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第2节
DNA分子结构
第三章
基因的本质
一、DNA双螺旋结构模型的构建
美国生物学家沃森、英国物理学家克里克和英国物理学家威尔金斯因______________________而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。
美国生物学家沃森(左)英国物理学家克里克(右)
英国物理学家威尔金斯
发现DNA双螺旋结构
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1953年，美国科学家沃森（J．D.Watson，1928—）
英国科学家克里克（F.Crick，1916—2004)
标志着生物学的研究进入分子的层次。
1953年沃森和克里克搭建的收藏在纽约科学博物馆DNA模型
一、DNA双螺旋结构模型的构建
资料1
20世纪30年代,科学家认识到:DNA分子的基本单位是 ,而且
1分子脱氧核苷酸 = + + .
脱氧核苷酸
1分子磷酸
1分子脱氧核糖
1分子含氮碱基
磷酸
脱氧
核糖
含氮碱基
1’
2’
3’
4’
5’
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA是以4种脱氧核苷酸连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基。
资料2
磷酸二酯键
腺嘌呤
脱氧核苷酸
鸟嘌呤
脱氧核苷酸
胞嘧啶
脱氧核苷酸
A
脱氧
核糖
磷酸
G
脱氧
核糖
磷酸
脱氧
核糖
C
磷酸
T
脱氧
核糖
磷酸
胸腺嘧啶
脱氧核苷酸
一、DNA双螺旋结构模型的构建
富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图
X衍射技术是用X光透过物质的结晶体，使其在照片底片上衍射出晶体图案的技术。这个方法可以用来推测晶体的分子排列。
资料3
为推算出DNA分子呈螺旋结构的结论，提供了决定性的实验依据。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
沃森和克里克尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，碱基位于螺旋的外部，但均被否定。
后来又重新构建了一个双螺旋：磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基位于螺旋内部。但安排相同碱基配对，即A—A、T—T等。违反了化学规律。
资料4
一、DNA双螺旋结构模型的构建
碱基配对时，为什么嘌呤不与嘌呤，嘧啶不与嘧啶配对呢？
　　这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
沃森和克里克尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，碱基位于螺旋的外部，但均被否定。
后来又重新构建了一个双螺旋：磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基位于螺旋内部。但安排相同碱基配对，即A—A、T—T等。违反了化学规律。
资料4
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)。
他们改变碱基配对方式，让A—T，G—C配对，结果制作出的模型与X射线衍射照片比较，完全符合。
资料5
一、DNA双螺旋结构模型的构建
结构式看不懂？其实沃森也看不懂，他当年也是拿着本有机化学教材现学现用的
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
查哥夫定律的重要意义
一、DNA双螺旋结构模型的构建
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
满足查哥夫定律，同时表明碱基应该排列在内部
一、DNA双螺旋结构模型的构建
早期：4种脱氧核苷酸（A、T、C、G）连接而成的长链
1951年春沃森
威尔金斯
沃森(左)克里克(右)
1951年秋
双螺旋结构：磷酸--脱氧核糖在外部，碱基对A—A，T—T，C—C，G—G在内部。
化学家提出“配对方式”违反化学规律
1952年春化学家查哥夫指出：A=T，G=C。
沃森和克里克发现： A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径
富兰克林
1953年沃森和克里克搭建的收藏在纽约科学博物馆DNA模型
双螺旋结构：磷酸—脱氧核糖在外部,碱基对A—T，T—A，C—G，C—G在内部的反向平行方式盘旋成的双螺旋结构模型
螺旋结构
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1. 请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。
(1)DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
【答案】DNA是由两条链构成的。它的立体结构为：DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位？
【答案】DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
(3)DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
【答案】DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律：A一定与T配对；G一定与C配对。
2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？
【提示】要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。
---讨论
二、DNA的结构
G
C
A
T
T
A
C
G
G
C
O
磷酸基团
碱基
5
5
3
3
二、DNA的结构
1.DNA由两条单链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
二、DNA的结构
2.DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
3.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A一定和T配对，G一定和C配对，碱基之间一一对应的关系称为碱基互补配对原则。
