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(共47张PPT)
第 2节 DNA的结构
第三章 基因的本质
问题探讨
以DNA双螺旋结构进行衍生设计
瑞典马尔默旋转塔 高190米/54层
巴拿马螺丝塔 高243米
莫斯科进化大厦 高度255米
沙特吉达钻石塔
高432米
北京中关村的“生命”雕塑
“生命”双螺旋雕塑象征中关村人生生不息的创新精神。更多以DNA结构进行设计的建筑都成为了当地的地标性建筑。然而DNA双螺旋结构的发现更是具有里程碑意义。
01
DNA双螺旋结构模型的构建
1.构建人： 。
2.构建依据：
资料1：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位
是 。
【模型建构1】: 脱氧核苷酸
脱氧核苷酸
沃森和克里克
含氮碱基
脱氧
核糖
磷酸
一.DNA双螺旋结构模型的构建
课本P48
腺嘌呤脱氧核苷酸
A
胞嘧啶脱氧核苷酸
C
鸟嘌呤脱氧核苷酸
G
T
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
当时，科学家认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
如何构成DNA的？
DNA结构模型的构建
【思考 讨论】
脱氧核苷酸连接而成的长链
磷酸二酯键
A
T
G
C
3’,5’-磷酸二酯键
资料2：DNA是由4种脱氧核苷酸连接而成的长链。
一.DNA双螺旋结构模型的构建
一.DNA双螺旋结构模型的构建
DNA结构模型的构建
【思考 讨论】
DNA呈现“X”形
威尔金斯
富兰克林
翻转180°
DNA呈螺旋结构
推断
三螺旋 双螺旋
沃森和克里克推测出DNA分子呈螺旋形的。他们先后建构了多种不同双螺旋、三螺旋模型。
一.DNA双螺旋结构模型的构建
DNA结构模型的构建
【思考 讨论】
1952年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。脱氧核糖-磷酸骨架排列在外侧，碱基在内侧，A和T配对，C和G配对。
查哥夫（E. Chargaff）
一.DNA双螺旋结构模型的构建
模型三 沃森和克里克重新构建：DNA的双链的平面结构
两条链反向平行
A与T配对
C与G配对
具相同形状和直径
DNA分子具有恒定的直径
能够解释A、T、G、C的数量关系
2个氢键
3个氢键
平面结构
空间结构/立体结构
A
P
G
P
C
P
T
P
T
P
C
P
G
P
A
P
一.DNA双螺旋结构模型的构建
一.DNA双螺旋结构模型的构建
1953年，美国的沃森和英国的克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载。
富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。
左一：威尔金斯；左三：克里克；右二：沃森
1962年诺贝尔生理学与医学奖
20世纪初
1951-1952
1952年
1951年
DNA的结构单位:
四种脱氧核苷酸
双螺旋、三螺旋→失败
（配对违反化学规律）
物理模型
X射线衍射技术
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
查哥夫
在DNA中，
腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T）
鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
（X说明DNA是螺旋的）
沃森和克里克 核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型
1953年
2.构建过程
2.构建过程
新坐标P67
脱氧核苷酸
DNA衍射图谱
外部
骨架
相同碱基
T C
A=T, G=C
恒定的直径
A、T、G、C
具有相同的形状和直径！
02
DNA的结构
对DNA结构特点，从三个关键词来分析：
两条单链
反向平行
链 数：
方 向：
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
3′
5′
5′
3′
二、DNA的结构
DNA的一条单链具有两个末端，磷酸基团端称作5’-端。羟基(-OH)端称作3’-端。
课本P50
对DNA结构特点，从三个关键词来分析：
两条单链
反向平行
链 数：
双螺旋结构
方 向：
结 构：
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
3′
5′
5′
3′
二、DNA的结构
课本P50
2.互补链中相邻碱基通过 相连。
脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架
碱 基
外 侧：
内 侧：
二、DNA的结构
3′
5′
5′
3′
1.DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过
“ ”相连。
脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖
氢键
配 对：
（3个氢键）
氢键
G
C
A
T
（2个氢键）
碱基互补配对原则
连接核苷酸的化学键：
3',5'-磷酸二酯键
二、DNA的结构
3′
5′
5′
3′
G与C越多，DNA的热稳定性越大
两条单链
反向平行
双螺旋结构
链 数：
方 向：
空间结构：
3′
5′
3′
5′
碱基互补配对形成氢键
G
C
A
T
核苷酸之间连接的化学键
3',5'-磷酸二酯键
脱氧核糖和磷酸交替
连接构成基本骨架
外 侧：
碱基
内 侧：
①多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。
