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第2节 DNA的结构
第三章 基因的本质
课题导入
DNA的基本单位是：脱氧核苷酸磷酸基团脱氧核糖含氮碱基脱氧核糖P含氮碱基CH2O1'2'3'4'5'HHOHHHH脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT(4种基本单位)C、H、O、N、P(5种元素)(3种物质)【教材48页】当时，科学界已经认识到：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、G、C 4种碱基。但是，人们并不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的。脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT（1）DNA双螺旋结构模型是由谁揭示的？阅读教材第48-49页，思考与回答以下问题：（2）研究DNA结构的常用方法？（3）DNA中碱基之间的数量关系？是如何配对的？（5）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？（4）DNA的两条链中排列在内侧和外侧的是什么结构？基本骨架是什么？1.1953年摘取桂冠的是两位年轻的科学家——美国生物学家沃森（J. D. Watson，1928—）和英国物理学家克里克（F. Crick，1916—2004），DNA双螺旋结构的揭示是划时代的伟大发现，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。2.研究DNA结构常用的方法是X射线晶体衍射法。推算出DNA呈螺旋结构。英国物理学家威尔金斯（M. Wilkins，1916—2004）和他的同事富兰克林（R. E. Franklin，1920—1958）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱（图A）。DNA衍射图谱
三螺旋
弹簧衍射图
双螺旋
DNA不止一条链
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
资料1：科学家们推测，是双链或者多链对单链的衍射造成干扰，造成光斑的缺失这一现象。
资料2：富兰克林通过数学计算发现：
若DNA为3条链，则含水量为样品实测值的1/10；若DNA为2条链，则与样品实际含水量相符。
单螺旋
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
鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
3.1952年，化学家查哥夫对DNA分子进行了定量分析，研究数据如下：
（1）在DNA中，腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量；鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。
资料3：嘌呤双环，嘧啶单环，DNA螺旋直径恒定为2nm。鸟嘌呤腺嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶资料4：格里菲斯计算碱基间的吸引力发现，A吸引T，G吸引C。（1）嘌呤与嘧啶配对（2）A与T配对C与G配对资料5：DNA外部为溶液环境，碱基具有疏水性，磷酸和脱氧核糖具有亲水性。
碱基分布在DNA分子的内部
将碱基安排在双链螺旋内部，脱氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部
说明DNA两条单链呈中心对称
资料6：富兰克林拍的衍射图谱翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
翻转180°
DNA的两条链是方向相反的
结果发现：A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径，能够解释A、T、G、C的数量关系。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖P5'5'3'3'DNA的结构模式图氢键碱基对碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。DNA的空间结构
沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型
DNA双螺旋结构模型
DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
五种
元素
四种
碱基或脱氧核苷酸
三种
物质
二种
长链
一种
结构
C、H、O、N、P
A、G、C、T
磷酸基团、脱氧核糖、碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸长链
双螺旋结构
配对关系:
A=T G≡C
外侧： 交替连接，构成
基本骨架，并按 方式排列成两条长链；
平面结构 内侧：两条链上的碱基通过 连成 ，
遵循 原则（A ,G ）
空间结构： 结构（右旋）
磷酸、脱氧核糖
反向平行
双螺旋
氢键
碱基对
＝T
≡C
碱基互补配对
DNA分子结构的双螺旋结构
【课后实践】: 制作DNA双螺旋结构模型
(1)研究表明：DNA结构的稳定性与四种碱基的含量有关：G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。这是为什么呢？脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖PG和C形成三个氢键，A和T只形成两个氢键。氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定。体现DNA分子的稳定性。(2)DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息呢？在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有4种：A-T、T-A、G-C、C-G。请同学们计算DNA分子有多少种？44000种脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖PDNA中的遗传信息蕴藏在哪里呢？碱基的排列顺序千变万化。碱基对的排列顺序代表遗传信息
种类：4n（n为碱基对的数目）
一般来说，一个较短的DNA分子有4000个碱基对，其排列顺序的组合是几近无穷的。
体现DNA分子的多样性。
(3)为什么每个DNA结构模型都与众不同？不同生物的DNA是否也不同？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。③DNA分子的结构特性。
(2)多样性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
(3)特异性：如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。
(1)稳定性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。
④意义：
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
DNA单链有关的计算
A1= , T1= , C1= , G1= 。
A1
C1
T1
G1
1链
DNA分子
2链
T2
G2
A2
C2
T2
A2
G2
C2
A= , C= 。
T
G
DNA双链有关的计算
A+C = = = = 。
A+G
T+C
T+G
50%
（A+G）/（T+C）=
（A+C）/（T+G）=
①两条链不互补的碱基之和相等。
（A+G）/（A+T+G+C）=
②两条链中不互补的碱基和与两条链碱基总数之比等于50%（1/2）。
（A1+T1）/（A2+T2）=
（G1+C1）/（G2+C2）=
③一条链中互补碱基的和等于另一条链中互补碱基的和。
1
1
1
1
1/2
（A1+G1）/（T1+C1）= a
则（A2+G2）/（T2+C2）=
④一条链中不互补碱基的和之比等于另一条链中这种比值的倒数。
⑤两条链中互补碱基和与两条链碱基总数之比，与任意一条链的
这种比值相等。
（A+T）/（A+T+G+C）= a
则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=
a
1/a
DNA分子结构的特性
(1) 性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
(2) 性：如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。
(3) 性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。
稳定
多样
特异
1.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
当堂训练
2、某DNA片段含腺嘌呤35个、胞嘧啶55个，则该DNA片段共含有碱基数是 （ ）
A．120 B．140 C．160 D．180
3、决定DNA遗传特异性的是（ ）
A.脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列顺序
B.嘌呤总数与嘧啶总数
C.碱基互补配对原则
D.碱基对特定的排列顺序
D
D
当堂训练
当堂训练
4.下面关于DNA分子结构的叙述中，不正确的是(　　)
A．每个DNA分子中通常都含有四种脱氧核苷酸
B．DNA分子的两条链反向平行
C．DNA两条链上的碱基以氢键相连，且A与T配对，G与C配对
D．DNA分子长链的每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基
D
5.某DNA片段一条链上的碱基序列为5'-GAATTC一3'，则其互补链的碱基序列是（ ）
A.5'- CUUAAG-3' B.3'- CTTAAG-5'
C.5'-CTTGAA-3' D.3'-CAATTG-5'
B

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