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(共63张PPT)
第3章 基因的本质
第二节 dna的结构（一）
01
沃森和克里克如何揭示DNA双螺旋结构？
02
03
理解碱基互补配对原则
04
DNA结构的主要特点？
DNA结构的主要特点
问题探讨
真凶的密码是什么？
一、DNA双螺旋结构模型的构建
肺炎链球菌体内转化实验
格里菲斯
肺炎链球菌体外转化实验
艾弗里
噬菌体侵染大肠杆菌实验
赫尔希、蔡斯
DNA是遗传物质
一、DNA双螺旋结构模型的构建
肺炎链球菌体内转化实验
格里菲斯
肺炎链球菌体外转化实验
艾弗里
噬菌体侵染大肠杆菌实验
赫尔希、蔡斯
DNA是如何发挥功能的？
结构 功能
复习提问
不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的
DNA的中文全称：
DNA的组成元素：
DNA的基本单位：
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
脱氧核糖核苷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
1’
2’
3’
4’
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
C
胞嘧啶
T
胸腺嘧啶
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
DNA的基本结构
脱氧
核糖
P
A
脱氧
核糖
P
C
脱氧
核糖
P
G
脱氧
核糖
P
T
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.构建者:美国生物学家①________
和英国物理学家②__________。
沃森
克里克
2.DNA双螺旋结构模型构建过程
读课本48-49页思考与讨论，梳理探究历程回答下列问题：
一、DNA双螺旋结构模型的构建
威尔金斯
富兰克林
用X射线探测DNA，分析衍射图谱来确定DNA的晶体结构
沃森
克里克
23岁的沃森来剑桥完成烟草花叶病毒的博士后课题
35岁的克里克刚从物理学转行道生物学的研究生，主攻蛋白质晶体结构
查哥夫
如果时光倒流到1951年，根据当时已有研究成果，我们能不能逐步摸索出DNA的结构？DNA的结构到底怎样？
卡文迪什实验室
沃森
沃森
克里克
我能帮你理解生物学内容
我能帮你理解晶体学原理
一、DNA双螺旋结构模型的构建
当时，科学家认识到：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、C、G四种碱基。
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
如何
构成
DNA的？
威尔金斯
富兰克林
DNA衍射图谱
（X意味着DNA分子是螺旋的）
威尔金斯
富兰克林
DNA分子是反向平行的
DNA晶体
翻转180°
翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA是螺旋结构
双螺旋
三螺旋
搭建的多种模型都被否定
沃森和克里克推测出DNA分子呈螺旋形的。他们先后建构了多种不同双螺旋、三螺旋模型。
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
模型一
沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋外部，磷酸位于内部的双螺旋结构，你觉得合理吗？为什么？
亲水
疏水
（已知碱基疏水，磷酸基团亲水）
推测：碱基在DNA螺旋结构的内侧，磷酸在外侧
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
模型一
沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋外部，磷酸位于内部的双螺旋结构，你觉得合理吗？为什么？
亲水
疏水
（已知碱基疏水，磷酸基团亲水）
推测：碱基在DNA螺旋结构的内侧，磷酸在外侧
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
碱基如何配对？
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
模型二
沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但是这个结构又被否定了，为什么？
我们先来分析下这四种碱基的化学结构
T
P
G
P
C
P
T
P
A
P
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
碱基（N）
嘌呤
嘧啶
两个环（更长）
一个环（更短）
一、DNA双螺旋结构模型的构建
a.这种结构导致DNA的结构不固定，会导致什么结果？
DNA的结构不稳定
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
T
P
G
P
C
P
T
P
A
P
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
T
P
G
P
C
P
T
P
A
P
发生改变：
b.那应该怎样配对呢？
沃森
克里克
查哥夫
我给你们带来一条重要信息
DNA中，A的量总是等于T的量；G的量总是等于C的量。
太感谢了，我想我知道DNA的结构了！
C
T
T
G
A
C
A
G
模型：
A与T配对
C与G配对
如何连接？
氢键
一个碱基上的H原子和与之配对的碱基上的电负性强的N原子或O原子间存在一定的吸引力，形成氢键。
直径恒定
C
T
T
G
A
C
A
G
模型：
A与T之间有几个氢键？
C与G之间有几个氢键？
2个氢键
3个氢键
直径恒定
C
T
T
G
A
C
A
G
模型：
a.这是DNA的最终结构吗？
不是，因为它还是平面结构
b.它的立体结构是？
双螺旋
c.变成双螺旋结构后会是怎样的？
一、DNA双螺旋结构模型的构建
碱基安排在双螺旋内部，脱氧核糖—磷酸骨架安排在双螺旋外部的模型。
5'
3'
5'
3'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
一、DNA双螺旋结构模型的构建
5'
3'
5'
3'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
A与T配对，G与C配对。这两条链的方向是相反的。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
平面结构：
C
T
T
G
A
C
A
G
DNA双螺旋结构：
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1953年，沃森和克里克撰写的论文在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。
