学年同步备课套餐之高一生物北师大版必修2讲义第2章 第6课时.docx

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学年同步备课套餐之高一生物北师大版必修2讲义第2章第6课时

第6课时　DNA贮存遗传信息（Ⅱ）

[目标导读]　1.通过实验，学会DNA的粗提取与鉴定的方法。

2.结合教材图文，概述DNA分子双螺旋结构的主要特点。

3.阐明RNA的分子结构，比较DNA分子和RNA分子结构的异同。

[重难点击]　1.DNA的粗提取与鉴定。

2.DNA分子的双螺旋结构特点。

一　DNA的粗提取与鉴定

要想探明DNA的功能、了解DNA的结构特性，必须首先把DNA分子从细胞中分离出来。

阅读教材P23～P24，完善下面的DNA粗提取与鉴定的实验过程并思考：

1．材料用具

香蕉或菜花；氯化钠或食盐，餐具洗涤液或洗衣粉（皂）液；95%的乙醇或普通白酒（酒精浓度为60%），生理盐水，二苯胺试剂；天平，研钵，量筒，纱布，烧杯，试管，玻璃棒，酒精灯，石棉网，试管夹。

2．实验原理

（1）洗涤液中含有十二烷基硫酸钠和碱，它们可使细胞膜破裂，蛋白质变性，使蛋白质与DNA分离开来。

（2）DNA能溶于氯化钠溶液中，但不溶于酒精，加入酒精可以使DNA从溶液中析出。

（3）DNA＋二苯胺

蓝色（DNA鉴定）

3．实验步骤

（1）研碎细胞（细胞释放DNA）：

将30g香蕉切碎，放入研钵中，加入2g氯化钠研磨直至成半流体状。

（2）蛋白质与DNA分离：

向研钵中加入10mL蒸馏水或凉开水搅拌，然后加入10mL洗涤剂，轻轻搅拌。

（3）过滤、析出DNA：

将混合液用两层纱布过滤，向滤液中加入预冷的10mL乙醇溶液，静置，即可产生絮状的DNA。

（4）获取DNA：

取两支试管，分别加入5mL生理盐水，将DNA挑至其中一支试管中，轻轻搅拌使其溶解。

（5）鉴定DNA：

向两支试管中各加入4mL的二苯胺，混匀后，放入沸水中加热5min。

（6）观察现象：

待试管冷却后观察并比较两支试管中溶液颜色的变化。

4．实验结果

加入DNA的试管变蓝色，未加入DNA的试管不变蓝色。

5．思考

（1）实验中为什么要把实验材料充分切碎？

洗涤液的作用是什么？

答案　充分切碎是为了使研磨充分。

洗涤液中含有十二烷基硫酸钠和碱，它们可使细胞膜破裂，蛋白质变性，使蛋白质与DNA分离开。

（2）实验中为什么总是强调要轻轻搅拌，轻轻混匀？

答案　以免破坏DNA分子。

（3）乙醇或白酒的作用是什么？

答案　加入乙醇或白酒可使DNA从溶液中析出。

归纳提炼

1．两次使用NaCl的原因

（1）书中步骤1加入2gNaCl的目的是使研磨充分，破坏细胞结构，有利于DNA释放。

（2）书中步骤4中加入5mL的生理盐水，是因为DNA易溶于NaCl溶液中。

2．获取较纯净DNA的关键步骤

（1）研磨要充分，获取较多DNA。

（2）加入洗涤液，使DNA和蛋白质分开。

（3）沉淀DNA时必须使用冷酒精。

（4）正确搅拌：

沿一个方向轻轻搅拌，以便获取较完整的DNA分子。

活学活用

1．下列关于DNA的粗提取与鉴定的实验叙述中，不正确的是（　　）

A．乙醇的作用是析出DNA，因为DNA不溶于酒精

B．加入二苯胺后要沸水加热

C．洗涤液中含有十二烷基硫酸钠和碱，它们可使细胞膜破裂

D．对DNA进行鉴定时，无需设置两支试管

答案　D

解析　对DNA进行鉴定时，需要设置两支试管，形成对照。

二　DNA分子的结构

如图为DNA分子的双螺旋结构模型，试完成相关内容。

1．DNA分子的结构

（1）写出图中各部分的名称：

①胸腺嘧啶（T）；②脱氧核糖；③磷酸；④胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸；⑤碱基对；⑥腺嘌呤（A）；⑦鸟嘌呤（G）；⑧胞嘧啶（C）。

