2.2DNA 分子的结构和复制导学案-2024-2025学年高一下学期生物苏教版必修2

2.2 DNA 分子的结构和复制 学习目标 1.准确说出沃森和克里克构建 DNA 分子结构模型的研究历程与科学方法，理解科学探索的协作性和创新性。 2.熟练描述 DNA 分子双螺旋结构的主要特点，包括组成单位、碱基互补配对原则等，能绘制简单的 DNA 分子结构示意图。 3.清晰阐述 DNA 分子半保留复制的过程，理解其在遗传信息传递中的重要意义，并能运用相关知识进行简单的计算和分析。 教学重难点 重点： DNA 分子双螺旋结构的特点。 DNA 分子半保留复制的过程和意义。 难点：理解 DNA 分子双螺旋结构模型的构建思路；掌握 DNA 半保留复制过程中相关计算，如碱基数量计算、复制次数与 DNA 分子数量关系 。 预习新知 知识点一：沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜 1.在 20 世纪中叶，科学家已确定 DNA 是遗传物质，当时面临的关键问题是弄清楚 DNA 的______，从而揭示其作为遗传物质的______。 2.当时，科学家已经知道 DNA 由 4 种脱氧核苷酸组成，即腺嘌呤（A）脱氧核苷酸、______脱氧核苷酸、鸟嘌呤（G）脱氧核苷酸和______脱氧核苷酸。 3.沃森和克里克在构建模型的过程中，利用了他人的研究成果：威尔金斯和富兰克林提供的______，显示 DNA 呈螺旋结构；查哥夫发现 DNA 中腺嘌呤（A）的量总是等于______的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于______的量。 4.沃森和克里克先后尝试了多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但都因与科学事实不符而被否定。最终，他们重新构建了一个将磷酸 - 脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双链螺旋，让 A 与 T 配对，G 与 C 配对，构建出了正确的 DNA 分子结构模型，于______年提出了 DNA 分子的双螺旋结构模型。 知识点二：DNA 分子的双螺旋结构模型 1.基本组成单位：DNA 的基本组成单位是______，它由一分子______、一分子______和一分子含氮碱基组成。含氮碱基有 4 种，分别是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、______（G）和胞嘧啶（C） 。 2.结构特点 外侧骨架：DNA 分子是由______条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的双螺旋结构。DNA 分子中的______和______交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。 内侧碱基：______排列在内侧。两条链上的碱基通过______连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A（腺嘌呤）一定与（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与______（胞嘧啶）配对，碱基之间这种一一对应的关系，叫做______原则。 空间结构：DNA 分子的双螺旋结构中，其直径约为 2.0nm，螺距约为 3.4nm，每个螺旋包含______个碱基对。 知识点三：DNA 分子通过半保留方式进行复制 1.对 DNA 分子复制的推测：沃森和克里克提出 DNA 分子的双螺旋结构模型后，又提出了遗传物质自我复制的假说，即 DNA 分子以______的方式进行复制。 2.DNA 半保留复制的实验证据：科学家以______为实验材料，运用______技术，设计了一个巧妙的实验。将大肠杆菌放在含______的培养基中培养若干代后，细菌 DNA 的碱基都被 ¹⁵N 标记，然后将含 ¹⁵N - DNA 的大肠杆菌转移到含______的培养基中培养，在不同时刻收集大肠杆菌并提取 DNA，再将提取的 DNA 进行______，记录离心后 DNA 的位置。实验结果证明了 DNA 的复制是以______的方式进行的。 3.DNA 复制的过程 概念：DNA 复制是指以______为模板合成子代 DNA 的过程。 时间：主要发生在细胞分裂前的______期。 条件：模板（____________）、原料（4 种游离的____________）、能量（由______提供）和酶（如解旋酶、DNA 聚合酶等）。 过程：首先，在解旋酶的作用下，DNA 分子两条螺旋的双链解开，这个过程叫做______；然后，以解开的每一段母链为模板，在 DNA 聚合酶等酶的作用下，利用细胞中游离的 4 种脱氧核苷酸为原料，按照______原则，各自合成与母链互补的一段______；随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸；最后，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构，形成______个与亲代 DNA 完全相同的子代 DNA 分子。 