1962，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。
早凋的“玫瑰” 人类不能忘记富兰克林伟大而无声的贡献
一、DNA双螺旋结构模型的构建
二、DNA的结构
思考 讨论 （P49）
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？
（2）DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
DNA是由两条链构成的。
这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
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与T配对；G与C配对。
二、DNA的结构
思考 讨论 （P49）
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？
★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。
一、 DNA的结构
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
DNA双螺旋结构的主要特点：
5'
3'
5'
3'
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
1. DNA是由两条脱氧核苷酸单链构成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
一、 DNA的结构
2. DNA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。
DNA双螺旋结构的主要特点：
5'
3'
5'
3'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
磷酸二酯键
一、 DNA的结构
DNA双螺旋结构的主要特点：
5'
3'
5'
3'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
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一定与T配对，G一定与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
腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T）
鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
C、H、O、N、P
磷酸
脱氧核糖
碱基
类比数学思维：
点---线---面---体
五种元素：
四种碱基：
A、G、C、T
三种物质：
磷酸、脱氧核糖、
含氮碱基
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
两条反向平行的
脱氧核苷酸链
C、H、O、N、P
氢键关系:
A=T G≡C
尝试用8个脱氧核苷酸，自己画出DNA的平面结构
要求：包含组成DNA的四种碱基，标出DNA单链的方向
二、DNA的结构
5’
3’
5’
3’
⑴空间结构稳定: 两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
⑵外部稳定的基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；
⑶内部碱基对稳定：两条链上的碱基互补配对的方式不变。G—C形成三个氢键，A—T只形成两个氢键。DNA中的氢键越多，其结构越稳定。
1.稳定性：
三、DNA结构的特性
5’
3’
5’
3’
脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序千变万化。
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，请计算DNA分子有多少种？
44000
种类
数目
2.多样性：
三、DNA结构的特性
5’
3’
5’
3’
3.特异性：
每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。
三、DNA结构的特性
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。
三、DNA结构的特性
思考1、DNA具有多样性的原因是什么？
思考2、DNA双链中，连接两个配对碱基的是？
思考3、DNA一条链中，连接两个相邻碱基的结构 依次是？
碱基的排列顺序千变万化
脱氧核糖→磷酸酯键→磷酸→磷酸酯键→脱氧核糖
氢键
思考4、双链DNA中，有几个游离的磷酸基团？
2个
思考5、一个磷酸基团与几个脱氧核糖连接？
1个（末端）或2个
C
T
T
G
A
C
A
G
5’
5’
3’
3’
3’
5’
5’
三、DNA结构的特性
思考6、一个脱氧核糖与几个磷酸相连？
思考7、若DNA一条链序列为5 -ACTGGT-3 ，则互补链为？
思考8、为什么G-C碱基对含量高的DNA越耐高温？
1个（末端）或2个
G-C碱基对之间含有3个氢键，而A-T碱基对之间只含2个氢键，所以G-C含量越高，越不容易被高温破坏
3 -TGACCA-5
思考9、双链DNA的平面结构和双螺旋结构哪个更稳定？
双螺旋结构更稳定
3’
3’
5’
5’
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
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。
在DNA双链中： A = T ， G = C
推论1：任意两个不互补碱基之和相等且各占DNA总碱基数的50％
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
例1：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占（ ）
A. 9 % B.18 % C. 32 % D. 64 %
C
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
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。
在DNA双链中： A = T ， G = C
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
推论2：双链中，每对互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同.
