中的比例是m，另一個DNA中G和C在總堿基中的比例是n，并且，m大于n，那么，請分析，哪個DNA的結(jié)構(gòu)會更穩(wěn)定？原因是什么？中堿基數(shù)量計算：①總的堿基中，A=T，G=C，所以，A+G與C+T什么關(guān)系？A+C與G+T什么關(guān)系？各占多少？②在DNA一條鏈中，A+G／C+T=m，則另一條鏈中，他們的比例如何？若在DNA一條鏈中，A+T／C+G=m，則另一條鏈中，他們的比例又如何？③在DNA一條鏈中，A占該鏈堿基總數(shù)的15%，G占該鏈堿基總數(shù)的40%，C占該鏈堿基總數(shù)的25%，那么他們占另一條鏈中堿基的比例如何？占DNA分子中總堿基的比例如何？三、重點知識講解1．DNA的化學(xué)組成(1)DNA分子屬于大分子化合物(相對分子質(zhì)量為100萬至數(shù)千萬)，它們是由一個個脫氧核苷酸連接起來的長鏈大分子。脫氧核苷酸是其基本結(jié)構(gòu)單位。(2)每個基本單位(即每個脫氧核苷酸)又是由三個“一分子”組成。即一分子磷酸、一分子脫氧核糖、一分子含氯堿基。其關(guān)系如下：說明：脫氧核糖核苷酸簡稱脫氧核苷酸。組成DNA分子的脫氧核苷酸有四種，是由四種含氮堿基決定的。四種含氮堿基是：腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。相應(yīng)的脫氧核苷酸名稱分別是：腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。從下圖可以看出脫氧核糖核苷酸與核糖核苷酸的區(qū)別在于戊糖的區(qū)別，構(gòu)成DNA的戊糖為脫氧核糖，構(gòu)成RNA的戊糖為核糖。2．DNA分子的結(jié)構(gòu)DNA分子的組成和結(jié)構(gòu)示意圖DNA的空間結(jié)構(gòu)即雙螺旋結(jié)構(gòu)有三個特點：(1)從總體上看，DNA是由兩條平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的，成為規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)再具體一點看，脫氧核糖和磷酸交替連接——構(gòu)成基本骨架排列在外側(cè)，堿基在內(nèi)側(cè)。(3)內(nèi)部：連接兩條鏈的堿基通過氫鍵形成堿基對，且很有規(guī)律。堿基互補(bǔ)配對規(guī)律：A一定與T配對，C一定與G配對。DNA分子的復(fù)制及基因的表達(dá)一、目標(biāo)要求1．DNA分子的復(fù)制。能概述DNA分子復(fù)制的過程及特點，理解DNA復(fù)制的條件和半保留復(fù)制的生物學(xué)意義。2．基因的概念。能描述基因的概念，指出基因與染色體、DNA的關(guān)系。3．基因控制蛋白質(zhì)的合成。能簡述基因控制蛋白質(zhì)合成的過程，列出轉(zhuǎn)錄、翻譯的場所、條件、產(chǎn)物，說出基因、信使RNA、蛋白質(zhì)之間的關(guān)系。4．基因?qū)π誀畹目刂?。能識記基因控制性狀的兩條途徑。二、基礎(chǔ)回顧（一）DNA分子的復(fù)制1．概念：以親代DNA分子為 ，合成子代 的過程。2．時間：有絲分裂的 期及減數(shù)分裂第 次分裂的 期。3．過程⑴解旋：利用 ，在 參與下，將雙鏈解開。⑵合成子鏈：以游離的 為原料，按照 原則，在有關(guān) 的參與下完成。⑶形成兩個DNA分子：新的DNA分子中一條是子鏈，一條是 。4．條件：模板（ ）、原料（ ）、能量和 （如 ）。5．基礎(chǔ)：DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了 ，通過 ，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。6．特點：半保留復(fù)制。7．生物學(xué)意義：保證了 在親子兩代之間的連續(xù)性。（二）基因的表達(dá)1．概念：是有 的DNA片段。2．基因與DNA、性狀、染色體間的關(guān)系⑴與DNA的關(guān)系基因是有 的DNA片段，每個DNA分子上有許多個基因。⑵與性狀的關(guān)系基因通過控制 的合成來決定生物的性狀。⑶與染色體的關(guān)系基因主要存在于上，并呈 排列。染色體是基因的。3．RNA的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基本單位堿基五碳糖RNA通常呈4．RNA種類⑴信使RNA：轉(zhuǎn)錄DNA的 ，轉(zhuǎn)遞至 中。⑵轉(zhuǎn)運RNA：攜帶特定的 。（三）基因控制蛋白質(zhì)的合成1．轉(zhuǎn)錄⑴概念：在 中，以DNA的 為模板，按照 原則，合成RNA的過程。