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第3章 基因的本质
第2节 DNA的结构
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。
知识回顾
DNA的中文全称：_________________
DNA的组成元素：_________________
DNA的结构单位：_________________
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
脱氧核糖核苷酸
1分子脱氧核苷酸： ________ + ____________ +______________
1分子磷酸
1分子脱氧核糖
1分子含氮碱基
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
A
G
C
T
DNA是主要的遗传物质，它的结构是怎样的？
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA是以4种脱氧核苷酸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
P
A
P
T
P
G
P
C
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
磷酸二酯键
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱 基
（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
双螺旋？
DNA呈现“X”形
三螺旋？
（4）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。
A=T
G=C
DNA的平面结构
A
T
G
C
A
T
G
C
DNA的立体结构
氢键
重建模型：
让A与T配对、G与C配对
将 安排在双螺旋内部，将 排在螺旋外部，A与T配对，G与C配对，DNA的两条链的方向是 的。
碱基
磷酸-脱氧核糖骨架
相反
形成DNA双螺旋结构
验证
（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
（5）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。
（6）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
思考与讨论
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？
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。
它的立体结构为：构成DNA的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，A与T配对，G与C配对。它们位于DNA的内侧。
1.DNA的立体结构
双螺旋解开放大
二、DNA的结构
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
DNA平面结构模式图
脱氧
核糖
磷酸
碱基
1’
2’
3’
4’
5’
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
与碱基相连的碳叫作1’-C
与磷酸基团相连的碳叫作5’-C。
3'
5'
5'
3'
两条单链走向相反
从双链的一端起始，一条单链从5′－端到3′－端，另一条单链从3′－端到5′－端。
DNA的一条单链具有两个末端：
有游离的磷酸基团一端称作5’-端；有羟基，称作3’-端。
A一定与_____配对；
G一定与_____配对；
T
A
G
C
T
5’
3’
5’
3’
1.DNA是由___条单链组成的，这两条链按________的方式盘旋成双螺旋结构；
两
反向平行
DNA的结构特点
2.DNA中的__________和_____交替连接，排列在_____侧，构成_________；碱基排列在_____侧；
脱氧核糖
磷酸
外
基本骨架
内
3.两条链上的碱基通过_____连接成______，并且碱基配对具有一定的规律：
氢键
碱基对
T
C
A
T
C
G
A
且A、T之间形成两个氢键，G、C之间形成三个氢键。
G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。
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.下面是DNA的分子的结构模式图，说出图中1－10的名称。
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. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
8. 碱基对
9. 氢键
10. 一条脱氧核苷酸链的片段
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
四、DNA分子的结构特性
2.多样性：碱基数量的不同，碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。
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种
3.特异性：每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
1.稳定性：主链：磷酸与脱氧核糖交替排列稳定不变。
碱基对：严格遵循碱基互补配对原则。
科学思维训练
DNA结构的相关计算
DNA双链
C1
G1
A1
T1
T2
A2
C2
G2
如右图，根据碱基互补配对原则可知，A1=T2，A2=T1，G1=C2，G2=C1
请据此完成以下推论：
⑴A1+A2= ；G1+G2= 。
即：双链中A= ，G= ，A+G= ＝ ＝ ＝(A+G+T+C)。
规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。即：A+G=T+C＝(A+G+T+C)
⑵A1+T1= ；G1+C1= 。
= = ； = = (N为相应的碱基总数)
规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
T1+T2
C1+C2
T
C
T+C
A+C
T+G
A2+T2
G2+C2
练一练：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
非互补碱基之和的比值等于1．( A+G)/(T+C)=(A+C)/(T+G)=(T+C)/(A+G)=(T+G)/(A+C)=1
DNA的一个单链中（A+T）/（G+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是？
0.4 0.4
科学思维训练
DNA结构的相关计算
DNA双链
C1
G1
A1
T1
T2
A2
C2
G2
如右图，根据碱基互补配对原则可知，A1=T2，A2=T1，
G1=C2，G2=C1。
请据此完成以下推论：
⑶ 与关系是 。
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
⑷若=a， =b， 则= 。
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例的一半。
互为倒数
在双链DNA的一条链中A占22%，另一条链中A占24%，在整个DNA分子中，A占_____
23%
(a+b)
1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
2.一个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_____
3.DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____
20%
60个
29%
4.经测定,青蛙体细胞中一段DNA分子中A有600个,占全部碱基总数的24%。那么,该DNA片段中C所占比例和数量分别是 (　　)
A.24%,600个 B.24%,650个
C.26%,600个 D.26%,650个
D
化学组成单位
基本单位——脱氧核苷酸
种类：
四种
主要特点
①由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
②外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 ，碱基排列在内侧。
③DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
DNA的结构
DNA双螺旋结构的构建
(碱基互补配对原则)
六、小结
DNA指纹技术
下图中怀疑对象中，谁最可能是嫌疑犯？DNA指纹技术还有哪些用途？
从受害者指甲内缝分离的皮屑样本

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