特点：边______边______，______复制。 意义：DNA 分子通过复制，将______从亲代传给了子代，从而保持了______的连续性。 知识点一答案 1.结构；奥秘 2.胸腺嘧啶（T）；胞嘧啶（C） 3.DNA 衍射图谱；胸腺嘧啶（T）；胞嘧啶（C） 4.1953 知识点二答案 1.脱氧核苷酸；磷酸；脱氧核糖；鸟嘌呤 2.两；脱氧核糖；磷酸；碱基；氢键；T；C；碱基互补配对；10 知识点三答案 1.半保留 2.大肠杆菌；放射性同位素标记；¹⁵N；¹⁴N；密度梯度离心；半保留 3.亲代 DNA；间；DNA 分子的两条链；脱氧核苷酸；ATP；解旋；碱基互补配对；子链；两；解旋；复制；半保留；遗传信息；遗传信息 易错提示 1.碱基互补配对原则误解：混淆碱基互补配对中 A - T、G - C 的对应关系，错误认为 A 与 C 或 G 配对；忽略 DNA 两条链反向平行的特点，在绘制或理解结构时出错 。 2.DNA 复制相关计算错误：在计算 DNA 复制过程中所需原料数量、子代 DNA 分子中含亲代链的比例等问题时，没有准确理解半保留复制的特点，导致计算错误；对 DNA 复制次数和 DNA 分子数量、脱氧核苷酸链数量之间的关系不清楚 。 3.结构与复制过程混淆：将 DNA 分子结构特点与复制过程的知识点混淆，如把碱基互补配对原则在结构中的作用和在复制中的作用混为一谈；不理解解旋酶、DNA 聚合酶等在不同过程中的具体功能 。 深化探究 问题 1：DNA 分子的双螺旋结构模型中，为什么是 A 与 T 配对，G 与 C 配对？ 参考答案：这是由碱基的结构和分子间作用力决定的。A（腺嘌呤）和 T（胸腺嘧啶）之间通过两个氢键相连，G（鸟嘌呤）和 C（胞嘧啶）之间通过三个氢键相连 。这种配对方式使得 DNA 分子两条链之间的氢键数量较为稳定，保证了 DNA 分子结构的稳定性 。同时，A 与 T、G 与 C 的形状和大小也适配，使得 DNA 双螺旋结构的直径保持一致 。如果其他碱基随意配对，无法形成稳定数量的氢键，也不能保证双螺旋结构的均匀性和稳定性，不利于 DNA 储存和传递遗传信息 。 问题 2：如何理解 DNA 半保留复制的生物学意义？ 参考答案：DNA 半保留复制具有重要的生物学意义。首先，它保证了遗传信息传递的准确性和稳定性 。每个子代 DNA 分子都保留了一条亲代 DNA 链，使得遗传信息能够准确地从亲代传递到子代，维持了生物物种的遗传特性 。其次，半保留复制为生物的遗传和变异提供了物质基础 。在复制过程中，偶尔会发生碱基对的错误配对等变异情况，这些变异可能会产生新的性状，为生物进化提供原材料 。此外，半保留复制使得细胞在分裂过程中，能够精确地将遗传物质分配到子代细胞中，保证了细胞分裂和个体发育的正常进行 。 问题 3：若一个 DNA 分子中含有某种碱基 a 个，经过 n 次复制后，共需要消耗游离的该种碱基多少个？ 参考答案：DNA 分子复制是半保留复制，1 个 DNA 分子经过 n 次复制后，形成的 DNA 分子总数为 2ⁿ个 。这些 DNA 分子中，除了最初的亲代 DNA 分子的两条链不需要消耗游离的碱基合成外，其余新合成的链都需要消耗游离碱基 。新合成的链相当于 2ⁿ - 1 个 DNA 分子的链，所以共需要消耗游离的该种碱基数量为 a×(2ⁿ - 1) 个 。例如，一个 DNA 分子中含有腺嘌呤（A）100 个，经过 3 次复制后，共需要消耗游离的腺嘌呤数量为 100×(2³ - 1)=700 个 。 巩固训练 1.下列关于沃森和克里克构建 DNA 双螺旋结构模型的叙述，错误的是（ ） A. 他们利用了威尔金斯和富兰克林提供的 DNA 衍射图谱 B. 他们根据查哥夫的研究成果确定了碱基配对方式 C. 他们尝试构建的多种模型都符合科学事实 D. 最终于 1953 年提出了 DNA 分子的双螺旋结构模型 2.DNA 分子的基本骨架是（ ） A. 磷脂双分子层 B. 规则的双螺旋结构 C. 脱氧核糖和磷酸交替连接 D. 碱基间的氢键 3.下列关于 DNA 分子碱基互补配对原则的叙述，正确的是（ ） A. DNA 分子一条链上的相邻碱基通过氢键相连 B. 两条链上配对的碱基通过磷酸二酯键相连 C. 腺嘌呤只能与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤只能与胞嘧啶配对 D. 碱基对排列在 DNA 分子的外侧，构成基本骨架 4.某双链 DNA 分子中，腺嘌呤（A）占全部碱基的 20%，则胞嘧啶（C）占全部碱基的（ ） A. 20% B. 30% C. 40% D. 50% 5.证明 DNA 进行半保留复制的实验中，运用的技术手段不包括（ ） A. 放射性同位素标记技术 B. 密度梯度离心技术 C. 微生物培养技术 D. 显微镜观察技术 6.DNA 分子复制时，解旋酶作用的部位应该是（ ） A. 腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键 B. 腺嘌呤与胞嘧啶之间的氢键 C. 脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键 D. 