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第2节 DNA分子的结构和复制
第1课时
总结DNA结构的主要特点，初步形成遗传物质结构与功能相统一的观点培养生命观念。
01
02
了解科学家构建模型的研究历程，领悟模型建构在研究中的应用，体会持之以恒的科学精神,渗透社会责任。
03
尝试制作DNA双螺旋结构模型，领悟模型方法在科学研究中的作用，培养科学探究能力。
1951年
美国加州理工学院的鲍林及其同事用X射线衍射技术和分子模型的构建，率先解出了蛋白质的二级结构。
鲍林
盘曲折叠
DNA分子的结构却迟迟没有被解开。DAN结构到底是怎样的呢？
关于DNA，当时已知的有 ：
①DNA基本组成单位是脱氧核糖核苷酸。
②DNA是线状聚合物。
③DNA之中有比较多的氢键。
材料一
国王学院富兰克林发现提高空气的湿度，可以让DNA从A型转变为B型，显然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。
A型衍射图谱
B型衍射图谱
吸水后易转变
富兰克林
内侧
外侧
积极思维:
材料2
生物学家沃森与物理学家克里克首次在卡文迪许实验室相遇，两人合力推出了三股螺旋的DNA结构，他们把磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧。当他们邀请威尔金斯和富兰克林前来观看时，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。
沃森和克里克
积极思维:
P
脱氧核糖
含氮碱基
P
脱氧核糖
含氮碱基
P
脱氧核糖
含氮碱基
P
脱氧核糖
含氮碱基
P
脱氧核糖
含氮碱基
P
脱氧核糖
含氮碱基
P
脱氧核糖
含氮碱基
P
脱氧核糖
含氮碱基
错误！
观察碱基结构，你能发现什么问题？
嘌呤有2个环
嘧啶有1个环
N
O





P
A
N
O





P
T
N
O





P
G
N
O





P
C
N
O





P
C
N
O





P
G
N
O





P
T
N
O





P
A
如果是相同碱基配对，那么DNA直径不固定
积极思维:
材料3
1952年奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量(A=T)，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量(G=C)。
查哥夫
积极思维:
1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克以富兰克林、威尔金斯等人提供的DNA衍射图像的有关数据为依据，推算出DNA分子呈双螺旋结构。
沃森、克里克构建的DNA双螺旋模型属于物理模型；
《自然》杂志同时刊登了威尔金斯、富兰克林的论文，1962年，沃森、克里克、威尔金斯同时获得了诺贝尔生理学或医学奖。
积极思维:
1.DNA的结构层次
一、DNA的结构
基本组成元素：
基本组成物质：
基本组成单位：
DNA单链：
DNA双链结构：
C、H、O、N、P
磷酸基团、脱氧核糖、含氮碱基
脱氧核糖核苷酸（4种）
脱氧核苷酸链
DNA双螺旋结构
03
2.DNA的结构特点
CH2
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
4’
3’
2’
1’
5’
3’
5’
3’
一个羟基(—OH)，称作3′－端
游离的磷酸基团，称作5′－端
磷酸二酯键
C
T
T
G
A
C
A
G
5’
5’
3’
3’
（1）由 条单链按_____________方式盘旋成_________结构
反向平行
双螺旋
2
3',5'-磷酸二酯键
磷酸
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
和 交替连接，构成基本骨架。
(2) 外侧：
碱基对
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
5′
3′
3′
5′
2
3
G.C比例越高，DNA的热稳定性越高
1.如图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题：
(1)图中的1、2、5、7的名称分别是什么？
1为碱基对、2为一条脱氧核苷酸单链片段、5为腺嘌呤脱氧核苷酸、7为氢键。
(2)该片段中，游离的磷酸基团有几个？
2个。
(3)现有M、N两个均含有200个碱基的双链DNA分子，
其中M分子中共有260个氢键，N分子中含有20个腺嘌呤，那么M分子中有C—G碱基对多少个？这两个DNA分子中哪个结构更稳定？
M分子中有C—G碱基对共60个；N分子结构更稳定。
2.特异性：
每种DNA有特定的碱基对排列顺序。
3.稳定性：
1.多样性：
①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成；
②内部碱基对稳定——通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对原则，加强稳定性；
③空间结构稳定——规则的双螺旋结构。
碱基对的排列顺序的千变万化。
二、DNA的特点
汉水丑生侯伟作品
思考：n个碱基对构成的DNA具有 种排列顺序；
4n
43 160 000 000种。
人的基因组约含有31.6亿个碱基对，人的DNA分子有多少种排列方式？
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
汉水丑生侯伟作品
三、DNA分子碱基数量和比例的计算
1.双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1；
则A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2；
即:双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝ 1/2(A＋G＋T＋C)。
汉水丑生侯伟作品
2.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。
A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
3.两不互补碱基之和之比在两条链中互为倒数。
A+C
G+T
A2 +C2
G2 +T2
A1+C1
G1+T1
整个DNA分子上 =1
DNA分子一条中 = n ，
则另一条链上 = 1/n
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
汉水丑生侯伟作品
A2 +T2
G2 +C2
DNA分子一条链中
则另一条链上
整个DNA分子上
=a
A1+T1
G1+C1
A+T
G+C
4.互补碱基之和之比在两条链中相等。
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
=a
=a
目的要求
通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等常用物品，都可用作模型制作的材料。
材料用具
四、设计和制作DNA分子双螺旋结构模型
1.组装“脱氧核苷酸模型”：利用材料制作若干个_________、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。
2.制作“多脱氧核苷酸长链模型”：将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多脱氧核苷酸长链。注意两条长链的脱氧核苷酸数量必须_____，碱基之间能够________。
3.制作DNA分子平面结构模型：按照_____________的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向_____。
4.制作DNA分子的立体结构模型：把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。
脱氧核糖
相同
互补配对
碱基互补配对
相反
学生作品展示
学生作品展示
1．下列有关核DNA结构的叙述，不正确的是（ ）
A．脱氧核糖和磷酸交替排列构成DNA的基本骨架
B．每一个脱氧核糖都连接两个磷酸基团
C．DNA分子彻底水解后最多可以得到6种物质
D．DNA分子中C和G所占比例越大，结构越稳定
B
2、从某生物组织中提取DNA进行分析,其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46% ,又知DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤,问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的 ( )
Ａ、26%　　　 Ｂ、24% 　 Ｃ、14% Ｄ、11%　
A
3．某同学用卡片构建DNA平面结构模型，提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是（ ）
A．最多构建4种氧核酸，5个脱氧核苷酸对
B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D．可构建44种不同碱基序列的DNA
卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基 A T G C
卡片数量 10 10 2 3 3 2
B
DNA双螺旋模型的构建
制作DNA双螺旋结构模型
1、DAN由两条链反向平行而成。
2、脱氧核糖和磷酸在外侧形成基本骨架，
碱基在内侧。
3、碱基通过碱基互补配对原则形成碱基对。
DNA的结构

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