第3章 第2节 遗传信息编码在DNA分子上-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化 创新导学案word（浙科版2019）

第二节　遗传信息编码在DNA分子上 [学习目标]　1.简述核酸的分子组成。2.概述DNA分子结构及其特点，认同多学科合作研究的重要性。3.在进行“活动：制作DNA双螺旋结构模型”时，运用建构模型的科学方法，感悟DNA双螺旋结构对称、简洁、和谐的科学美。 知识点　双螺旋结构模型揭示了DNA分子的结构 1．DNA分子的基本单位 (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。 (2)脱氧核苷酸的结构 脱氧核甘酸的种类：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分子的结构——双螺旋结构模型 (1)由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。 (2)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基配对的规律是：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。 (3)卡伽夫法则：在DNA分子中，A与T的数目相等，G与C的数目相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。 问题探究 　在一个双链DNA分子中，脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的数量比例关系如何？ 提示：脱氧核糖∶磷酸∶碱基＝1∶1∶1。 　DNA分子中什么类型的碱基含量越高，DNA分子越稳定？ 提示：G和C碱基。 　如图中③是什么碱基？ 提示：碱基③是胞嘧啶(C)，因为有三个氢键，但只有一个环。 　1个由2n个碱基组成的DNA分子中游离的磷酸基团有几个？磷酸二酯键有几个？1个脱氧核糖分子上连接有几个磷酸基团？ 提示：2；2(n－1)；大多数是2个，少数是1个。 [例1]　如图为DNA分子部分结构示意图，以下叙述正确的是(　　) A．①和②交替排列在外侧构成主链的基本骨架 B．碱基对位于主链内侧，其配对方式遵循卡伽夫法则 C．⑦是连接两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键 D．④为胞嘧啶脱氧核苷酸，其上的磷酸基团与两个脱氧核糖连接 解题分析　①磷酸和②脱氧核糖交替排列在外侧构成主链的基本骨架，A正确；碱基对位于主链内侧，其配对方式遵循碱基互补配对原则，B错误；④中的①是上面的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，D错误。 答案　A [例2]　下列关于双链DNA分子结构的叙述，错误的是(　　) A．核苷酸与核苷酸之间通过氢键或磷酸二酯键连接 B．碱基A的数量等于T的数量 C．碱基对排列在螺旋结构内侧形成DNA基本骨架 D．外侧“糖—磷酸”间隔排列的两条链反向平行螺旋 答案　C 知识点　制作DNA双螺旋结构模型 1．实验目的：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．原理：DNA分子双螺旋结构的主要特点。 3．制作步骤 选择材料制作若干个磷酸、脱氧核糖、碱基 　↓连接 多个脱氧核苷酸 　↓连接 脱氧核苷酸长链 　↓形成 一个DNA分子 　↓ DNA双螺旋结构 4．注意事项 (1)选材时，用不同形状、不同大小和颜色的材料分别代表脱氧核糖、磷酸和不同的碱基。 (2)要选用有一定强度和韧性的支架和连接材料。 问题探究 　通过构建DNA结构模型，你认为DNA分子一条链和两条链中相邻两个碱基的连接方式有何不同？ 提示：同一条链中相邻两个碱基的连接方式是脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖；而两条链中相邻两个碱基的连接方式是氢键。 [例]　下列关于“活动：制作DNA分子双螺旋结构模型”过程中的相关操作错误的是(　　) A．选择材料时可以用小圆片表示磷酸，五边形表示脱氧核糖，长方形表示含氮碱基 B．所有表示五碳糖的五边形都应该与两个表示磷酸的小圆片相连 C．磷酸和五碳糖应交替排列在外侧，且用连接物把他们连起来 D．如果条件允许，可以用四种不同颜色的长方形分别表示含氮碱基 答案　B 知识点　碱基排列顺序编码了遗传信息 1．DNA的特点 (1)多样性：组成DNA的脱氧核苷酸数目可以成千上万，碱基对的排列顺序可以千变万化，从而决定了DNA分子的多样性。 (2)特异性：每个特定DNA分子的碱基排列顺序是特定的。 2.核苷酸的不同序列形成生物独特的遗传信息。 3．应用 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。 问题探究 　A和a基因或A和B基因不同的本质原因是什么？ 提示：碱基对排列顺序不同。 [例1]　由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基的排列顺序不同，决定了DNA的种类及特性分别是(　　) ①504种　②450种　③425种　④遗传性 ⑤多样性　⑥特异性 A．①④ B.②⑤ C．②⑥ D.③⑤ 解题分析　50个脱氧核苷酸共构成了25个碱基对，共有排列顺序425种，由此说明由于碱基对(或脱氧核苷酸对)的排列顺序的多样性，决定了DNA分子的多样性。 