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3.2 DNA的结构
第三章 基因的本质
坐落在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？
上网查阅有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。
DNA雕塑
问题探讨
1953年，美国科学家沃森（J．D.Watson）和英国科学家克里克（F.Crick），共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型，它标志着生物学的研究进入分子的层次，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。
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
资料1：DNA是以_______________为单位连接而成的长链。4种脱氧核苷酸分别含有____________4种碱基
（1）当时科学界对DNA的认识
A、T、C、G
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.模型的构建过程
…
P
A
P
T
P
G
P
C
P
G
P
C
四种脱氧核苷酸
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
A
G
C
T
DNA的中文全称：_________________
DNA的组成元素：_________________
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
资料2：1951年，英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林展示了DNA的X射线的衍射图谱。
沃森与克里克共同分析，推算DNA分子呈______结构。
螺旋
沃森和克里克尝试搭建双螺旋和三螺旋结构模型。
失败
资料3：二战后，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。
DNA由两条链组成，且两条链相互平行。
资料4：DNA外部为溶液环境，碱基具有疏水性，磷酸和脱氧核糖具有亲水性。
探究一：碱基分布在DNA分子的内部还是外部
可能性2
可能性1
可能性3
√
碱基分布在DNA分子的内部
探究二：探究碱基是怎样配对的
T
磷酸
脱氧
核糖
T
A
C
G
资料5：奥地利生物化学家查哥夫对DNA分子进行了定量分析，发现在DNA分子中，腺嘌呤(A)的总量总是等于胸腺嘧啶(T)，鸟嘌呤(G)总是等于胞嘧啶（C）。
A与T、G与C配对
腺嘌呤（A）
胸腺嘧啶（T）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
探究三：两条脱氧核苷酸链是同向的还是反向的
资料6：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。
翻转180°
DNA的两条链是方向相反的。
DNA的平面结构
A
T
G
C
A
T
G
C
DNA的立体结构
重建模型：
形成DNA双螺旋结构
验证
让A与T配对、G与C配对
（1）DNA具有恒定的 ，
（2）能解释 ，
（3）制作的模型与基于拍摄的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符
直径
A、T、G、C的数量关系
1953年沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文发表在英国《自然》杂志上。
1962年，沃森、克里克和威尔金斯获诺贝尔奖。
左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森
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。
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？
思考 讨论
★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。
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？
思考 讨论
二、DNA的结构
据图思考:
1、两条链的相对位置如何？
2、外侧由什么构成？内侧呢？
3、两条链如何连接？
。
DNA的立体结构
DNA的平面结构
2.DNA双螺旋结构的主要特点：
(1)DNA的两条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
5'
3'
5'
3'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫做__ __，与磷酸基团相连的碳叫做______。
1’-C
5’-C
DNA 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称为_ ___，另一端有一个羟基（-OH），称作 ；
5’-端
3’-端
DNA的两条单链的走向 ____，从双链的一端起始，一条单链是从5’-端到3’-端的，另一条则是从
_____ _ __。
3’-端到5’-端的
相反
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
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。
1、DNA分子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；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：遵循碱基互补配对原则。
在DNA双链中，A=T,G=C，且A、T之间形成两个氢键，G、C之间形成三个氢键。
DNA双螺旋结构的主要特点：
归纳总结
氢键
单链中相邻碱基：
互补链中相邻碱基:
数量关系
①每个DNA的片段中,游离的磷酸基团有2个。
②A-T间有2个氢键,G-C间有3个氢键。氢键越多，结合力越强。——G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。
③脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数
位置关系
通过脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖连接
通过氢键相连
2、DNA双螺旋结构的主要特点：
5'
3'
5'
3'
G
A
A
A
C
C
G
A
G
T
T
T
C
G
G
T
C
脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖
归纳：DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
五种元素：
四种碱基：
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
C、H、O、N、P
A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
规则的双螺旋结构
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、
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。
三、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？
三、制作DNA双螺旋结构模型
20
20
20
410
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？440002.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；四.DNA的结构特性碱基对的排列顺序的千变万化。五、DNA有关碱基数量的计算
已知某DNA的一条链的碱基顺序为
-T-T-C-G-A-C-G-T-C-C-A-T-G-,
它的另外一条链的碱基顺序为:
-A-A-G-C-T-G-C-A-G-G-T-A-C-
-T-T-C-G-A-C-G-T-C-C-A-T-G-
-A-A-G-C-T-G-C-A-G-G-T-A-C-
T1= A1=
C1= G1=
1:
2:
C总=G总
A2
T2
G2
C2
A总=T总
五、碱基互补配对原则应用
在DNA双链中：
可引申为：
①在DNA双链中，不互补的两碱基之和相等。
A = T ， G = C
A+G=T+C 即A+G/T+C=1
A+C=T+G 即A+C/T+G=1
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%
②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
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
A 1
T 2
T 1
A 2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
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+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G 2 +C2
=
=
=n
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
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%
A＋T=54% G+C=46%
④双链DNA分子中，某碱基占碱基总量的百分比等于分别在两条链中所占百分比的平均值。
A1%+A2%。
2
如：整个DNA分子中，腺嘌呤 A% =
例题：在现代刑侦领域中，DNA指纹技术正在发挥着越来越重要的作用。刑侦人员只需要一滴血迹、一块精斑或是一根头发等样品就可以进行DNA指纹鉴定。此外DNA指纹技术还可以用亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。
(1) 利用指纹技术进行DNA指纹鉴定的原理是：
(2) 现有从受害者体内取出的精液样品，请利用DNA指纹技术来确认怀疑对象。
鉴定步骤：
①用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段
②用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成如图所示的DNA指纹图。
请从上图的DNA指纹图中判断出怀疑对象中 号是犯罪嫌疑人，原因是
六、应用-DNA指纹技术
原理：DNA分子的特异性
1号DNA指纹图与受害者体内分离的精液样品的DNA指纹图相同
DNA分子的特异性
课堂小结
2.DNA双螺旋结构的主要特点
1.DNA双螺旋模型的建构过程
4.碱基数量
的计算规律
3.DNA的结构特性
碱基互补配对原则：A---T,G---C
内侧：碱基之间通过氢键连接
外侧：脱氧核糖和磷酸交替连
接，构成基本骨架
双链，双螺旋结构
沃森、克里克于1953年构建出DNA双螺旋结构模型
稳定性、多样性、特异性
DNA双链中:
A=T,G=C,A+G=T+C=50%
DNA的结构

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