学年高中生物 第2章 遗传信息传递的结构基础 第6课时 DNA贮存遗传信息Ⅱ教.docx
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学年高中生物第2章遗传信息传递的结构基础第6课时DNA贮存遗传信息Ⅱ教
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5
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