（2）从图中可以看出，和A配对的一定是T，和G配对的一定是C，碱基对之间靠氢键连接。

其中A－T之间是2个氢键，G－C之间是3个氢键。

因此DNA分子中G－C含量越高，DNA分子稳定性越高。

2．双螺旋结构特点

（1）DNA分子是由两条多核苷酸链构成的，这两条多核苷酸链按反向平行方式向右盘旋成双螺旋结构。

（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧。

（3）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通过二个氢键配对，G与C通过三个氢键配对。

碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。

归纳提炼

DNA分子的结构

（1）基本组成元素：

C、H、O、N、P五种元素。

（2）基本组成单位：

四种脱氧核糖核苷酸。

三者之间的连接方式如图所示：

（3）DNA单链：

多核苷酸链。

每条链中，脱氧核糖核苷酸分子之间连接如图所示。

即一个脱氧核糖核苷酸分子中脱氧核糖上的3号碳原子与另一个脱氧核糖核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键（磷酸二酯键）相连。

（4）DNA双链：

两条多核苷酸长链以氢键相连。

两条单链之间的连接如图所示：

①碱基之间的配对方式有两种，如图所示，A一定与T配对，G一定与C配对。

②配对的碱基之间以氢键相连，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。

③配对的两个脱氧核糖核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。

（5）DNA双螺旋结构

①两条链反向平行。

②外侧为脱氧核糖与磷酸交替排列。

③内部为碱基互补配对。

活学活用

2．如图为DNA分子的平面结构，虚线表示碱基间的氢键。

请据图回答下列问题：

（1）从主链上看，两条单链____________平行；从碱基关系看，两条单链上的______________。

（2）____________和____________相间排列，构成了DNA分子的基本骨架。

（3）图中有________种碱基，________种碱基对。

（4）含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。

请回答：

①该DNA片段中共有腺嘌呤________个，C和G构成的碱基对共________对。

②在DNA分子稳定性的比较中，________碱基对的比例越高，DNA分子稳定性越高。

问题导析　

（1）DNA分子两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，在外侧脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架。

（2）DNA分子中含有200个碱基，也就是100个碱基对，如果碱基对之间全为两个氢键，则氢键个数应为200个，实际氢键个数为260个，多出60个，应为G－C碱基对的个数。

答案　

（1）反向　碱基互补配对　

（2）脱氧核糖　磷酸

（3）4　4　（4）①40　60　②G与C

解析　

（1）从主链上看，两条单链是反向平行的；从碱基关系看，两条单链遵循碱基互补配对原则。

（2）脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架。

（3）图中涉及到4种碱基，4种碱基之间的配对方式有两种，但碱基对的种类有4种，即A—T、T—A、G—C、C—G。

（4）假设该DNA片段只有A、T两种碱基，则200个碱基，100个碱基对，含有200个氢键，而实际上有260个氢键，即G—C或C—G碱基对共60个，所以该DNA中腺嘌呤数为：

（200－2×60）/2＝40（个）。

C和G共60对，由于G与C之间有三个氢键，A与T之间有两个氢键，因此，G与C构成的碱基对的比例越高，DNA分子稳定性就越高。

三　RNA分子的结构

根据上述对DNA分子结构的学习，阅读教材，试分析RNA分子的结构特点。

RNA也是由许多核苷酸聚合而成的多聚体，也是长链大分子，但与DNA有明显的不同之处。

1．RNA通常是单链，有些区域也会形成双链结构。

2．基本单位：

核糖核苷酸

图中构成核苷酸的①是核糖，而不是脱氧核糖；RNA含有的4种碱基是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和②尿嘧啶（U），尿嘧啶与腺嘌呤通过氢键配对。

