224遗传信息的携带者-核酸

第2节遗传信息的携带者——核酸DNA指纹•亚历克·杰弗里斯爵士，FRS（SirAlecJohnJeffreys，最早的DNA指纹分析及DNA特征测定技术发展者。其技术首次在1983到1986年间的谋杀案应用，使嫌犯柯林·皮区佛克（ColinPitchfork）因DNA证据而被定罪。•DNA指纹指具有完全个体特异的DNA多态性，其个体识别能力足以与手指指纹相媲美，因而得名。可用来进行个人识别及亲子鉴定，同人体核DNA的酶切片段杂交，获得了由多个位点上的等位基因组成的长度不等的杂交带图纹，这种图纹极少有两个人完全相同，故称为DNA指纹。•课程标准•简述核酸的结构和功能。•活动建议：观察DNA、RNA在细胞中的分布。••1.说出核酸的种类。•2.简述核酸的结构和功能。•3.以特定的染色剂染色，观察并区分DNA和RNA在细胞中的分布。1．种类核酸脱氧核糖核酸，简称DNA核糖核酸，简称RNA核酸的种类、功能及在细胞中的分布•2．作用•核酸是细胞内携带的物质，在生物体的、和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。•3．观察DNA和RNA在细胞中的分布•(1)实验原理：用和两种染色剂对细胞进行染色，•甲基绿使DNA呈色，使RNA呈色，这样可以显示出DNA和RNA在细胞中的分布情况。遗传信息遗传变异甲基绿吡罗红绿吡罗红红(2)实验程序•(3)实验结果及结论•①绿色主要分布在细胞核→主要分布在细胞核中。•②红色主要分布在细胞质→主要分布在细胞质中。•[思维激活1]能用叶肉细胞作本实验的材料吗？•提示不能。叶肉细胞含有色素，其颜色会影响实验结果的观察。DNARNA•1．实验操作应注意事项•(1)制片•①用质量分数为0.9%的NaCl溶液而不是蒸馏水：保持口腔上皮细胞形态，细胞在蒸馏水中会吸水涨破。•②取口腔上皮细胞时必须漱口：防止混杂食物碎屑。•③牙签使用前要严格消毒。•④载玻片烘干•a．要在酒精灯火焰上来回移动，防止载玻片受热不均匀而破裂。•b．烘干至细胞吸附住即可。•(2)水解•要注意掌握水温(30℃)和时间(5min)，才能达到水解的目的。•(3)冲洗•①蒸馏水：冲洗载玻片上的盐酸。•②缓水流：防止细胞被水流冲走。•(4)染色•①吡罗红甲基绿染色剂的配制要用蒸馏水。•②吡罗红甲基绿染色剂是混合染色剂，要现用现配。•③甲基绿与DNA的亲和力强，吡罗红与RNA的亲和力强。•2．几种液体在实验中的作用•(1)质量分数为0.9%的NaCl的溶液：保持口腔上皮细胞正常形态。•(2)质量分数为8%的盐酸：改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞；使染色体中DNA与蛋白质分离，利于DNA与染色剂结合。•(3)蒸馏水：①配制染色剂；②冲洗载玻片。•特别提醒两种染色剂不是单独使用，而是混合使用(甲基绿吡罗红混合染色剂)。•【巩固1】下列有关遗传信息携带者——核酸的说法，正确的是•()•A．在“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中，用质量分数为8%的盐酸处理的口腔上皮细胞仍是活细胞，只是其膜的通透性增强•B．在“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中，需将两滴吡罗红和甲基绿染液先后滴在载玻片上•C．与甲基绿发生结合的核酸分子只分布在细胞核中•D．核酸在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有重要作用•解析在“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中，要想染色成功，必须先烘干将细胞杀死，改变细胞膜的通透性。所用的染色剂是吡罗红甲基绿混合染色剂，即混合后才能使用，其中甲基绿易与DNA结合使之呈现绿色，结果发现DNA主要分布在细胞核中，也有少量DNA分布在线粒体或叶绿体中。•答案D1、核酸的基本组成单位：核苷酸碱基为什么叫含氮碱基？请认真比较异同点。AA腺嘌呤腺嘌呤GG鸟嘌呤鸟嘌呤CC胞嘧啶胞嘧啶TU胸腺嘧啶尿嘧啶组成DNA的基本单位组成RNA的基本单位核酸是由核苷酸连接而成的长链相同点：组成元素相同,都含一分子磷酸、一分子五碳糖、一分子含氮碱基,都有4种碱基和4种核苷酸,共有A、G、C三种碱基。