⑵條件：模板（ ）、原料（ ）、能量、酶（如 ）。⑶RNA出細(xì)胞核的途徑：通過 ，RNA從細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。⑷意義：DNA中的 傳遞到信使RNA上。2．翻譯⑴概念：在 中，以 為模板，合成具有一定 序列的蛋白質(zhì)的過程。⑵密碼子：指 上決定一個氨基酸的 個相鄰的堿基。⑶條件：模板（ ）、原料（ ）、酶、 。⑷意義：DNA上的遺傳信息通過 作媒介，決定了蛋白質(zhì)的 ，從而使生物表現(xiàn)出各種遺傳性狀。（四）基因控制生物性狀的途徑1．基因通過控制 的合成來控制 ，從而控制生物的性狀。2．基因通過控制蛋白質(zhì)分子的 來直接影響性狀。（五）基因的表達(dá)概念基因使遺傳信息以一定的方式反映到蛋白質(zhì)的 上，從而使后代表現(xiàn)出與親代相似的 ，遺傳學(xué)上把這一過程叫做 。三、專題講解(一)DNA的復(fù)制本節(jié)學(xué)習(xí)的重點是DNA分子復(fù)制的條件、過程和特點，難點是DNA分子復(fù)制的過程。學(xué)習(xí)時要通過問題探究和對教材提供的實驗素材進(jìn)行分析、思考，加深對問題的認(rèn)識。1．DNA分子復(fù)制的概念、時間和條件DNA分子的復(fù)制是以DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。1956年美國生物化學(xué)家康貝格首次在試管中人工合成了DNA分子。他將大腸桿菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有四種豐富的脫氧核苷酸和適量的Mg2＋的人工合成體系中，四種脫氧核苷酸并不能聚合成脫氧核苷酸鏈——并沒有發(fā)生DNA的合成。當(dāng)加入了ATP和少量DNA做引子，在適宜溫度條件下，一段時間后，測定其中DNA的含量。發(fā)現(xiàn)其中的DNA的含量增加了，并且這些DNA的(A+T)：(C+G)的比值不是隨意的，而與所加入的DNA引子相同。換句話說，新合成的DNA的特異性不取決于人工合成體系中四種脫氧核苷酸的比例，也不取決于DNA聚合酶來自哪種生物，而完全取決于做引物的DNA分子。可見，子代DNA是以引物DNA分子為模板進(jìn)行復(fù)制的。根據(jù)以上實驗可以歸納為以下幾點：概念：DNA分子的復(fù)制是指以親代DNA分子為模板合成子代DNA的過程。時間：有絲分裂聞期和減數(shù)第一次分裂的間期。條件：①模板：DNA分子的兩條鏈分別作為模板②原料：游離的脫氧核苷酸③能量：ATP等④酶：解旋酶、聚合酶2．DNA分子復(fù)制的場所、過程及結(jié)果場所：細(xì)胞核(主要)、線粒體、葉綠體。過程：邊解旋邊復(fù)制。DNA的復(fù)制不僅與細(xì)胞的分裂密切相關(guān)，而且它還是一個有許多酶和大分子參與的十分精細(xì)的調(diào)控過程。DNA的復(fù)制是一個邊解旋邊復(fù)制的過程。DAN復(fù)制有固定的起始部位，稱為復(fù)制起點，復(fù)制起點處，一般A、T含量較高，因為A、T之間只有兩個氫鍵結(jié)合。G、C之間有三個氫鍵結(jié)合，所以解開A—T堿基對所需要的能量要比G—C少。一般來講，原核生物DNA只有一個復(fù)制起點，而真核生物由于DNA分子比較長，往往有多個復(fù)制起點。DNA復(fù)制起始時，首先利用細(xì)胞提供的能量，在解旋酶的作用下解旋，當(dāng)解開大約十幾個核苷酸后，便以解開的每一條DNA鏈為模板，利用周圍環(huán)境中游離的脫氧核糖核苷酸，按照堿基配時原則，在DNA聚合酶(DNApolymerase)和其他大分子蛋白質(zhì)的作用下，各自合成與母鏈互補(bǔ)的一段子鏈DNA。隨著解旋過程的進(jìn)行，在DNA聚合酶的作用下，新合成的子鏈也在不斷地延伸，于是每條新鏈與其互補(bǔ)的母鏈又盤繞成新的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而各形成一個新的DNA分子。結(jié)果，經(jīng)過復(fù)制，一個DNA分子形成兩個相同的DNA分子。這兩個DNA分子，都含有一條模板鏈和一條新合成的與模板完全互補(bǔ)的鏈。3．DNA分子的復(fù)制方式探究事實：(1)為了證明DNA分子的復(fù)制方式，1957年兩位科學(xué)家設(shè)計了一個非常精巧的實驗(下圖)。(2)細(xì)菌大約每20min分裂一次，產(chǎn)生子代。分析：①離心處理后，為什么子一代DNA只有雜合鏈帶?②子二代DNA出現(xiàn)了輕鏈帶和雜合鏈帶，說明了什么?