3．有的RNA还具有酶的催化功能，能够对RNA自身的特定序列进行自我剪接，被称为核酶。

归纳提炼

1．单链RNA的结构与双螺旋结构的DNA相比，RNA的结构相对不稳定，所以烟草花叶病毒等以RNA为遗传物质的病毒更容易发生变异。

2．研究DNA往往标记胸腺嘧啶（T），而研究RNA往往标记尿嘧啶（U）。

3．因为DNA中的碱基是以配对后的碱基对出现的，且总是嘧啶与嘌呤配对，所以嘧啶数总是与嘌呤数相等。

而RNA是单链的，碱基不以碱基对的形式出现，所以嘌呤数往往与嘧啶数不相等。

活学活用

3．已知多数生物的DNA是双链结构，也有个别生物的DNA是单链的。

有人从三种生物中提取核酸，经分析它们的碱基比例如表：

生物

A

G

U

T

C

甲

25

24

0

32

19

乙

23

25

27

0

25

丙

31

19

0

31

19

据表分析可知：

（1）丙是____________，它代表大多数生物种类DNA分子的结构。

（2）从____________生物提取的核酸为RNA。

（3）____________为单链的DNA。

答案　

（1）双链DNA　

（2）乙　（3）甲

解析　丙中含碱基T，且A＝T，C＝G，因此是双链DNA；乙中有U，因此为RNA；甲含碱基T，但A与T、C与G不互补存在，因此为单链DNA。

当堂检测

1．鉴定DNA所用的试剂、条件及所产生的颜色依次是（　　）

A．斐林试剂、沸水浴加热、蓝色

B．二苯胺、沸水浴加热、砖红色

C．斐林试剂、不加热、砖红色

D．二苯胺、沸水浴加热、蓝色

答案　D

解析　二苯胺是鉴定DNA的试剂，在鉴定时需进行沸水浴加热，发生的颜色反应为蓝色。

2．组成DNA结构的基本成分是（　　）

①核糖　②脱氧核糖　③磷酸　④腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶　⑤胸腺嘧啶　⑥尿嘧啶

A．①③④⑤B．①②④⑥

C．②③④⑤D．②③④⑥

答案　C

解析　组成DNA的基本结构单位是脱氧核糖核苷酸，每个脱氧核糖核苷酸是由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成的。

组成DNA的含氮碱基有A、T、G、C四种。

3．下列能正确表示DNA片段示意图的是（　　）

答案　D

解析　DNA中存在T，不存在U，可排除A选项；DNA分子的两条链是反向平行的，而不是B选项中同向的（依据两条链中脱氧核糖分析）；A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，可排除C选项。

4．DNA鉴定实验中，进行了如下操作：

　　试管

序号　　

A

B

1

加2mol/L的NaCl溶液5mL

加2mol/L的NaCl溶液5mL

2

不加

加入提取的DNA丝状物并搅拌

3

加4mL二苯胺，混匀

加4mL二苯胺，混匀

4

沸水浴5min

沸水浴5min

实验现象

实验结论

（1）根据右图，完成表格空白处的实验内容。

（2）对于B试管，完成1、2、3的操作后溶液颜色如何？

________________________________________________________________________。

（3）在沸水浴中加热的目的是________________________________________________，

同时说明DNA对高温有较强的__________。

（4）A试管在实验中的作用是__________。

（5）B试管中溶液颜色的变化程度主要与________________________________有关。

答案　

（1）溶液不变蓝色　溶液逐渐变蓝色　DNA在沸水浴的情况下遇二苯胺会被染成蓝色　

（2）溶液颜色基本不变　（3）加快颜色反应速度　耐受性　（4）对照　（5）加入试管中的DNA（丝状物）的多少

解析　A、B两试管形成对照，B试管中含DNA丝状物，A试管中不含，起对照作用，其他条件均完全相同。

本实验强调反应条件是沸水浴加热5min，这样可加快颜色反应的速度，观察对比两试管的颜色时要等到冷却以后。

课时作业

基础过关

知识点一　DNA的粗提取与鉴定

1．下列操作中对DNA提取量影响较小的是（　　）

A．使鸡血细胞在蒸馏水中充分破裂，释放出DNA等物质

B．搅拌时，要用玻璃棒沿一个方向轻缓搅动

C．在析出DNA黏稠物时，要缓缓加蒸馏水，直至溶液中黏稠物不再增多

D．在酒精沉淀DNA时，要使用冷酒精，甚至再将混合液放入冰箱中冷却

答案　B

解析　搅拌时沿一个方向是为了防止DNA被破坏。

2．提取DNA的原理之一是DNA在（　　）

选项

A

B

C

D

氯化钠溶液中

溶

不溶

溶

不溶

预冷的乙醇溶液中

不溶

溶

溶

不溶

答案　A

解析　DNA能溶于氯化钠溶液，而不溶于酒精。

知识点二　DNA分子的结构

3．20世纪90年代，Cuenoud等发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNA—E47，它可以催化两个底物DNA片段之间的连接。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．DNA—E47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数