答案　D [例2]　“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 答案　B 知识点　DNA分子中碱基数目的计算 1．规律一：任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝50%。 2．规律二：DNA双链中的一条单链的的值与其互补链的的值互为倒数关系。 3．规律三：DNA双链中，一条单链的的值与其互补链的的值是相等的，也与整个DNA分子中的的值相等。 4．规律四：DNA一条链中A占的比例为a1，另一条链中A占的比例为a2，则整个DNA分子中A占的比例为。 5．规律五：不同DNA，值一般不同。 [例1]　某DNA分子片段含有1000个碱基对，其中300个腺嘌呤，则该DNA分子片段中含有鸟嘌呤的数目是(　　) A．200个 B.300个 C.400个 D.700个 答案　D [例2]　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(　　) 解题分析　由碱基互补配对原则可知，不同双链DNA分子中，一条单链中的值与DNA分子双链中的值总是相等；一条单链中的值是不确定的，而DNA分子双链中的值都为1，C正确。 答案　C 方法技巧 解答碱基计算的“三个”步骤 第一步：搞清题中所给的和所求的碱基比例是占整个DNA分子的比例还是占其中一条链的比例。 第二步：画出一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。 第三步：根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。 1．如图为某生物的一个环状DNA分子(甲)和其中一个片段(乙)的结构模式图。 据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．甲中嘌呤碱基与嘧啶碱基数量相等 B．甲中每个磷酸基团连有2个脱氧核糖 C．乙中的脱氧核苷酸序列有多种可能 D．乙中的2条脱氧核苷酸链反向平行 答案　C 解析　甲为环状DNA分子，DNA分子遵循碱基互补配对原则，A(腺嘌呤)与T(胸腺嘧啶)配对，G(鸟嘌呤)与C(胞嘧啶)配对，故甲中嘌呤碱基与嘧啶碱基数量相等，A正确；磷酸基团和脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架，环状DNA分子每个磷酸基团上均连接2个脱氧核糖，B正确；图乙为某生物的一个环状DNA分子的一个片段，具体到某生物而言，其DNA分子中脱氧核苷酸序列是特定的，C错误。 2．从某生物组织中提取DNA进行分析，其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的(　　) A．26% B．24% C．14% D．11% 答案　A 解析　已知DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%，即C＋G＝46%，则C＝G＝23%、A＝T＝50%－23%＝27%。又已知一条链中腺嘌呤占该链碱基总数的比例为28%，即A1＝28%，根据碱基互补配对原则，A＝(A1＋A2)÷2，则A2＝26%。 3．某班级分组制作DNA双螺旋结构模型时，采用了如下流程：制作脱氧核苷酸→制作脱氧核苷酸链→制作双链DNA→螺旋化。下列叙述错误的是(　　) A．制作脱氧核苷酸时，将磷酸和碱基连在脱氧核糖的特定位置 B．制作脱氧核苷酸链时，相邻脱氧核苷酸的磷酸基团直接相连 C．制作双链DNA时，两条链之间的碱基A与T配对、G与C配对 D．各组DNA模型的碱基序列往往不同，反映了DNA分子的多样化 答案　B 4．下列有关双链DNA结构特点的叙述，错误的是(　　) A．每个链状DNA分子含有2个游离的磷酸基团 B．每个DNA分子中脱氧核糖上都连接一个磷酸基团和一个碱基 C．每个DNA分子中嘌呤数与嘧啶数相等 D．每个DNA分子中非互补碱基之和总相等 答案　B 解析　每个链状DNA分子含有2个游离的磷酸基团，分别位于DNA分子的两端，A正确；每个DNA分子中绝大多数脱氧核糖上连接2个磷酸基团和1个碱基，B错误；双链DNA分子中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，且总是嘌呤和嘧啶配对，所以每个DNA分子中嘌呤数与嘧啶数相等，C正确；每个DNA分子中A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝50%，即非互补碱基之和总相等。 5．如图1～4是DNA双螺旋结构模型的构建过程，据图回答下列相关问题。 (1)图3中的氢键连接两条脱氧核苷酸链，DNA中________(填“G—C”或“A—T”)碱基对越多，DNA耐高温的能力越强。 (2)一般来说，RNA病毒比DNA病毒更容易发生变异，请结合图4说明其原因：__________________________________________________________。 (3)图4所示的DNA片段中，游离的磷酸基团有________个。若图4的DNA中碱基G有x个，占该DNA碱基总数的比例是y，则该DNA的碱基之间的氢键数目是________。 答案　(1)G—C (2)DNA的双螺旋结构较RNA单链结构更稳定 (3)2　x＋x/y 解析　(3)由于双链DNA的两条链中各含有1个游离的磷酸基团，故图4所示的DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。