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生 物 学
（新苏教版）
必修2 遗传与进化
第二章 遗传的分子基础
第2节 DNA分子的结构和复制
你能从下图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？
人的遗传信息主要分布于染色体的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。
DNA指纹图
资料：
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。
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。
关于DNA，当时已知的有 ：
1951年
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
威尔金斯
1951年10月
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
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
1952年7月
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）
他们开始着手制作一个双链结构，含氮碱基排列在脱氧核糖核苷酸链的内侧，并让A和T配对，C和G配对。
这才终于找到一种规则的DNA结构，但还有不少地方仍需做修正。
英国《自然》杂志同时刊登了三篇论文，一篇是沃森和克里克的《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的一个结构模型》、一篇是威尔金斯的、一篇是富兰克林的。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。
1953年4月25日
沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型
1. 组成元素：
C、H、O、N、P
脱氧核糖
含氮碱基
P
磷酸
脱氧核苷
脱氧核苷酸
AGCT
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
2. 基本组成单位（单体）
———脱氧核糖核苷酸
DNA分子的双螺旋结构模型
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
脱氧核苷酸的种类
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
A
G
T
C
DNA的结构：
两条脱氧核糖核苷酸链连接而成的反向平行双螺旋结构
① DNA是由两条脱氧核苷酸链构成， 这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
②DNA中的脱氧核糖和磷酸交替排连接排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
平面结构
立体结构
磷酸二酯键
平面结构
立体结构
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与T配对，G与C配对。碱基之间的这种配一一对应的关系叫做碱基互补配对。
氢键
DNA的结构：
两条脱氧核糖核苷酸链连接而成的反向平行双螺旋结构
A
T
G
C
A
T
G
C
5’
5’
3’
3’
含有1000个碱基对的DNA分子，含有_____个磷酸？
DNA分子中，每个脱氧核糖连接着 个磷酸基团_______个碱基？
练一练
两条链之间的A与T怎么连接？一条链上的A与T怎么连接？
1. 多样性
2. 特异性
3. 稳定性
n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基排列顺序。
每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。
两条链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对的配对方式不变；GC碱基对含量高，稳定性更强。
DNA分子的结构特点
N
O





P
N
O





P
T
N
O





P
N
O





P
N
O





P
N
O





P
N
O





P
N
O





P
4
4
4
4
44种
假如有4个碱基对的DNA片段，若填上碱基种类，有多少种填法？
思维拓展
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.回答有关碱基互补配对原则应用的问题：
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＋A2＝_______；G1＋G2＝________。
即：双链中A＝__，G＝__，A＋G＝______＝______＝______＝ (A＋G＋T＋C)。
T1＋T2
C1＋C2
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
规律一：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。
(2)A1＋T1＝________；G1＋C1＝________。
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“补则等”。
A2＋T2
G2＋C2
(3) 的关系是_________。
规律三：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”。
规律四：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。
互为倒数
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
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
设计和制作DNA分子双螺旋结构模型
课堂小练
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
课堂小练
2．DNA分子可以为案件侦破提供证据的原理是（ ）
A．不同人体内的DNA含有的碱基不同
B．不同人体内的DNA含有的磷酸不同
C．不同人体内的DNA含有的五碳糖不同
D．不同人体内的DNA的核苷酸序列不同
D
课堂小练
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（ ）
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
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
B

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