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第三章 基因的本质
3.2 DNA的结构
回顾对DNA的认识
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
1.DNA的基本单位：
脱氧核苷酸
3.核苷酸的组成
2.元素组成：
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
C、H、O、N、P
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
C
胞嘧啶
T
胸腺嘧啶
4.含氮碱基
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
A
磷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
C
磷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
T
磷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
G
磷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
脱氧核苷酸如何形成DNA分子？
DNA的结构又是如何的呢？
１９５３年美国科学家沃森（Ｊ．Ｄ．Ｗatson)和英国科学家克里克（Ｆ．Ｃrick)提出ＤＮＡ分子的双螺旋结构模型。被誉为20世纪最伟大的发现。
20世纪初
1951-1952
1952年
1951年
DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸
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
（X说明DNA是螺旋的）
双螺旋结构
早凋的“科学玫瑰” －－富兰克林（ R.E.Franklin）
她和同事威尔金斯
在1951年率先采用X射线衍射技术拍摄到DNA衍射图谱。
但“科学玫瑰”没等到分享荣耀， 在研究成果被承认之前就已凋谢。
(英，R.E.Franklin, 1920－1958）
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。
1962年
03
DNA的结构
（1）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。
立体结构
平面结构
5’
A
T
G
C
T
A
C
G
3’
5’
3’
（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’
CH2
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
4’
3’
2’
1’
DNA的一条单链具有两个末端：一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5’-端；另一端有一个羟基，称作3’-端。
磷酸二酯键
氢键
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
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
DNA的结构
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。
A-T碱基对由2个氢键连接
G-C碱基对由3个氢键连接
DNA的结构
（1）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中的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(腺嘌呤）一定与T(胸腺嘧啶）配对；G(鸟嘌呤）一定与
C(胞嘧啶）配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补
配对原则。
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
1.稳定性：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A-T，G-C，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3.特异性：碱基对的特定排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。2.多样性：DNA的结构特性碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。①以1，2，3，4四个数字排列成四位数，有多少种组合方式？4种400044种在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有（4种）：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子上的碱基对有多少种排列方式？②如果排列成四位数，有多少种组合方式？遗传信息：DNA分子中的碱基对排列顺序就代表了遗传信息。提示：2个；1：1：1
提示：G与C之间有三个氢键，而A与T之间只有两个氢键。因此G与C所占比例越大，DNA分子的结构稳定性越强。
１
２
３
４
A
G
C
T
下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
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
鸟嘌呤脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
１、
２、
３、
４、
５、
６、
７、
８、
９、
１０、
练一练：
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 。
则在DNA双链中： A = T ， G = C
①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数 A+G=T+C
A 1
T 2
T 1
A 2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
例题1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
因为DNA分子中，A+G=T+C。所以，
A=50%–23%=27%
碱基互补配对原则应用
A+G
T+C
A+G
A+T+G+C
A%=50%-G%
变式：
= 1；
= 50% ；
②任意两个非互补碱基之和占碱基总量的50% (A+G)%=(T+C)%=50%
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 。
则在DNA双链中： A = T ， G = C
③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。
A 1
T 2
T 1
A 2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
碱基互补配对原则应用
A1+C1
T1+G1
T2+G2
A2+C2
=
A1+G1
T1+C1
=a
T2+C2
A2+G2
=1/a
例题2、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
④“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
A+T
A+T+G+C
A1 +T1 +G1 +C1
A1 +T1
=
=
A2 +T2 +G2 +C2
A2 +T2
=
A1 +T1
（A+T）
1
2
=
=
A2 +T2
例题3、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。
24%
（G+C）
1
2
G1 +C1
G2 +C2
=
=
A＋T=54% , G+C=46% , G=23%
A 1
T 2
T 1
A 2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
⑤任何一条链A+T是整个DNA分子A+T的一半
A%
=
(A1% +A2%)/2
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 。
则在DNA双链中： A = T ， G = C
③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
A 2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
碱基互补配对原则应用
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G2 +C2
=
=
变式：
1.若DNA分子中一条链的碱基A:C:T:G=1:2:3:4，则另一条链上的A:C:T:G=
3:4:1:2
2.某双链DNA片段中，A占23%，其中一条链中的C占该单链的24%，问另一条链中的C占多少？
A+C=50%,C=27%,(C1+C2)/2=27%,
已知C1=24%,所以C2=30%
因为A1=15%,G1=40%,C1=25%,所以T1=20%
根据碱基互补配对原则，
T2=15%,C2=40%,G2=25%,A2=20%
A%=(A1%+A2%)/2=(15+20)/2=17.5%
G%=(G1%+G2%)/2=(40+25)/2=32.5%或G%=50-17.5=32.5%
C%=G%=32.5%
3.在一个DNA分子中，一条链中腺嘌呤占15%，鸟嘌呤占40%，胞嘧啶占25%。则互补链中的腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶分别是多少？在整个DNA分子中又是多少？
如图：设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
（1）1链和2链上的哪些碱基数量总是相等的？两条链的碱基数目是否相等？
（2）在DNA双链中，哪些碱基数量总是相等的？
（3）在1链上，A1等于T1吗？G1和C1的数量一样吗？
(4)已知：1链上碱基共有100个，其中A1+A2共30个
问：这个DNA分子中碱基一共有多少个？G1和G2共多少个？？
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
A1=T2，T1=A2，G1=C2，C1=G2
A1+T1+G1+C1=T2+A2+C2+G2
A=A1+A2=T2+T1=T，同理：C=G
不一定
100*2=200个
因为A1+A2=A1+T1=30
所以G1+G2=G1+C1=100-(A1+T1)=100-30=70
THANKS

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