该双链DNA中碱基G的数目为x，占碱基总数的比例为y，则该DNA的碱基总数为x/y，由于G与C之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，因此该双链DNA的碱基之间的氢键数目是3x＋2×[1/2×(x/y－2x)]＝x＋x/y。 知识点一　双螺旋结构模型揭示了DNA分子的结构 1．20世纪初莱文和琼斯发现DNA由六种小分子组成：脱氧核糖、磷酸和四种碱基(A、G、T、C)，如图表示四种碱基的分子结构。下面相关叙述不正确的是(　　) A．四种碱基的元素组成不全相同 B．在DNA分子的一条链中，碱基A与T以2个氢键相连，G与C以3个氢键相连 C．四种碱基都位于DNA双螺旋结构的内侧 D．嘧啶都只有一个六环，而嘌呤都由一个六环和一个五环构成 答案　B 解析　由图可知，碱基A中不含氧无素，其他三种碱基含氧元素，四种碱基的元素组成不全相同，A正确；DNA分子的两条链中，碱基A与T以2个氢键相连，G与C以3个氢键相连，B错误。 2．如果某DNA的一条链上的某段碱基排列顺序是5′－A－G－A－T－C－G－A－T－3′，则另一条链上对应的碱基排列顺序是(　　) A．5′－A－G－A－T－C－G－A－T－3′ B．5′－G－A－G－T－C－G－T－A－3′ C．3′－T－C－T－A－G－C－T－A－5′ D．3′－C－T－C－G－C－T－A－T－5′ 答案　C 3．如图DNA分子结构示意图，下列对该图的描述不正确的是(　　) A．图中1、2、3代表的结构交替连接构成DNA的基本骨架 B．图中1、2、3结合在一起为胞嘧啶脱氧核苷酸 C．图中每个脱氧核苷酸都含有磷酸 D．图中4和5之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连 答案　A 知识点二　制作DNA双螺旋结构模型 4．在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型(　　) A．粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补 B．粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似 C．粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补 D．粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同 答案　A 5．某科研小组用图中所示的6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物、代表氢键的连接物若干，成功搭建了一个完整的DNA分子模型，模型中有4个T和6个G。下列有关说法正确的是(　　) A．代表氢键的连接物有24个 B．代表胞嘧啶的卡片有4个 C．脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个 D．理论上能搭建出410种不同的DNA分子模型 答案　C 解析　搭建的完整的DNA分子模型，模型中有4个T和6个G，根据碱基互补配对原则，A、T配对有两个氢键，G、C配对有三个氢键，共含有氢键4×2＋6×3＝26，A错误；在此模型中A有4个，C有6个，B错误；该模型含有的脱氧核苷酸是20个，每个脱氧核苷酸中脱氧核糖和磷酸之间的连接物有一个，脱氧核苷酸脱水缩合连成长链，相邻的脱氧核苷酸间是脱氧核糖和磷酸相连，20个脱氧核苷酸形成两条链，每条链中含有10个脱氧核苷酸，需要的连接物为9个，共20＋9×2＝38，C正确；由于A—T碱基对，C—G碱基对的数目已经确定，因此理论上能搭建出的DNA分子模型种类数少于410种，D错误。 知识点三　碱基排列顺序编码了遗传信息 6．地球上的生物多种多样，不同生物的DNA不同，每一种生物的DNA又具有特异性。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．嘌呤总数与嘧啶总数的比值 C．碱基互补配对的原则 D．碱基排列顺序 答案　D 7．从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，正确的是(　　) A．碱基对的排列顺序的千变万化，决定了DNA分子的特异性 B．碱基对的特定的排列顺序，决定了DNA分子的多样性 C．组成一个含2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41000种 D．人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种 答案　C 解析　碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，A错误；碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性，B错误；一个含2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41000种，C正确；β珠蛋白基因碱基对的排列顺序是特定的，D错误。 知识点四　DNA分子中碱基数目的计算 8．已知1个DNA分子中有4000个碱基对，其中胞嘧啶有2200个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是(　　) A．4000个和900个 B．4000个和1800个 C．8000个和1800个 D．8000个和3600个 答案　C 9．