两条链之间的氢键 7.一个被15N标记的DNA分子，放在含14N 的培养基中培养，复制3次后，含15N的DNA分子占DNA分子总数的（ ） A. 1/4 B. 1/8 C. 1/16 D. 1/32 8.下列关于 DNA 复制的叙述，正确的是（ ） A. DNA 复制时，严格遵循 A-U、C-G 的碱基互补配对原则 B. DNA 复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板 C. DNA 分子全部解旋后才开始进行复制 D. 脱氧核苷酸必须在 DNA 酶的作用下才能连接形成子链 9.一个 DNA 分子复制完毕后，形成的子代 DNA 分子的新链和原来的链的关系是（ ） A. 完全相同 B. 完全不同 C. 一半相同，一半不同 D. 互补配对 10.某 DNA 分子含有 800 个碱基对，其中含有 A（腺嘌呤）600 个。该 DNA 分子连续复制数次后，消耗周围环境中的鸟嘌呤脱氧核苷酸 6200 个，该 DNA 分子已经复制了（ ） A. 4 次 B. 5 次 C. 6 次 D. 7 次 参考答案及解析 1.答案：C 解析：沃森和克里克在构建 DNA 双螺旋结构模型时，利用了威尔金斯和富兰克林提供的 DNA 衍射图谱，A 正确；根据查哥夫发现的 A 与 T、G 与 C 的数量关系确定了碱基配对方式，B 正确；他们先后尝试的多种模型因与科学事实不符被否定，并非都符合科学事实，C 错误；最终于 1953 年提出了 DNA 分子的双螺旋结构模型，D 正确。 2.答案：C 解析：磷脂双分子层是细胞膜等生物膜的基本骨架，A 错误；规则的双螺旋结构是 DNA 分子的空间结构，B 错误；DNA 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，C 正确；碱基间的氢键连接两条链上的碱基，维持 DNA 结构的稳定性，不构成基本骨架，D 错误。 3.答案：C 解析：DNA 分子一条链上的相邻碱基通过 “-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖-” 相连，A 错误；两条链上配对的碱基通过氢键相连，B 错误；腺嘌呤只能与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤只能与胞嘧啶配对，C 正确；碱基对排列在 DNA 分子的内侧，脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，排列在外侧，D 错误。 4.答案：B 解析：在双链 DNA 分子中，A=T，G=C，A 占全部碱基的 20%，则 T 也占 20%，A + T 共占 40%，所以 G + C 占 60%，又因为 G = C，所以 C 占全部碱基的 30%，B 正确，A、C、D 错误。 5.答案：D 解析：证明 DNA 进行半保留复制的实验中，运用了放射性同位素标记技术标记 DNA，用密度梯度离心技术分离不同标记的 DNA，通过微生物培养技术培养大肠杆菌，未运用显微镜观察技术，D 符合题意，A、B、C 不符合题意。 6.答案：D 解析：解旋酶的作用是使 DNA 两条链之间的氢键断裂，从而解开双链，D 正确；腺嘌呤与鸟嘌呤、腺嘌呤与胞嘧啶之间不存在氢键，A、B 错误；脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键不是解旋酶的作用部位，C 错误。 7.答案：A 解析：DNA 分子半保留复制，1 个被15N标记的 DNA 分子，放在含14N 的培养基中培养，复制3次后，形成 23= 8 个 DNA 分子，其中含15N的 DNA 分子有2个，所以含15N的 DNA 分子占 DNA 分子总数的 2÷8 = 1/4，A 正确，B、C、D 错误。 8.答案：B 解析：DNA 复制时，严格遵循 A-T、C-G 的碱基互补配对原则，A错误；DNA 复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板，进行半保留复制，B 正确；DNA 分子是边解旋边复制的，C 错误；脱氧核苷酸必须在 DNA 聚合酶的作用下才能连接形成子链，DNA 酶是催化 DNA 水解的酶，D 错误。 9.答案：D 解析：DNA 分子复制时遵循碱基互补配对原则，新合成的子链与模板链互补配对，所以子代 DNA 分子的新链和原来的链互补配对，D 正确，A、B、C 错误。 10.答案：B 解析：已知 DNA 分子含有 800 个碱基对，即 1600 个碱基，A = 600 个，根据 A=T，G=C，可算出 G = (1600 - 2×600)÷2 = 200 个。设该 DNA 分子复制了 n 次，消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸 6200 个，根据公式 200×(2ⁿ - 1)=6200，解得 2n-1= 31，2n= 32，n=5，B 正确，A、C、D 错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$