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(共35张PPT)
第2节 DNA的结构
概述DNA结构的主要特点。
通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的讨论和交流，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。
制作DNA双螺旋结构模型。
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的标志吗
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。
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
鲍林
顶尖化学家。将量子力学引入化学，并将此推广到分子生物学
DNA的中文全称：_________________
DNA的组成元素：_________________
DNA的结构单位：_________________
A
G
C
T
脱氧核糖核苷酸是如何构成DNA分子的呢？
脱氧核糖
磷酸
含氮碱基
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
DNA双螺旋结构模型的构建
沃森和克里克搭建
DNA双螺旋结构模式图
晚年沃森和克里克在双螺旋结构
模型前的最后一次合影
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？
DNA双螺旋结构模型的构建
1951年11月
应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
科学家：威尔金斯（M.Wilkins）和富兰克林（R.E.Franklin）
富兰克林拍摄的DNA衍射图谱
富兰克林发现，将DNA晶体翻转180度获得的X射线衍射图仍然是一样的。
沃森与克里克认为：DNA两条链是反向排列的。
DNA双螺旋结构模型的构建
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
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？
推测：碱基在DNA螺旋结构的内侧，磷酸在外侧
DNA双螺旋结构模型的构建
磷酸基团是亲水的，碱基疏水
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。
DNA双螺旋结构模型的构建
4种碱基如何配对组合呢？
沃森和克里克首先设计让两个相同的碱基组合在一起
A
T
C
G
T
T
G
C
T
A
DNA双螺旋结构模型的构建
A
T
C
G
T
T
G
C
T
A
DNA双螺旋结构模型的构建
A
T
C
G
T
T
G
C
T
A
来源 碱基的相对含量
腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T
人 30.9 19.9 19.8 29.4
牛 27.9 22.7 22.1 27.3
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9
大肠杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6
结论： 。
查哥夫
1952年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。
基于威尔金斯和富兰克林的DNA衍射图谱和查哥夫定律，1953年，沃森、克里克成功地构建DNA双螺旋结构模型。标志着分子生物学时代的诞生。
诺贝尔医学生理学奖
1962年，沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。
DNA双螺旋结构模型的构建
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；
C
T
T
G
A
C
A
G
碱基互补配对原则
活动、画出含有8个基本单位的DNA片段的平面结构模型
DNA的结构
A与T、C与G之间通过形成氢键配对
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。
C
T
T
G
A
C
A
G
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
DNA的结构
C
T
T
G
A
C
A
G
反向平行
如何描述DNA的方向呢
3′
5′
DNA的结构
5′
3′
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
T
T
G
A
C
A
G
DNA的结构
两条单链
反向平行
双螺旋结构
链数：
方向：
空间结构：
3′
5′
3′
5′
碱基互补配对形成氢键
G
C
A
T
核苷酸之间连接的化学键
3',5'-磷酸二酯键
脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架
外侧：
两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架；
内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对， 遵循碱基互补配对原则。
2.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。
1.稳定性：
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
3.多样性：
[典例]下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA分子结构构建方面的突出贡献的说法，正确的是
A．威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像
B．沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型
C．查哥夫提出了A与T配对，C与G配对的正确关系
D．富兰克林和查哥夫发现A的量等于T的量、C的量等于G的量
[典例]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'
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
DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过氢键相连。
[判断]
1
2
3
4
5
6
G
T
C
A
7
8
9
[典例]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%
[典例]某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
27%
有关DNA中的碱基计算规律
若在一个生物体内嘌呤≠嘧啶是什么原因？
含有单链，嘌呤数量一定不等于嘧啶数量吗？
存在单链结构时，可能是嘌呤=嘧啶；也可能是嘌呤≠嘧啶，关系不确定；
则必然有单链结构存在；
DNA双链中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
有关DNA中的碱基计算规律
基本原则：双链DNA中，A=T，C=G
即A+G=T+C=A+C=T+G
A+G
A+G+C+T
= 50%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A1 =
T1 =
T2
A2
G1 =
C1 =
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
若1链有m个碱基，则2链有__个碱基，该DNA分子含有碱基总数是___，共____对。
C2+G2
=
C+G
A1+T1
C1+G1
T2+A2
=
T+A
=
A1+G1
T1+C1
n
A2+G2
T2+C2
A1 +A2=A
T=A
C=G
=
1/n
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A1 =
T1 =
T2
A2
G1 =
C1 =
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
若1链有m个碱基，则2链有__个碱基，该DNA分子含有碱基总数是___，共____对。
A1 +A2=A
T=A
C=G
A2+C2+G2+T2
=
A1+T1
A1+C1+G1+T1
T2+A2
=
A1+T1+T2+A2
=
T+A
1链碱基数
m
2链碱基数
m
双链碱基数
2m
双链碱基数
2m
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A1 =
T1 =
T2
A2
G1 =
C1 =
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
若1链有m个碱基，则2链有__个碱基，该DNA分子含有碱基总数是___，共____对。
A1 +A2=A
T=A
C=G
=
A1
m
a%
=
A2
m
b%
=
A
2m
a+b
2
%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A1 =
T1 =
T2
A2
G1 =
C1 =
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
若1链有m个碱基，则2链有__个碱基，该DNA分子含有碱基总数是___，共____对。
A1 +A2=A
T=A
C=G
在一个双链DNA分子中A占n%，则A在其中一条单链中的数值能确定吗？
能确定范围，0%≤A1≤2n%；
[典例]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
[典例]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%
.
[典例]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
[提升]下列有关DNA分子的一条单链与其所在DNA分子中、一条单链与其互补链中碱基数目比值的关系图，不正确的是(　　)

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