一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。
②特异性：每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基
排列顺序
③稳定性：(即结构的稳定性）
DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变，
两条链间碱基互补配对的原则不变。
注意：G、C碱基对比例越大，结构越稳定
n个碱基对的DNA分子有4n种
三、DNA结构的特性
DNA双螺旋结构的热考点
DNA双螺旋结构的热考点
笔记
①DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基(　　)
②每个DNA分子中，碱基数＝磷酸数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数 (　　)
③G—C碱基对的比例越大，DNA分子的稳定性越高(　　)
④在环状DNA和链状DNA结构中，均有两个游离磷酸(　　)
⑤两条链上互补的碱基通过氢键连接成碱基对(　　)
⑥DNA分子中一条链上的相邻碱基通过氢链连接(　　)
⑦每个DNA分子中一般都会含有四种脱氧核苷酸(　　)
⑧DNA分子的两条链是反向平行的，并且游离的磷酸基团位于同一侧(　　)
⑨维持基因结构稳定的键主要是磷酸二酯键和氢键(　　)
√
×
√
√
×
×
√
×
√
易错点
1或2个
DNA分子的一条单链，相邻碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”相连。
不同侧
1.在整个DNA分子中
①双链中： A = T , G = C（互补碱基）
注：在单链DNA中，A不一定等于T , G不一定等于C
②A+G = T+C = A+C = T+G = 50% (不互补碱基）
即任意两个不互补碱基之和相加等于50%
注：一个双链DNA中，A+T不一定等于C+G, 而且一般不相等
DNA中的碱基数量的计算规律
体现DNA分子的特异性
DNA中的碱基数量的计算规律
简化记忆
DNA双链：A=T , G=C
单链：不一定相等
DNA双链：A+G = T+C = 50% (嘌呤数=嘧啶数）
A+C = T+G = 50%
单链：A+T不一定等于C+G, 且一般不相等
（体现DNA特异性）
DNA中的碱基数量的计算规律
2.互补的两条链中
设DNA一条链为1链，互补链为2链。
根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
(1)A1＋T1＝ ；G1＋C1＝ 。
A2＋T2
G2＋C2
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，
简记为“互补则等”。
(2) 与 与 的关系是
A1+T1 A2 + T2 A + T
G1+C1 G2 + C2 G + C
相等的
规律三：互补碱基之和的比值在两条互补链与整个DNA中是相等的，
简记为“互补则等”。
(1)A1＋T1＝ ；G1＋C1＝ 。
A2＋T2
G2＋C2
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，
简记为“互补则等”。
(2) 与 与 的关系是
A1+T1 A2 + T2 A + T
G1+C1 G2 + C2 G + C
相等的
简化：①互补碱基之和，在单双链中占比相等，
②互补碱基和之比，在单双链中相等，简记为“互补则等”。
(1)A1＋T1＝ ；G1＋C1＝ 。
A2＋T2
G2＋C2
(A1+T1)% = ( A2+T2)% = 总( A+T)%
( G1+C1)% = ( G2+C2)% = 总( G+C)%
(2) 与 与 的关系是
A1+T1 A2 + T2 A + T
G1+C1 G2 + C2 G + C
相等的
规律三：互补碱基之和的比值在两条互补链与整个DNA中是相等的，
简记为“互补则等”。
互为倒数
规律四：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为
“不补则倒”。
(3)
A1 A1
单链 双链
规律五：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和
的一半。新坐标 2（6）
易错提醒：
(1) 看 清 单 双 链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例。
(2)看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是
多少“个”碱基。
(4)
若 =b% ,则 = %
b
2
①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
A+G=T+C 即A+G/T+C=1
②双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G2 +C2
=
=
③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。
A1+G1
T1+C1
=a
T2+C2
A2+G2
=1/a
A1+C1
T1+G1
T2+G2
A2+C2
=
互补则等 不补则倒
解题方法:
1.画图最直观
2.实施等量代换
3.注意用脚码标注
4.注意区分已知条件属于上述哪种情况
5.规律很多,不必硬记,重在掌握解题方法
2.一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应是_____
1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
20%
60个
3.若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
