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(共39张PPT)
第3章　基因的本质
第2节 DNA的结构　
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的标志吗
问题探讨
DNA分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子水平，具有里程碑式的意义。
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。
结构 功能
在确信DNA是遗传物质之后，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？
答案就隐藏在DNA的结构中
01
DNA双螺旋结构模型的构建
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
1.建立者：
沃森和克里克
克里克:
物理学家,对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。
沃森:
生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。
晚年沃森和克里克在双螺旋结构模型前的最后一次合影
一、DNA结构模型的构建
阅读教材48页，思考沃森和克里克在构建DNA模型过程中，借助了他人的哪些经验和成果？
20世纪初
1951-1952
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
（X说明DNA是螺旋的）
沃森与克里克推算出三股螺旋的DNA结构（磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧）。他们邀请威尔金斯和富兰克林观看，被两人评价为“一无是处”
二战后，科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2nm。相邻两核苷酸间距相等，并得出DNA是双链的结论。
脱氧核糖和磷酸交替排列在内侧，碱基排在外侧
C
A
T
C
G
C
A
T
C
G
C
A
后来发现磷酸与脱氧核糖亲水，碱基疏水，大家有何联想？
碱基外侧排列模型
磷酸-脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基在内的双螺旋结构
A
T
C
G
A
T
C
G
G
G
A
A
碱基同型配对，即A与A，T与T，C与C，G与G配对
×
配对违反了化学规律
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）
沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型：脱氧核糖-磷酸骨架排列在外侧，碱基在内侧，A和T配对，G和C配对。
具有相同的形状和直径！
富兰克林和威尔金斯给DNA拍了多张Ｘ射线衍射图谱，他们发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
沃森与克里克认为：DNA两条链是反向排列的。
20世纪初
1951-1952
1952年
1951年
DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸
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）
（X说明DNA是螺旋的）
沃森和克里克 核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型
1953年
1962年，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
诺贝尔奖
讨论.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那些启示？
③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。
①要善于利用他人的研究成果和经验；
②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；
思考 讨论：DNA双螺旋结构模型的构建
讨论.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 的基本骨架是由那些物质组成的？他们分别位于DNA的什么部位？
两条链构成，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
思考 讨论：DNA双螺旋结构模型的构建
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
DNA 中的碱基通过氢键连接成碱基对。它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定规律：A一定与T配对，G一定与C配对。
02
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
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫1’-C，
与磷酸基团相连的碳叫5’-C。
反向平行
DNA的一条单链具有两个末端，磷酸基团端称作5’-端。羟基(-OH)端称作3’-端。
DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5’-端到3’-端，另一条单链则是从3’-端到5’-端。
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
（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。
磷酸二酯键
（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)与T(胸腺嘧啶)配对；
G(鸟嘌呤)与C(胞嘧啶)配对。
碱基互补配对原则
更稳定
一个DNA片段有4个游离的磷酸基团。
一条脱氧核苷酸链中相邻脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连
X
2
√
DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过氢键相连。
X
DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”相连。
双链DNA分子中，相邻碱基通过氢键相连。
根据图中左边链的序列：5’-TGCAGTC-3‘，写出互补链的序列。
3’-ACGTCAG-5’
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1、下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
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
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少需要：
(1)代表磷酸的球形塑料片几个？
(2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？
(3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？
(4)可组装出几种该DNA片段模型？
20
20
20
410
制作脱氧核苷酸
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
6种：磷酸、脱氧核糖、4种碱基
磷酸
脱氧核糖
四种碱基
准备材料：
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对。该DNA分子的碱基排列方式有多少种可能？
44000种
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，假如其中腺嘌呤有500个。该DNA分子的碱基排列方式还是44000种可能吗？
小于44000种
①稳定性
磷酸与脱氧核糖交替连接方式不变
两条链间碱基互补配对方式不变
②特异性
每个DNA分子的特定碱基排列顺序，蕴藏着特定的遗传信息
①多样性
不同DNA分子，所含碱基对的数量不同、排列顺序也千变万化
03
有关DNA中的碱基计算规律
①在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。
DNA分子中的碱基数量的计算规律
A=T
C=G
A+G=T+C
或 A+C=T+G
DNA分子中的碱基数量的计算规律
②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
若 ，，则 ，
G1＋C1
A1＋T1
＝m
G2＋C2
A2＋T2
＝m
G＋C
A＋T
＝m
③非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1
若 , , 则 ，
T2 ＋C2
A2＋G2
＝
1
a
T ＋C
A＋G
＝1
T1 ＋C1
A1＋G1
＝a
DNA分子中的碱基数量的计算规律
例:若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子一条链上的A占这个链碱基的18%，则另一条链上的A的比例是(　　)
A．9%　 　B．27% C．28% D．46%
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
课本P52——练习与应用
C
下图怀疑对象中，谁最可能是嫌疑犯？DNA指纹技术还有哪些用途？
DNA指纹图
用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定
科学.技术.社会

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