二、DNA的结构
4. DNA分子的特性
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：特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序
不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。
③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。(即结构的稳定性）
二、DNA的结构
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸
三种物质：
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条长链：
两条反向平行的脱氧核苷酸链
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
三、制作DNA双螺旋结构模型
选择什么材料分别代表磷酸、脱氧核糖和碱基？三者之间怎样相互连接形成一个脱氧核苷酸
每个脱氧核苷酸之间是怎样相互连接的？
如何在模型中体现构成DNA的两条链是反向平行的？又怎样体现两条链的碱基之间互补配对？
三、制作DNA双螺旋结构模型
---讨论
1.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？
【答案】DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
【提示】(1)靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；(2)在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗
【提示】不一定要求学生答出半保留复制，可以引导学生从DNA的结构来进行推测，如从碱基互补配对原则出发去思考。
拓展：碱基互补配对原则的应用
（一）原则
1. A=T，G=C；（A+G）/（T+C）=1， 但一般来说：（A+T）/（G+C）≠1
2. a链（A+G）/（T+C）
=b链（T+C）/（A+G）
3. a链（A+T）/（G+C）
=b链（A+T）/（G+C）
4. a链（A+T）%=b链（A+T）%=（a+b）链（A+T）%或a链（G+C）%=b链（G+C）%=（a+b）链（G+C）%
5. a链: A∶T∶G∶C= T∶A∶C∶G(b链)
━A ━G━T━T━C━G━A━C━A━C
T━ C━A━A━G━C━T━G━T━G━
a链
b链
DNA分子
拓展：碱基互补配对原则的应用
（二）应用
1.某DNA分子中有4000个碱基对， 其中胞嘧啶有2200个，该DNA 应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是？
①由题干：4000对，可知：DNA含有脱氧核苷酸______个；
②原则1：（A+C）/（T+G）=1，推知：A+C=
DNA全部碱基的_____%=________个；再由题干：C=2200个，
综上推知：A=_______个。
8000
50
4000
1800
拓展：碱基互补配对原则的应用
2.某DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA 的一条链（H链）所含碱基中28%是腺嘌呤，H链的互补链中腺嘌呤占该链全部碱基数的多少？
②题干:H链碱基中28%是腺嘌呤:H链A=28%；由①H链(A+T)=54%。综上:H链T=_______ ；
①题干:G+C=DNA全部碱基×46%;原则4:a链(G+C)%=b链(G+C)%=(a+b)链(G+C)%.综上:H链(G+C)=_______，再推知:H链(A+T)=______;
③原则1：A=T；由②H链T= 26%，综上：互补链A=________。
46%
54%
26%
26%
━A ━G━T━T━C━G━A━C━A━C
T━ C━A━A━G━C━T━G━T━G━
H链(G+C)=46%
H链
互补链
(G+C)=46%
+
H链(A+T)=46%
H链T=26%
互补链 A=26%
拓展：碱基互补配对原则的应用
3.某DNA分子的一条链(H链)中，(A+G)/(T+C)=0.4，其互补链和整个DNA分子中该比例分别是多少？
①原则2：a链(A+G)/(T+C) =b链(T+C)/(A+G) ;已知H链: (A+G)/(T+C) = 0.4。综上：H链的互补链中此比例为：____________。
1/0.4=2.5
②原则1:（A+G）/（T+C）=1；整个DNA分子中此比例为：_______。
1
4.某DNA分子的一条链A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4，其互补链中该比例是多少？
原则5：a链 A∶T∶G∶C = b链T∶A∶C∶G；题干：其中一条链A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4，推知：互补链中A∶T∶G∶C= ____________。
2∶1∶4∶3
练习与应用
一、概念检测
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。 ( )
2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中 ①～⑩的名称。
【答案】①胞嘧啶 ②腺嘌呤 ③鸟嘌呤 ④胸腺嘧啶 ⑤脱氧核糖 ⑥磷酸 ⑦脱氧核苷酸 ⑧碱基对 ⑨氢键 ⑩一条脱氧核苷酸链的片段
第二节
DNA的结构
√
√
练习与应用
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'
第二节
DNA的结构
C
C
练习与应用
二、拓展应用
碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义？
【提示】学生还未学习DNA的复制，因此，不一定能说出碱基互补配对原则在DNA复制过程中的意义。教师可引导学生根据碱基互补配对原则，推测DNA的复制方式，进而引导学生思考碱基互补配对原则对遗传信息传递的意义（根据碱基互补配对原则，DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，保证了遗传信息传递的准确性）
第二节
DNA的结构

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