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3.2DNA的结构
问题探讨:
1. 为什么DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息？
2. 你还能说出DNA鉴定技术在其他方面的应用吗？
DNA是遗传物质，携带有遗传信息，不同个体的遗传信息一般都有区别，因此，DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息。
可以进行亲子鉴定；鉴别在地震等灾害中遇难亲属的遗体等。
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
沃森（J.D. Wstson)&克里克（F. Crick）
卡文迪许实验室
生物学家 物理学家
1869年
米歇尔：
首先发现核酸
科塞尔
A · Kossel 1853-1927
1901年
（1）1885至1901年间：
（2）Kossel和他的学生经水解和化学分析确认发现
核酸含有戊糖、磷酸、嘌呤和嘧啶 。
（3）腺嘌呤：Adenine；鸟嘌呤：Guanine
（3）胞嘧啶：Cytosine；胸腺嘧啶：Thymine；尿嘧啶：Uracil
科塞尔：
核酸含有嘌呤
和嘧啶
科塞尔：
1910年诺贝尔
生理学与医学奖
经典遗传学发展之路
1869年
米歇尔：
首先发现核酸
1901年
科塞尔：
核酸含有嘌呤
和嘧啶
莱文
P.A.Levene
1869-1940
1934年
1920年： 莱文发现两种不同的核酸，即：DNA和RNA。
1934年： 莱文发现核酸可被分解成含有一个嘌呤/嘧啶、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段,这样的组合称为“核苷酸”。
莱文：
核酸的基本构成单位是核苷酸
经典遗传学发展之路
含氮碱基
磷酸
A
G
C
T
（一）DNA的基本单位－脱氧核苷酸
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
脱氧
核糖
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
（二）DNA的单链如何形成？
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
5’端
3’端
磷酸二酯键
H2O
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
威廉·劳伦斯·布拉格
威廉·劳伦斯和他的父亲合作发展出X射线衍射（绕射）晶体图学。
20世纪初
A
B
S
A
B
孔较大时
孔较小时
光的衍射
光沿直线传播
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
20世纪初
a角度进行衍射
c角度进行衍射
b角度进行衍射
晶体空间结构和其X射线衍射图谱的关系
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
1951年
威尔金斯在一场关于DNA演讲上展示了两张用X射线做的DNA衍射照片。
威尔金斯
沃森
现象：DNA呈现“X”形
推断：DNA分子是螺旋的
……
两条脱氧核苷酸长链如何排布呢？
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
思考：请结合磷脂双分子层的排布方式，推测碱基排列在内部还是外部呢？
磷酸
亲水
碱基
疏水
亲水磷酸头部
疏水脂肪酸尾部
磷脂分子
图片资料:
水环境
水环境
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
1951年
富兰克林发现提高空气的湿度，发现DNA易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团应该位于DNA的外侧，其余部分位于内侧。这是解开DNA结构的重要线索。
富兰克林
内侧
外侧
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
1951年
沃森与克里克推算出三股螺旋的DNA结构（磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧）。他们邀请威尔金斯和富兰克林观看，被两人评价为“一无是处”，并告知他们含氮碱基应该排列在内侧。沃森和克里克默默地记录下了这个关键信息。
资料：X衍射照片测量分析，DNA双链之间的距离是相同的，DNA直径应该是2nm。
思考：碱基是同型配对还是异型配对呢？尝试一下吧
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
1952年春天，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff，1905-2002）访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得知了一条重要信息：在DNA中，腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的含量；鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量
DNA来源 DNA的碱基组成（单位：每摩尔磷酸） A T G C
人（胸腺） 0.28 0.28 0.18 0.15
A=T G=C
牛胸腺 0.26 0.25 0.21 0.16
牛脾脏 0.26 0.24 0.21 0.17
酵母菌 0.24 0.25 0.14 0.14
禽结核杆菌 0.12 0.11 0.28 0.26
DNA分子具有多样性和特异性
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
DNA来源 DNA的碱基组成（单位：每摩尔磷酸） A/G T/C A/T G/C
人（胸腺） 0.28 0.28 0.18 0.15
不同生物的DNA都满足A=T G=C
鲱鱼 0.26 0.25 0.21 0.16
小麦 0.26 0.24 0.21 0.17
结核分枝杆菌 0.24 0.25 0.14 0.14
DNA分子具有多样性和特异性
DNA来源 猪 牛 器官 肝 脾 胰 肺 肾 胃
A+T/G+C 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30
同种生物DNA碱基组成相同；
不同生物DNA碱基组成不同
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
A:G T:C A:T G:C 嘌呤：嘧啶
牛 1.29 1.43 1.04 1.00 1.1
人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.0
小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
酵母 1.67 1.92 1.03 1.20 1.0
母鸡 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99
沙雷氏菌 0.7 0.7 0.95 0.86 0.9
鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
不同生物DNA 4种碱基比例关系
DNA 的碱基组成有什么规律？
（1）不同生物DNA分子嘌呤与嘧啶的物质的量大致相同。 即A+G=T+C
（2）腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的物质的量大致相同；
鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的物质的量大致相同。
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
瑞典的科学家证明DNA是不对称的，而且发现DNA分子的两条链的距离是固定的。
1951年，奥地利生物化学家卡伽夫对各种不同来源的DNA碱基成分进行了精密的分析，发现：DNA中碱基会相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。
古伦德1948年提出了碱基间以氢键相连。
DNA中碱基A与T以2个氢键相连，G与C以3个氢键相。
（碱基互补配对原则）