結(jié)論：上述實驗證明，在新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此，這種復(fù)制方式又被稱為DNA半保留復(fù)制。4．DNA分子的半保留復(fù)制的有關(guān)計算DNA分子在復(fù)制時，以解旋后形成的兩條鏈(舊鏈)作模板，按照堿基配對原則，從周圍原生質(zhì)中吸收脫氧核苷酸與之配對，形成兩條子鏈(新鏈)，新鏈與舊鏈螺旋成為一個新的DNA分子，所以稱之為半保留復(fù)制。一個DNA復(fù)制n代后，能形成2n個DNA分子，這些DNA分子中，只有兩個DNA含有第一代DNA的鏈。若已知某一條全部N原子被15N標(biāo)記的DNA分子(0代)，轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復(fù)制)若干代，其結(jié)果分析如下表：DNA分子的特點DNA中脫氧核苷酸的特點世代分子總數(shù)細(xì)胞中的DNA分子在離心管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子之比鏈總數(shù)不同脫氧核苷酸鏈占全部鏈之比含15N的分子含14N、15N雜種分子含14N分子含15N的鏈含14N的鏈01全在下部12112全在中部141/21/2241/2中部，1/2上部1/21/281/43/4381/4中部，3/4上部1/43/4161/87/8n2n2/2n中部，1－2/2n上部2/2n（或1/2n-1）1-2/2n2n+11/2n1-1/2n（二）基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段本節(jié)學(xué)習(xí)重點是：基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段、DNA分子具有多樣性和特異性。學(xué)習(xí)的難點是：脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性。學(xué)習(xí)時，要通過對教材資料分析，明確基因與DNA的關(guān)系；要通過探究，明確脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關(guān)系。1．說明基因與DNA關(guān)系的實例資料1：分析DNA、堿基對與基因關(guān)系資料2：分析堿基對、基因與性狀關(guān)系資料3：人類基因組、染色體、基因、堿基數(shù)資料4：性狀表達(dá)與基因存在總結(jié)對以上資料的分析，可以得出以下幾點認(rèn)識：(1)從組成上分析，理清基因的概念①與性狀的關(guān)系：是控制性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能單位，特定基因控制相應(yīng)的性狀。②與DNA的關(guān)系：具有遺傳效應(yīng)的DNA片段，一個DNA含有多個基因。③基因的位置：核基因(主要的)，質(zhì)基因(線粒體、葉綠體內(nèi))。④與染色體的關(guān)系：染色體為主要載體，且在染色體上呈線性排列。⑤與脫氧核苷酸的關(guān)系：每個基因含有成百上千個脫氧核苷酸。⑥脫氧核苷酸的順序代表遺傳信息，脫氧核苷酸順序的特異性和多樣性決定基因的多樣性和特異性。⑦基因中有n個堿基對(n對脫氧核苷酸)，基因有2n種變化。(2)從結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系中，理解基因的概念2．探究：脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性情境1：17個堿基對可排列成基因的可能性：41+42+43+……+416+417。根據(jù)等比數(shù)列求和公式：得S17=2290649210。情境2：根據(jù)情境1的計算，17個堿基對可排成基因的可能性約為23億。全球人口有60億，17個堿基對的所有排列都有可能出現(xiàn)。你與你同桌的基因(指1號染色體上第1個基因)的脫氧核苷酸完全相同的可能性為：1╱2290649210×1╱2290649210，機(jī)率很小。3．DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、多樣性和特異性作為絕大多數(shù)生物遺傳物質(zhì)的DNA，其結(jié)構(gòu)具有多樣性、特異性和相對的穩(wěn)定性，這也是其作為遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)。(1)穩(wěn)定性：是指DNA分子雙螺旋空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性。