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(共48张PPT)
3.2 DNA的结构
第3章 基因的本质
1
DNA双螺旋结构模型的构建
目录
content
2
DNA的结构
3
制作DNA双螺旋模型
4
习题巩固
DNA的双螺旋结构的确立，标志着生物科学的发展进入了分子生物学阶段，在生物学发展中具有里程碑式的意义。
问题探讨
坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑,以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。你知道为什么将它作为高科技园区的标志吗
DNA双螺旋结构的发现是20世纪最为重大的科学发现之一，和相对论、量子力学一起被誉为20世纪最重要三大科学发现。
奔驰汽车展览馆
著名建筑
上海崇明螺旋状自行车公园
新加坡滨海湾：双螺旋桥
著名建筑
DNA是遗传物质
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA的结构？
结构决定功能
在确信DNA是生物体的遗传物质之后，人们更迫切的想知道：
DNA是怎样储存遗传信息的？
又是怎样决定生物性状的？
要回答这些问题，
首先需要弄清楚DNA的结构。
DNA双螺旋结构模型的构建
01
Construction of DNA double helix structure model
1.DNA的中文名称--
2.DNA的基本单位--
3.DNA的组成元素--
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
脱氧核糖核苷酸
一、DNA双螺旋结构模型的构建
回顾对DNA的认识
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
T
胸腺嘧啶
4.含氮碱基
C
胞嘧啶
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
1分子
脱氧核苷酸= + +
A
T
C
G
O
1’-C
4’-C
3’-C
2’-C
5’-C
1分子磷酸
1分子脱氧碳糖
一分子含氮碱基
20世纪初
1951-1952
1952
1951年
DNA的结构单位：
四种脱氧核苷酸
科赛尔、琼斯、列文
沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构，
尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败
（配对违反化学规律）
物理模型
X射线衍射技术
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
查哥夫
在DNA中，
腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T），
鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
DNA双螺旋结构模型的构建
一、DNA双螺旋结构模型的构建
（1）20世纪初：科赛尔、琼斯、列文
等科学家已经发现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、G、C、T 4种碱基
但并不清楚4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的？
（2）1951年，威尔金斯和富兰克林应用X射线衍射技术展示的DNA衍射图谱
一、DNA双螺旋结构模型的构建
M.Wilkins
R.E.Franklin
“X”形意味着DNA分子是螺旋的，提供了决定性的实验依据。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
沃森与克里克
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。
DNA是螺旋结构
双螺旋？
三螺旋？
搭建的多种模型都被否定
（3）1952年，从奥地利生物化学家查哥夫处得知: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。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
查哥夫
(E.Chargaff, 1905-2002)
查哥夫法则
(4)重建模型
沃森、克里克构建了将碱基排列在双螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架排列在外部的模型。在这个模型中，A与T配对，G与C配对，且DNA两条链的方向是相反的。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA双螺旋结构模型
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。
威尔金斯
克里克
沃森
DNA双螺旋结构模型的构建
(5)发表并获奖
思考·讨论
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基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA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。
思考·讨论
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。
例1.（2021·广东高考真题）DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是（ ）
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
B
例2.1953年，沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于( )
①证明DNA是遗传物质
②确定DNA是染色体的组成成分
③发现DNA如何储存遗传信息
④解释A、T、G、C的数量关系
A.①③ B.②④ C.②③ D.③④
DNA的结构
02
The structure of DNA
DNA的结构
5’
A
T
G
C
T
A
C
G
3’
5’
3’
CH2
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
4’
3’
2’
1’
3',5'-磷酸二酯键
（1）由 条单链按 方式盘旋成 结构
反向平行
双螺旋
2
5’
3’
5’
3’
平面结构
一个羟基(—OH)，称作3′－端
游离的磷酸基团，称作5′－端
DNA的结构
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（构成遗传信息）
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
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定
DNA的结构
DNA的结构
(4) 总结：
氢键
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
碱基对
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、T、C、G
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
氢键关系:
A=T G≡C
03
（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；
（3）两条链上的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。
　例3.下面是DNA的分子的结构模式图说出图中1－10的名称。
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
三、习题巩固
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
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
例4.有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构有一个腺嘌呤，则它的其他组成是（ ）
A．三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
B．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胞嘧啶
C．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