设
，求
=
A+T
A+T+G+C
= n
A2+T2
=
A2+T2+ G2+C2
A1+T1
A1+T1+ G1+C1
不同生物比值不同，体现了不同DNA分子的特异性
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
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。
在DNA双链中： A = T ， G = C
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
A2+T2
G2+C2
A1+T1
G1+C1
= m
设
，求
=？
A+T
G+C
=？
推论3：互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同倒数，在整个DNA分子中为1
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
例2、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量是多少？
24%
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
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。
在DNA双链中： A = T ， G = C
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
推论4：非互补碱基之和比例在两条互补链中互为
倒数，在整个DNA分子中为1
A2+G2
T2+C2
A1+G1
T1+C1
= a
设
，求
= 1/a
A+G
T+C
=1
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
例3：DNA分子中一条单链中，（A+G）/（T+C）=0.4，则互补链中和整个DNA分子中该比值分别是（ ）
A.0.4和0.6 B.2.5和1.0 C.0.4和0.4 D.0.6和1.0
B
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
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。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
1
2
A%= (A1%+A2%）
例：某双链DNA分子中，A占整个DNA碱基总数的27%，其中一条链上A占该链碱基总数的22%。求另一条链上A占其所在链碱基总数的百分含量。
A=27%
A1=22%
则A2占所在链的32%
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
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%
（两个不互补的碱基之和等于全部碱基的一半；
此公式主要用于与DNA双链有关的计算）
DNA中碱基数量的计算问题：
关键在于正确理解并表示题中所给的信息
DNA双链信息：A = T G = C
DNA1： A 1 T 1 G1 C1
DNA2： A 2 T 2 G2 C2
单双链信息如何转化：
汉水丑生侯伟作品
A+T
A+T+G+C
A1+T1
A1+T1+G1+C1
A2+T2
A2+T2+G2+C2
=
=
G+C
A+T+G+C
G1+C1
A1+T1+G1+C1
G2+C2
A2+T2+G2+C2
=
=
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
其他公式能推即可
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
易错提醒：
(1)看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例。
(2)看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基。
其他公式能推即可
=1
=
A+G
T+C
T+G
A+C
A+C
T+G
T+C
A+G
=
=
A+T
G+C
A2+T2
G2+C2
A1+T1
G1+C1
=
=
=
a
a
a
若 则
若 b 则
T1+C1
=
A1+G1
T2+C2
=
A2+G2
T+C
=
A+G
1/b
1
A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T)
=50%
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
例1、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。
解：已知
DNA：
A+T
A+T+G+C
=54%
DNA1：
A1 +T1 +G1 +C1
G1
=22%
求：
DNA2：
A2+T2+G2 +C2
G2
=？
C1
=？
G2
1－ G1 － （ A1 +T1 ）
C1
=
=
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
24%
例2、已知在DNA分子中的一条单链(A+G)/(T+C)= m 时,求:
(1)在另一互补链中这一比例是多少
(2) 这个比例关系在整个分子中又是多少
解：已知
DNA1：
T1 + C1
A1 + G1
= m
求：
DNA2：
T2 + C2
A2 + G2
= ？
DNA：
T + C
A + G
= ？
汉水丑生侯伟作品
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
1/m
1
2.一个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_____
1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
20%
60个
3.若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
0.4 0.4
4.在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
2.5 1
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
A+G=T+C 即A+G/T+C=1
②双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G2 +C2
=
=
③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。
A1+G1
T1+C1
=a
T2+C2
A2+G2
=1/a
A1+C1
T1+G1
T2+G2
A2+C2
=
互补则等 不补则倒
四、DNA分子中有关碱基数量的计算
2.在DNA双链中，互补碱基之和占整个DNA分子碱基总数的百分比 = 其中任何一条链中互补碱基之和占该链碱基总数的百分比。
A+G
T+C
A+C
=
T+G
= 1
3.在DNA双链中，一条单链的 的值与另一条互补链的 值互为倒数。
A+G
T+C
A+G
T+C
4.在DNA双链中，一条单链的 的值与另一条互补链的 值相等。
A+T
G+C
A+T
G+C
1.在DNA双链中，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。A=T,G=C, A+G=T+C=A+C=T+G=50%
“补则等,不补则倒”
规律4：若DNA的一条链中, 非互补两碱基之和与另外两种碱基之和的比例为K，则另一条链中,此比例为1/K。但在DNA双链中，此比值为1。
规律1：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之和恒等，并为碱基总数的50%。
规律3：DNA双链中，互补两碱基之和与另外两种碱基之和的比例等于其任意一条单链中相应的比例。
规律2：DNA双链中，互补两碱基之和占该DNA的比例等于其任意一条单链中相应的比例。
规律5：若DNA的一条链中，某碱基所占比例为a1，另一条链中该碱基所占比例为a2，则DNA双链中，该碱基所占比例为a=（a1+a2）/2。
五、练习与运用
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。 （ ）


概念检测
五、练习与运用
概念检测
2.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
链的片段
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
五、练习与运用
概念检测
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'
C
C
THANKS
谢谢聆听

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