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
1952年
奥地利生物化学家查加夫来到沃森和克里克的实验室，两人得到了一个关键信息：DNA中碱基会相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。
查加夫
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
A
T
C
G
氢键
氢键
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
1951年：DNA呈现“X”形，旋转180°成像不变
威尔金斯
沃森
推断：DNA分子双螺旋可能是反向平行的
富兰克林给ＤＮＡ拍了好多张Ｘ射线衍 射图谱， 她发现ＤＮＡ在翻转１８０°后图谱看起来还是一样
两条脱氧核苷酸是同向平行还是反向平行呢？
用你手中的模型尝试一下吧~
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
沃森和克里克的 核酸的分子结构
1953年4月25日
罗莎琳的胸腺核苷酸酸钠盐的分子构象
威尔金斯的脱氧戊糖核酸的分子结构
DNA双螺旋结构模型的构建Construction of DNA double helix structure model1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得了诺贝尔生理学和医学奖。左一：威尔金斯 左三：克里克左五：沃森DNA的结构The structure of DNACTTGACAG5’5’3’3’（1）由条单链按_________方式盘旋成_______结构反向平行双螺旋23',5'-磷酸二酯键1、DNA双螺旋结构磷酸
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
DNA的结构
The structure of DNA
1、DNA双螺旋结构
和 交替连接，构成基本骨架；
(2) 外侧：
碱基
内侧:
脱氧核糖
(3)碱基互补配对原则
两条链上的碱基通过 连接形成
，且A只和 配对、G只和 配对，碱基之间的一一对应的关系，就叫作
。
氢键
氢键
T
C
碱基互补配对原则
碱基对
碱基对
DNA的结构
The structure of DNA
1、DNA双螺旋结构
(4) 总结：
氢键
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
碱基对
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、T、C、G
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
氢键关系:
A=T G≡C
DNA的结构
The structure of DNA
2、DNA的结构特性
碱基对的排列顺序的千变万化。
在生物体内，最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？
4 种
4000
2）特异性
碱基对的特定排列顺序。
3）稳定性
具有规则的双螺旋结构。
1）多样性
3、DNA杂交技术的应用
DNA杂交技术可以用于两个物种亲缘关系的判断，若两个物种的DNA样本经处理后形成的DNA互补区段越多，则两个物种的亲缘关系_____。
越近
如图：设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
（1）1链和2链上的哪些碱基数量总是相等的？两条链的碱基数目是否相等？
（2）在DNA双链中，哪些碱基数量总是相等的？
（3）在1链上，A1等于T1吗？G1和C1的数量一样吗？
（4）已知：双链DNA中，A和T之和占全部碱基的m%，其中一条α链中C占该链碱基数的比例为n%。则另一条β链中C占β链碱基的百分比是？
（5）若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子的一条链上的A占这条链碱基的18%，则另一条链上的A的比例为？
（6）在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则脱氧核苷酸数、磷酸基团数、碱基总数？碱基之前的氢键数？两条链中A+T数量为？G的数量为？
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
DNA的计算
DNA computing
DNA的计算
DNA computing
(1) A=T，G=C，即：两个互补的碱基数量相等
A1+T1=A2+T2=n%
所以A+T=A1+A2+T1+T2= =n%
互补碱基之和的比例在整个DNA分子中以及任何一条链中都相等
(2)设双链DNA分子的一条链上A1+T1=n%，则A+T、A2+T2的比例是多少？
在不同的DNA分子中，上述比例是否一样？
不一样，因为DNA分子具备特异性
(3)在DNA双链中，任意两个非互补碱基和的比例_______，并为碱基总数的_____（教材P52概念检测(2)）。
DNA的计算
DNA computing
恒等
50%
在双链DNA分子中：∵ A = T G = C
∴A+G =T+C
也可写成：
∴A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T)
=1
=
A+G
T+C
T+G
A+C
A+C
T+G
T+C
A+G
=
=
=50%
任意两个非互补碱基和的比例为1，则可能为双链
若为双链，则任意两个非互补碱基和的比例为1
(4)在双链DNA分子的两条互补链中，非互补碱基之和的比例__________。
DNA的计算
DNA computing
互为倒数
A1+G1
T1+C1
在一条链中，
= m
A1+G1
T1+C1
则，
= m
=
T2+C2
A2+G2
A2+G2
T2+C2
在互补链中，
= 1/m
DNA的计算
DNA computing
(5)在双链DNA分子中，某碱基占双链DNA碱基总数的百分比，等于此种碱基在两条链中比值的______
A
A+T+G+C
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
+
A1 +A2
A1+T1+G1+C1
A2
A1+T1+G1+C1
+
A1
A1+T1+G1+C1
A
(A+T+G+C)×1/2
=
=
=
=
一半
A
A+T+G+C
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
+
=
( )
1/2
随堂练习
In-class practice
1.一个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______个。
2.DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____
60
29%
3.经测定,青蛙体细胞中一段DNA分子中A有600个,占全部碱基总数的24%。那么,该DNA片段中C所占比例和数量分别是(　　)
A.24%,600个 B.24%,650个
C.26%,640个 D.26%,650个
D
随堂练习
In-class practice
4.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的40%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是(　　)
A．在它的互补链中，T与C之和占该链碱基总数的55%
B．在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的20%和25%
C．若该DNA分子含有1000个碱基对，则碱基之间的氢键数为2600个
D．该DNA分子中(C＋G)/（A＋T）＝3/2
随堂练习
In-class practice
5．某DNA分子含有1000个碱基对，其中A的含量为30%，α链中G的含量为30%，下列与该DNA分子有关的叙述正确的是（ ）
A．由于碱基互补配对，DNA分子中C与G的和一定占50%
B．该DNA分子的两条单链中(A＋C)/(T＋G)的值一定相等
C．该DNA分子的α链中碱基A所占的比例在0～40%范围内
D．该DNA分子中含有的氢键数为2.4×103个

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