D．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个尿嘧啶
三、习题巩固
注意：一个双链DNA分子中，A+T与C+G不一定相等，而且一般都不相等。
四、DNA的计算
规律一：双链DNA中，A=T,C=G，即A＋G＝T＋C，嘌呤总数与嘧啶
总数相同，任意两个不互补碱基之和恒等=50%。
T ＋C
A＋G
＝1
1.某生物细胞DNA的碱基中，腺嘌呤的分子数占22%，那么,胞嘧啶的分子数占（ ）
A.11% B.22%
C.28% D.44%
C
例5.（上海·高考真题）细胞内某一DNA片段中有30％的碱基为A，则该片段中（ ）
A．G的含量为30％
B．U的含量为30％
C．嘌呤含量为50％
D．嘧啶含量为40％
C
A=30%
T=30% G=C=20%
嘌呤：A+G=50%
嘧啶：G+C=50%
A+G
T+C
=1
是双链DNA，不等于就是DNA加RNA
规律二：双链DNA中，互补的两个碱基之和占全部碱基的比等于在
任何一条单链中，这两个碱基之和占单链全部碱基数的比。
四、DNA的计算
A2+C2+G2
=
A+C+G+T
T1
T2
G2
A2
C2
A1
C1
G1
2链
1链
T1
A1+T1
A1+C1+G1
T2+A2
=
T+A
单链碱基数
单链碱基数
2.某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是（ ）
A.35% B.29% C.28% D.21%
A
例6.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的（ ）
A.32.9%，17.1%　　　
B.31.3%，18.7%
C.18.7%，31.3%　　　
D.17.1%，32.9%
B
(A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%=64.2% T1=32.9% T2=
(G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%=35.8% C1=17.1% C2=
T1
T2
G2
A2
C2
A1
C1
G1
2链
1链
T1
规律三：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。
0.4
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
简记为:补则等
若 ，，则 ，
G1＋C1
A1＋T1
＝m
G2＋C2
A2＋T2
＝m
G＋C
A＋T
＝m
y=x(x>0)
四、DNA的计算
T2
G2
A2
C2
A1
C1
G1
2链
1链
T1
规律四：双链DNA中，两条链间的非互补碱基和之比互为倒数。
且在整个DNA分子中，该比值为1。
A1+G1
T1+C1
=
A2+G2
T2+C2
则
简记为:不补则倒
4.某DNA双链中，一条链中 ，则互补链中的比值是
一条链中 ，则互补链中的比值是
=
A+T
C+G
0.4
=
A+C
T+G
0.4
0.4
2.5
＝a
1
a
四、DNA的计算
规律五：根据碱基比例对核酸样品进行判定
是否含
有U
是
否
则含有RNA
为DNA
A+C
T+G
是否=1
是
否
可能是双链DNA可能是单链DNA
则为单链
DNA
四、DNA的计算
（6）若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例无法确定，但最大值为2c%，最小值为0
例题、在一个双链DNA分子中A占22%，
则A在其中一条单链中的数值能确定吗？
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
能确定范围，0%≤A1≤44%
（7）DNA分子的总氢键数=
2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
例题、A与T之间有 个氢键，G与C之间有 个氢键。若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为 ；
若已知G有m个，则氢键数为 。
2
3
3n-m
2n+m
四、DNA的计算
习题巩固
3.一个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_____
2.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
20%
60个
4.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
5.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
6.从某生物组织中提取DNA进行分析，其4种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%又知该DNA的一条链(H链)，所含的碱基中有28%是腺嘌呤，问与H链互补的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数
A.42% B.27% C.26% D.14%
C
7.从某生物组织提取的DNA成分中，鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基含量的46%，已知1号链的碱基中28%是腺嘌呤，22%是胞嘧啶。
（1）全部碱基中腺嘌呤占_____%
（2）与1号链相对应的2号链中，腺嘌呤占该链全部碱基_____%
27
26
习题巩固
DNA杂交技术的应用
DNA杂交技术可以用于两个物种亲缘关系的判断，若两个物种的DNA样本经处理后形成的DNA互补区段越多，则两个物种的亲缘关系_____。
越近
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。
应用DNA指纹技术时，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成DNA指纹图。
材料用具: 自选（纸片、塑料片、橡皮泥等）
其中球形材料 (代表________)若干，五边形材料(代表_________)若干，4种不同颜色的长方形材料(代表４种不同_______)若干，连接材料（订书钉、曲别针等）。
磷酸
脱氧核糖
碱基
五、制作DNA双螺旋模型
1．组装“脱氧核苷酸模型”
利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。
2．制作“多核苷酸长链模型”
将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相同，碱基之间能够互补配对。
3．制作DNA分子平面结构模型
按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。
4．制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)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
五.制作DNA双螺旋模型
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？
2、DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
3、你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
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。
（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。
从碱基互补配对原则出发去思考。
讨论：
制作DNA双螺旋模型
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。 （ ）


练习与应用（P52）
【题后反思】
1、DNA分子中所有（G+C）:（A+T）的值说明了什么？
2、DNA分子中所有（A+C）:（G+T）的值说明了什么？
一、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
练习与应用（P52）
课堂小结
感 谢 观 看
48
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？
44000
2.特异性：
碱基对的特定排列顺序。
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；
DNA的结构特性
碱基对的排列顺序的千变万化。

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