师:同学们,今天我们一起来学习生物学必修一、第二单元第五节——核酸是遗传信息的携带者。老师先给大家介绍一种破案神器——DNA指纹法。在刑事案件中,刑侦人员常将从案发现场头发等样品中提取的DNA,与犯罪嫌疑人的DNA进行对比,为案件侦破提供重要证据。看右图,对比从受害者体内分离出的精液样品DNA指纹图与三位怀疑对象的DNA指纹图,大家不难发现,怀疑对象3最可能是犯罪嫌疑人。
那为什么DNA能提供犯罪嫌疑人的信息呢?这是因为DNA是人的遗传物质,每个人的遗传信息不同,通过微量DNA分析,就能为刑侦案件侦破提供有力证据。大家思考一下,DNA指纹技术还能在哪些方面应用呢?
生:这项技术还可以用于亲子鉴定以及鉴别不同物种亲缘关系。
师:非常好。那DNA究竟是什么呢?其实,DNA是我们细胞中核酸的一种,大家还听过另一种核酸叫RNA。核酸,从名字可知,是细胞中呈酸性的一类物质。细胞中的核酸有两种,分别是脱氧核糖核酸,英文缩写为DNA;以及核糖核酸,英文缩写为RNA。这两种核酸在细胞中的分布是怎样的呢?我们通过一个实验来观察分析。
实验中,我们用甲基绿吡罗红混合染料对洋葱鳞片叶内表皮细胞染色。由于甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同,甲基绿能使DNA呈绿色,吡罗红能使RNA呈红色,我们就可以通过颜色分布确定两种核酸在细胞中的分布。
从染色后的洋葱鳞片叶内表皮细胞结果看,绿色明显集中且分布接近细胞中央,这说明DNA主要分布在细胞核中;周围红色分布范围较广,说明RNA主要分布在细胞质中。这两种核酸名字相似,它们之间有什么差异呢?我们进一步学习核酸的结构。
将两种核酸水解后,会得到一些结构相似的物质——核苷酸,所以核苷酸是核酸的基本组成单位。我们观察核苷酸结构,一分子核苷酸还能进一步水解为1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子含氮碱基。同学们看左图核苷酸的结构图,思考核苷酸的组成元素有哪些?
生:核苷酸的组成元素有碳、氢、氧、氮、磷。
师:对。那大家比较一下,展示的这两种核苷酸有什么不同?我们知道,DNA初步水解的产物是脱氧核糖核苷酸,RNA初步水解得到的产物是核糖核苷酸。大家再仔细观察,思考这两种核苷酸有什么区别?
先看五碳糖,五碳糖由五个碳原子构成,与碱基相连的是1号碳,依次是2号碳、3号碳、4号碳,与磷酸基团相连的是5号碳。如果2号碳连的是羟基(-OH),就是核糖,是核糖核苷酸的组成成分之一;若2号碳上羟基脱去氧原子,就是脱氧核糖,是脱氧核糖核苷酸的组成成分之一。所以,核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸的第一个差别在于五碳糖不同。
再看含氮碱基,细胞中的含氮碱基分为嘌呤与嘧啶两大类,一共有5种碱基,分别是腺嘌呤(简写为A)、鸟嘌呤(简写为G)、胞嘧啶(简写为C),这三种碱基既能参与核糖核苷酸构成,也能参与脱氧核糖核苷酸构成,是DNA与RNA共有的碱基。而胸腺嘧啶(简写为T),只能构成胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸,是DNA特有的碱基;尿嘧啶(简写为U),只能构成尿嘧啶核糖核苷酸,是RNA特有的碱基。所以,核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸的第二个差别在于碱基组成不同。
我们可以归纳两种核苷酸的差别:DNA与RNA共有的组成成分包括磷酸、腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶;DNA特有的组成成分是脱氧核糖与胸腺嘧啶;RNA特有的组成成分是核糖与尿嘧啶。
那核苷酸该怎么命名呢?先从五碳糖类型入手,比如图中这种核苷酸,五碳糖是脱氧核糖,所以它属于脱氧核糖核苷酸。再看碱基组成,若碱基为A,这个核苷酸就命名为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸,同理还有鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸以及胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸,由于胸腺嘧啶是DNA特有的碱基,所以胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸是DNA特有的。