B．在DNA—E47分子中，碱基数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数

C．DNA—E47分子中，含有碱基U

D．在DNA—E47分子中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含N的碱基

答案　B

解析　由于DNA——E47分子是单链DNA，嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数，A错误；无论是单链还是双链DNA分子，其基本单位都是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸分子由一个碱基、一个脱氧核糖和一分子磷酸组成，B正确；DNA——E47为单链DNA分子，不含碱基U，C错误；在单链DNA分子中，除其中一端外，每个脱氧核糖上均连有两个磷酸和一个含N的碱基，D错误。

4．在DNA分子的两条多核苷酸链上排列顺序稳定不变的物质是（　　）

A．四种脱氧核糖核苷酸B．脱氧核糖和磷酸

C．碱基对D．脱氧核苷

答案　B

解析　DNA分子的结构特点是：

DNA分子是由两条反向平行的多核苷酸链盘旋而成的；在这两条多核苷酸链上脱氧核糖和磷酸交替连接，是稳定不变的，它们排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧，其顺序可以改变。

5．如图是DNA分子的部分平面结构示意图，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．图中4的全称是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸

B．构成DNA的核苷酸种类的不同与2有关

C．N元素存在于图中的含氮碱基中

D．从主链上看，两条多核苷酸链反向平行

答案　B

解析　构成DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸，脱氧核糖核苷酸种类的不同与含氮碱基有关，与脱氧核糖无关，图中2为脱氧核糖，3为含氮碱基。

6．在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通过（　　）

A．氢键

B．—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—

C．肽键

D．—磷酸—脱氧核糖—磷酸—

答案　B

解析　审题时应扣住“一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基A与T之间的连接结构”，相邻的脱氧核苷酸相连接，依靠磷酸和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，因此两个碱基之间的连接结构是脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖。

7．下列关于DNA分子结构的说法中，正确的是（　　）

A．DNA分子是由两条同向平行排列的多核苷酸链盘旋而成的

B．DNA分子中脱氧核糖和磷酸的排列顺序决定了DNA分子的多样性和特异性

C．在DNA分子中一个脱氧核糖与一个碱基、两个磷酸相连

D．在DNA分子中，A与T、C与G通过肽键形成碱基对

答案　C

解析　DNA分子中的两条多核苷酸链是反向平行排列的。

在DNA分子中，磷酸和脱氧核糖交替连接，稳定不变，构成DNA分子的基本骨架；在这个基本骨架中，每一个脱氧核糖与两个磷酸通过化学键连接，每个脱氧核糖只与一个碱基连接。

碱基对的排列顺序决定了DNA分子的多样性和特异性。

互补配对的碱基之间通过氢键连接成碱基对，肽键存在于蛋白质分子中。

知识点三　RNA分子的结构

8．与DNA分子相比，RNA分子特有的碱基是（　　）

A．鸟嘌呤（G）B．胞嘧啶（C）

C．尿嘧啶（U）D．腺嘌呤（A）

答案　C

能力提升

9．下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是（　　）

A．酵母和菜花均可作为提取DNA的材料

B．DNA既溶于2mol/LNaCl溶液也溶于蒸馏水

C．向鸡血细胞液中加蒸馏水搅拌，可见玻棒上有白色絮状物

D．DNA溶液加入二苯胺试剂沸水浴加热，冷却后变蓝

答案　C

解析　此实验中，原则上含DNA的生物材料都行，只是DNA含量高的成功的可能性更大，所以酵母和菜花均可作为提取DNA的材料，故A正确；DNA在2mol/LNaCl溶液和蒸馏水中溶解度较大，故B正确；向鸡血细胞液中加蒸馏水搅拌，鸡血细胞会破裂，因DNA在蒸馏水中溶解度较大，故不会析出，C项错误；DNA溶液加入二苯胺试剂沸水浴加热，冷却后变蓝，故D正确。

10．下列有关DNA分子双螺旋结构中碱基对特征的表述，错误的是（　　）

A．两条主链上的对应碱基以氢键连接成对

B．配对碱基的互补关系为A—G、T—C

C．各个碱基对的平面之间呈平行关系

D．碱基对排列在双螺旋的内侧

答案　B

解析　DNA分子中碱基对是以氢键连接的，并排列于双螺旋内侧，且碱基对平面是平行的。

碱基互补配对的关系是：

A—T、C—G。

11．下列各项中，能正确表示DNA分子中脱氧核糖核苷酸对的是（　　）

答案　A

解析　DNA分子中的碱基互补配对原则为A与T配对，G与C配对，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，两条链反向平行，所以A项正确；B、D两项配对方式不对；C项两条链方向不对。