在某双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则下列有关叙述正确的是(　　) ①脱氧核苷酸数＝磷酸基团数＝碱基总数＝m　②碱基之间的氢键数为　③一条链中A＋T的数量为n　④G的数量为m－n A．①②④ B．②③④ C．③④ D．①②③ 答案　D 解析　1个脱氧核苷酸分子由1个磷酸基团、1个脱氧核糖和1个碱基组成，故在一个双链DNA分子中，当碱基总数为m时，脱氧核苷酸数＝磷酸基团数＝碱基总数＝m，①正确；因为G与C之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，故氢键数为2n＋3×＝，②正确；因为A＋T的总量为2n，故一条链中A＋T的数量应为n，③正确；G的数量应为＝－n，④错误。 10．某双链DNA分子中共有含氮碱基1400个，其中一条单链上(A＋T)/(C＋G)＝2/5，问该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 答案　B 解析　双链DNA的一条链中，(A＋T)/(G＋C)与另一条互补链中(A＋T)/(G＋C)以及整个DNA分子中(A＋T)/(G＋C)相等。DNA分子的一条单链上(A＋T)/(C＋G)＝2/5，那么整个DNA分子中(A＋T)/(C＋G)＝2/5，因此可以推导出A＋T占DNA分子碱基总数的2/7。双链DNA分子共有含氮碱基1400个，A＝T，则DNA分子中胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是×＝200(个)。 11．如图为DNA分子结构模型的部分结构示意图，下面关于该模型的叙述，错误的是(　　) A．“2”和“3”组成的结构叫脱氧核苷 B．模型中碱基的数量遵循卡伽夫法则 C．制作“3”和“4”材料的形状、大小不同 D．DNA分子中，若一条链中＝a，则其互补链中该比值为 答案　D 解析　“2”脱氧核糖和“3”含氮碱基组成的结构叫脱氧核苷，A正确；DNA分子中的碱基数量遵循卡伽夫法则，B正确；制作“3”和“4”材料的形状、大小不同，代表不同的碱基，C正确；DNA分子中，若一条链中＝a，根据碱基互补配对原则，其互补链中该比值也为a，D错误。 12．如图为大肠杆菌的DNA片段模式图，①②③④代表相应的物质，下列叙述正确的是(　　) A．DNA是大肠杆菌的主要遗传物质 B．①②的交替排列是导致DNA多样性的原因之一 C．若α链中③占该链碱基数的比例为a，则β链中④占β链碱基数的比例为(0.5－a) D．图示中编号所代表的物质，在RNA中唯一不能找到的是② 答案　D 解析　DNA是大肠杆菌的遗传物质，A错误；①磷酸、②脱氧核糖的交替排列不是导致DNA多样性的原因，碱基对排列顺序的千变万化是导致DNA多样性的原因，B错误；根据碱基互补配对原则，若α链中③占该链碱基数的比例为a，则β链中④占β链碱基数的比例为a，C错误；图示中编号③④之间含有三个氢键，应为G－C碱基对，故图中编号所代表的物质，在RNA中唯一不能找到的是②脱氧核糖，D正确。 13．如图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题： (1)图甲是DNA片段的________结构，图乙是DNA片段的____________结构。 (2)填出图中部分结构的名称：[2]______________、[3]__________、[5]__________________。 (3)从图中可以看出，DNA分子中的一条链是由____________和________交替连接构成基本骨架。 (4)连接碱基对的[7]是________，碱基互补配对的方式如下：即________与________配对；________与________配对。 (5)从图甲可以看出，组成DNA分子的两条链的方向是________的；从图乙可以看出，组成DNA分子的两条链相互缠绕成______________结构。 答案　(1)平面　立体(或空间)　(2)一条脱氧核苷酸单链片段　脱氧核糖　腺嘌呤脱氧核苷酸　(3)脱氧核糖　磷酸　(4)氢键　A(腺嘌呤)　T(胸腺嘧啶)　G(鸟嘌呤)　C(胞嘧啶)　(5)反向平行　规则的双螺旋 14．不同生物或生物体不同器官(细胞)的DNA分子有关碱基比例如下表： 生物或器官(细胞) 酵母菌 小麦 人 猪 牛 肝 胰 脾 肾 精子 肺 1.08 1.21 1.52 1.43 1.43 1.43 1.30 1.29 1.30 (1)表中可见，不同种生物的DNA分子的碱基比例显著不同，这一事实表明，DNA分子结构具有________。 (2)牛的肾和肺的DNA碱基比例相同，原因是__________________________________ ______________；但精子与肾和肺的DNA碱基比例稍有差异，原因是________________________________________。 (3)表中所列生物的DNA分子中，或的比例差异显著吗？________。因为______________________。 (4)比较表中不同生物的DNA的碱基比例，________中DNA分子热稳定性最高，原因是____________________________________。 答案　(1)特异性 (2)它们是由同一受精卵经有丝分裂产生的体细胞构成的　精子是减数分裂的产物，虽然X、Y染色体是一对同源染色体，但X、Y染色体上的DNA分子有差异 (3)不显著　比值相等，均为1 (4)酵母菌　酵母菌DNA分子中，G－C碱基对含量比例最大 1 学科网（北京）股份有限公司 $$