不同点：五碳糖不同,前者是脱氧核糖，后者是核糖；前者特有的碱基是T,而后者是U。组成DNA的基本单位组成RNA的基本单位说明：5种碱基A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)、U(尿嘧啶)可以组成8种核苷酸。•2．DNA、RNA的比较(见下表)名称脱氧核糖核酸核糖核酸简称DNARNA基本组成单位脱氧核苷酸(四种)核糖核苷酸(四种)组成五碳糖脱氧核糖核糖含氮碱基A(腺嘌呤)C(胞嘧啶)G(鸟嘌呤)T(胸腺嘧啶)A(腺嘌呤)C(胞嘧啶)G(鸟嘌呤)U(尿嘧啶)无机酸磷酸磷酸存在主要在细胞核中主要在细胞质中一般结构两条脱氧核苷酸链构成一条核糖核苷酸链构成功能对生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成有重要作用2.生物的遗传物质(1)细胞生物真核生物：遗传物质是DNA原核生物：遗传物质是DNA(2)非细胞生物大多数病毒：遗传物质是DNA极少数病毒：遗传物质是RNA一切生物的遗传物质都是核酸，细胞内既含DNA又含RNA的生物和体内只含DNA的生物，遗传物质都是DNA；少数病毒的遗传物质是RNA。由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。不同生物的核酸、核苷酸及碱基的情况生物类别核酸核苷酸碱基遗传物质举例细胞生物DNA和RNA8种5种DNA细菌、人等只含DNA4种4种DNA噬菌体病毒只含RNA4种4种RNA艾滋病病毒•1．核酸的结构层次(即核酸的形成)(见下图)•核糖核酸(RNA)是由核糖核苷酸连接而成的单链，脱氧核糖核酸(DNA)是由脱氧核苷酸连接而成的双链。•拓展深化①核苷酸的形成(见下图)•②核苷酸间的连接(一个核苷酸的五碳糖与相邻核苷酸的磷酸之间形成化学键)(见下图)•③核苷酸链间的连接(碱基间形成氢键)(见下图)[归纳拓展]1．DNA分子的结构(1)结构示意图脱氧核苷酸长链(DNA)(2)图形解读解读外侧内侧构成方式磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则地盘旋成双螺旋主链上对应的碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补(A—T，G—C)配对，碱基平面之间平行排列位置磷酸和脱氧核糖位于双螺旋结构外侧碱基位于双螺旋结构内侧动态变化相对稳定碱基比率和碱基序列可变[合作探讨]探讨1：为什么DNA能储存大量的遗传信息？提示：因为组成DNA的核苷酸数目成百上千甚至上亿，在连成长链时，排列顺序就是极其多样化，故其储存的遗传信息容量极大。探讨2：DNA分子的特异性使DNA指纹技术应用广泛，DNA分子为什么具有特异性？提示：同一个DNA分子，核苷酸的种类、数目和排列顺序是特定的，因此DNA分子具有特异性。DNA分子的多样性和特异性多样性：四种脱氧核苷酸的数目、排列顺序不同。特异性：不同生物的个体具有不同的DNA，遗传信息就是核苷酸的排列顺序。4、RNA的化学结构基本组成单位：核糖核苷酸4种腺嘌呤(A)核糖核苷酸、尿嘧啶(U)核糖核苷酸、鸟嘌呤(G)核糖核苷酸、胞嘧啶(C)核糖苷酸核糖核苷酸链(RNA)RNA由1条核苷酸链组成请思考：由10个脱氧核苷酸组成的一条DNA单链最多有多少种不同排列?•【巩固2】右图表示一条核苷酸链(部分)，•请结合该图回答以下问题。•(1)DNA大多是由____条____链构成，•RNA通常是由____条________链构成的。•(2)若该图为脱氧核苷酸链，则从碱基组成上看，还应有的碱基是__________________________________________；•图中①是________，②是________，③是________，④是__________________。•(3)若该图为核糖核苷酸链，则从碱基组成上看，还应有的碱基是________。图中②是________，④是________。•解析从碱基组成上看，组成DNA的碱基有A、G、C、T四种，组成RNA的碱基有A、G、C、U四种。DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，一个脱氧核苷酸由一分子含氮碱基、一分子脱氧核糖、一分子磷酸组成；绝大多数DNA由两条脱氧核苷酸链构成；RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，一个核糖核苷酸由一分子含氮碱基、一分子核糖和一分子磷酸组成。•答案(1)两脱氧核苷酸一核糖核苷酸•(2)T磷酸脱氧核糖腺嘌呤鸟嘌呤脱氧核苷酸•(3)U核糖鸟嘌呤核糖核苷酸【例1】如图所示，由1分子磷酸、1分子含氮碱基m和1分子化合物a构成了化合物b，则下列叙述正确的是()。A．若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤脱氧核苷酸B．若a为核糖，则b为DNA的基本组成单位C．若m为尿嘧啶，则DNA中肯定不含b这种化合物D．若由b构成的核酸能被吡罗红染成红色，则b为脱氧核苷酸核苷酸的种类及组成•思维导图：•深度剖析由题意可知，a为五碳糖、b为核苷酸，根据所含五碳糖的不同，核苷酸可分为两种：脱氧核苷酸和核糖核苷酸。其中，脱氧核苷酸是组成DNA的基本单位，其特有的成分是脱氧核糖和胸腺嘧啶；核糖核苷酸是组成RNA的基本单位，其特有的成分是核糖和尿嘧啶。•答案C•延伸探究(1)当a的种类不同时，m的种类相同吗？•提示不一定。当a为核糖时，m可能为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶或尿嘧啶，当a为脱氧核糖时，m可为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶或胸腺嘧啶。•(2)当m的种类确定时，a的种类能确定吗？•提示不一定。当m为A、G或C时，a可以是核糖也可以是脱氧核糖；当m为T时，a则是脱氧核糖；当m为U时，a则是核糖。•规律方法核苷酸类型的判断•【例2】不同生物含有的核酸种类不同。原核生物和真核生物同时含有DNA和RNA，病毒体内含有DNA或RNA，下列各种生物中关于碱基、核苷酸、五碳糖种类的描述正确的是()。生物体内核酸及成分的判断项目ABCDT4噬菌体烟草叶肉细胞烟草花叶病毒大肠杆菌碱基5种5种4种8种核苷酸5种8种8种8种五碳糖1种2种2种2种•思维导图：•深度剖析T4噬菌体与烟草花叶病毒都是病毒，病毒只含DNA或RNA，则病毒只有4种碱基、4种核苷酸、1种五碳糖。烟草和大肠杆菌均是细胞生物，细胞中既有DNA又有RNA，共包含5种碱基、8种核苷酸、2种五碳糖。•答案B•规律方法生物体内核酸及成分的判断方法•(1)首先确定生物种类，属于细胞生物还是非细胞生物。•(2)具有细胞结构的生物，有2种核酸，8种核苷酸，2种五碳糖，5种含氮碱基。•(3)病毒类生物，有1种核酸，4种核苷酸，1种五碳糖，4种含氮碱基。•技法必备•DNA分子是由四种脱氧核苷酸组成的，不同的DNA脱氧核苷酸的排列顺序不同，特定的DNA具有特定的脱氧核苷酸排列顺序。因此DNA的特异性在多个领域都有很多应用。———————DNA的特异性及其应用———————•能力展示•“防伪”是一个全国上下都十分关心的热门话题。然而长期以来，正牌产品与假冒伪劣产品之战一直都是在包装上下工夫。最近出炉的“生物基因(DNA)防伪技术”把防伪工作从包装做到了物品本身。这一技术的具体做法是：从企业负责人身上(可以是一滴血、一根头发、一小片皮肤)提取出他的DNA，克隆出更多的剂量后，掺入到生产的饮料、化妆品、药品、颜料等中去，或制成商品标志贴在商品上。这样，生产出来的每一件商品中都含有了微量的DNA密码标志。这种DNA密码标志的含量要求极低，1×106kg吨酒中只需有1gDNA就足够了，因而不会改变商品的物理或化学特性，而且十分隐蔽。•(1)右图是DNA分子结构部分模式图，•请依次写出图中4、5、6、7的名称：•________、________、________、________。•(2)如果图示为RNA，则含有的四种基本单位分别是：•________________、________________、________________、________________。•(3)你认为DNA能作为防伪标记的依据是什么？____________________________________________________。•结合相关知识，举例说明目前DNA技术还有哪些应用？•___________________