0.4 0.4
4.在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
2.5 1
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
例5. 下列哪项对双链DNA分子的叙述是错误的（ ）
A. 若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等
B. 若一条链G的数目为C的两倍，则另一条链G的数目为C的0.5倍
C. 若一条链A：T：G：C＝1：2：3：4，则另一条链的相应碱基比为
2：1：4：3
D. 若一条链A：T：G：C＝1：2：3：4，则另一条链的相应碱基比为
1：2：3：4
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
D
1．下列有关DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其
互补链中碱基数目比值的关系图，不正确的是(　　)
A B C D
C
互补则等 不互补则倒
2．从某生物组织中提取一个DNA进行分析，其中G＋C占全部碱基的46%，
又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中A占28%，C占24%，则与H链
相对应的另一条链中，A、C分别占该链全部碱基的(　　)
A．26%、22%　　　 B．24%、28%
C．14%、11% D．11%、14%
A
C
(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__________________。
平面 立体空间
一条脱氧核苷酸单链片段　
　腺嘌呤脱氧核苷酸
(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______________结构。
反向平行　
规则的双螺旋
DNA指纹技术在现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行DNA指纹鉴定。你能从下面的DNA指纹图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。体现DNA分子的特异性。√
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少
需要：
(1)代表磷酸的球形塑料片几个？
(2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？
(3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？
(4)可组装出几种该DNA片段模型？
20
20
20
410
制作脱氧核苷酸
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
6种：磷酸、脱氧核糖、4种碱基
磷酸
脱氧核糖
四种碱基
准备材料：
1．用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示
(代表氢键的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物若干)，则所搭建
的DNA分子片段最长为多少碱基对(　　)
A．4　　　　B．5　　　　C．6　　　　D．7
A
按卡片数量最少的来确定碱基对数
2．某研究小组用如图所示的6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧
核糖和碱基之间的连接物、碱基对之间的连接物(代表氢键)若干，成功搭建
了一个完整的DNA结构模型，模型中有4个T和6个G。下列有关说法正确
的是(　　)
A．碱基对之间的连接物(代表氢键)有24个
B．代表胞嘧啶的卡片有4个
C．脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个
D．理论上能搭建出410种不同的DNA模型
C
26
6
少于
当堂检测（5min）
1.DNA两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。
判断下列相关表述是否正确。
（1）DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基
（ ）
（2）在DNA的双链结构中，碱基的比例总是（A+G）/（T+C）=1。
（ ）


概念检测 课本P52
概念检测 课本P52
2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
脱氧核糖
磷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
思考：这个DNA片段有多少个游离的磷酸基团（没有形成磷酸二酯键的
磷酸基团）？
2个
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
当堂检测（5min）
3.在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例
为b，则（ ）
A.b≦0.5
B.b≧0.5
C.胞嘧啶为a(1/2b-1)个
D.胞嘧啶为b(1/2a-1)个
4.一条DNA单链的序列是5'-GATACC-3',那么它的互补链的序列是 （ ）
A. 5'-CTATGG-3' B. 5'-GATACC-3'
C. 5'-GGTATC-3' D. 5'-CCATAG-3'
C
C
当堂检测（5min）
概念检测 课本P52

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