12．以下四个双链DNA分子中，稳定性最差的是（　　）

A．A占25%B．T占30%

C．G占25%D．C占30%

答案　B

解析　DNA分子结构稳定性表现在相对稳定的双螺旋结构；碱基对通过氢键连接，氢键含量越高，稳定性越强。

根据碱基互补配对原则可计算四个DNA分子中含G≡C碱基对最少的稳定性最差。

A项中G＋C＝50%；B项中G＋C＝40%；C项中G＋C＝50%；D项中G＋C＝60%。

13．如图是一个DNA分子的片段，从图中不能得到的信息是（　　）

A．DNA是双螺旋结构

B．碱基严格互补配对

C．嘌呤数等于嘧啶数

D．两条多核苷酸链反向平行

答案　D

解析　由图示可以看出，DNA是双螺旋结构，且两条链之间碱基严格互补配对，即嘌呤数等于嘧啶数；从题中不能看出两条链的方向。

14．根据DNA分子结构模式图回答下列问题：

（1）写出①～⑥的名称：

①________________；②__________________；③______________；④______________；⑤______________；⑥________________。

（2）分析这种结构的主要特点：

Ⅰ.构成DNA分子的两条链按________________盘旋成双螺旋结构。

Ⅱ.DNA分子的基本骨架由__________________________________________________

________________________________________________________________________而成。

Ⅲ.DNA分子两条链上的碱基通过________________连接成碱基对，并且遵循________________原则。

（3）DNA分子中的碱基有________种，碱基间配对方式有________种，但由于________________________________，使DNA分子具有多样性；由于________________________________，使DNA分子具有特异性。

答案　

（1）胸腺嘧啶　胞嘧啶　腺嘌呤　鸟嘌呤　脱氧核糖　磷酸

（2）Ⅰ.反向平行方式　Ⅱ.脱氧核糖与磷酸交替连接　Ⅲ.氢键　碱基互补配对

（3）4　2　不同DNA分子中碱基对排列顺序的千变万化　每个DNA分子具有特定的碱基对排列顺序

解析　

（1）根据脱氧核苷酸的结构及碱基互补配对原则可依次推断出①～⑥的名称。

（2）根据DNA的立体结构可知，DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，其外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接形成的基本骨架；内侧是通过氢键连接而成的碱基对，碱基对的形成严格遵循碱基互补配对原则。

（3）DNA分子中的碱基共4种，配对方式共2种，即A－T、G－C，由于碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而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。

15．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]________________、[5]__________________。

（3）从图中可以看出DNA分子中的两条长链是由______和________交替连接的。

（4）碱基对之间通过__________连接，碱基配对的方式为：

______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________的________结构。

答案　

（1）平面　立体（或空间）

（2）一条多核苷酸链的片段　腺嘌呤脱氧核糖核苷酸

（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　双螺旋

解析　

（1）从图中可以看出：

甲表示的是DNA分子的平面结构，而乙表示的是DNA分子的立体（或空间）结构。

（2）图中2表示的是一条多核苷酸链的片段，而5表示的是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。

（3）从甲图的平面结构可以看出：

DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成了基本骨架。

（4）DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且有一定规律：

A与T配对，G与C配对。

（5）根据图甲可以判断：

组成DNA分子的两条多核苷酸链是反向平行的；从图乙可以看出组成DNA分子的两条多核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。

个性拓展

16．下图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。

（1）图中实验材料A可以是________等，研磨前加入的B应该是__________________。

（2）通过上述所示步骤得到滤液C后，再向滤液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是________________，再过滤得到滤液D，向滤液D中加入蒸馏水的目的是___________。

（3）在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2mL的4种溶液中，经搅拌后过滤，获得下表所示的4种滤液，含DNA最少的是滤液________。

1

研磨液中

搅拌研磨后过滤

滤液E

2

2mol/L的NaCl溶液中

搅拌后过滤

滤液F

3

0.14mol/L的NaCl溶液中

搅拌后过滤

滤液G

4

冷却的95%的酒精溶液中

搅拌后过滤

滤液H

（4）DNA鉴定的原理是_____________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）洋葱（菜花等）　洗涤剂和食盐

（2）使DNA溶解　使DNA（溶解度下降而沉淀）析出　（3）H

（4）在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色