與這種穩(wěn)定性有關(guān)的因素主要有以下幾點：①DNA分子由兩條脫氧核苷酸長鏈盤繞成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，其雙螺旋結(jié)構(gòu)就是穩(wěn)定性的原因之一。②DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替排列的順序穩(wěn)定不變。③DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)中間為堿基對，堿基之間形成氫鍵，從而維持了雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。④DNA分子兩條鏈間對應(yīng)的堿基嚴(yán)格按照堿基互補(bǔ)配對原則進(jìn)行配對。⑤每個特定的DNA分子中，堿基對的數(shù)量和排列順序穩(wěn)定不變。(2)多樣性：盡管組成DNA分子的堿基只有四種，而四種堿基的配對方式只有兩種，但是堿基對的排列順序可以千變?nèi)f化。因而構(gòu)成了DNA分子的多樣性。(3)特異性：每個特定的DNA分子中都存在特定的堿基對排列順序，而特定的堿基對排列順序中有遺傳效應(yīng)的片斷代表遺傳信息，所以每個特定的DNA分子中都儲存著特定的遺傳信息，這種特定的堿基對排列順序就構(gòu)成了DNA分子的特異性。四、典例講解例1．某DNA分子共有a個堿基，其中含胞嘧啶m個，則該DNA分子復(fù)制3次，需要游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為 A．7（a－m） B．8（a－m） C．7（ D．8（2a－m）考點分析本題考查半保留復(fù)制的實質(zhì)及堿基互補(bǔ)配對原則的應(yīng)用能力。解題思路首先求出親代DNA分子中所含的胸腺嘧啶脫氧核苷酸數(shù)。由堿基互補(bǔ)配對原則可知，親代DNA分子中A=T，C=G=m個，所以A+T=a－2m個，T=a/2－m。再求DNA復(fù)制3次共合成的子鏈數(shù)。DNA復(fù)制3次共形成23個DNA分子，共有16條脫氧核苷酸鏈，因其中有兩條是親代DNA分子的母鏈，因此DNA復(fù)制3次共合成了14條子鏈，構(gòu)成7個DNA分子。因子代DNA分子與親代DNA分子的結(jié)構(gòu)是完全一樣，所以DNA復(fù)制3次需要游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為7（a/2－m）。本題正確答案為C。失分陷阱解題思路混亂是本題失分的主要原因；DNA分子的復(fù)制過程及DNA分子中各種堿基的相互關(guān)系，這些基礎(chǔ)知識一知半解也是本題失分的原因。例2．基因研究最新發(fā)現(xiàn)表明，人與小鼠的基因約80%相同。則人與小鼠DNA堿基序列相同的比例是A．20%B．80%C．11%D．無法確定考點分析本題考查基因與性狀、DNA堿基序列的關(guān)系。解題思路基因相同指的是它們控制合成的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)或功能相同，并不代表這些基因中的堿基序列相同，如基因中內(nèi)含子、非編碼區(qū)的堿基序列就可能不同。本題正確答案為D。失分陷阱不甚理解“基因約80%相同”的含義是本題答錯的主要原因。例3．下列敘述中正確的是A．細(xì)胞中的DNA都在染色體上B．細(xì)胞中每條染色體都只有一個DNA分子C．減數(shù)分裂過程中染色體與基因的行為一致D．以上敘述均對考點分析考查基因、DNA、染色體這三者間的關(guān)系。解題思路染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成，分化了的細(xì)胞內(nèi)每條染色體都只有一個DNA分子，處于有絲分裂前期、中期，減數(shù)分裂第一次分裂的分裂期，第二次分裂的前期、中期的細(xì)胞內(nèi)每條染色體含有兩個DNA分子；細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的DNA分子沒有與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成染色體，因此DNA主要存在于染色體上；核基因在染色體上，減數(shù)分裂過程中，它隨同源染色體的分開而分離，隨非同源染色體的自由組合而自由組合，因此減數(shù)分裂過程中染色體與基因的行為是一致的。本題正確答案為C。失分陷阱基礎(chǔ)知識不扎實是本題失分的主要原因。例4．遺傳學(xué)上將某種分子上決定一個氨基酸的三個相鄰堿基稱為“密碼子”，這種分子是A．肽鏈B．DNAC．信使RNAD．轉(zhuǎn)運RN