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必修2
第3章
第2节
DNA的结构
DNA
Structure
导入
DNA作为遗传物质，需要具有怎样的特点？
1.结构上的稳定性
2.携带遗传信息，具有多样性
3.能够精确地复制，并遗传给子代
Q: DNA的结构是怎样的？
Q: DNA如何携带遗传信息？
Q:DNA如何进行复制？
资料1：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。
1951年，波林（1954年诺贝尔化学奖得主），发现蛋白质的长链结构。由此启发：DNA是由许多个脱氧核糖核苷酸连接而成的长链。这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。但人们并不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA。
DNA模型的构建
脱氧核糖
含N碱基
磷酸
o
1
2
3
4
5
OH
H
腺嘌呤 A
鸟嘌呤 G
胞嘧啶 C
胸腺嘧啶 T
资料2： 1951年，英国科学家（威尔金斯和富兰克林）拍摄了DNA的X射线衍射图谱。
罗莎琳德·富兰克林
莫里斯·威尔金斯
DNA晶体的衍射图谱
资料3 : 生物学家沃森与物理学者克里克对衍射图谱进行分析，推测DNA呈螺旋型
单链螺旋结构
双链螺旋结构
三链螺旋结构
模型一：碱基位于螺旋结构之外
被化学家否定
模型二：碱基位于螺旋结构之内，并将相同的碱基配在一起
嘌呤
嘧啶
嘌呤+嘌呤
嘧啶+嘧啶
长度不相等
直径不固定
……
查哥夫
资料4 :奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量（A=T），鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量（G=C）。
结合模型二，再联系这一发现，你能推测DNA的结构模型吗？
资料5：沃森、克里克根据查哥夫所得出的碱基之间的关系，构建了碱基位于螺旋结构之内，并且A-T、G-C配对在氢键的作用下，既不在同一平面，又不在同一直线的一个双螺旋的立体结构模型。
氢键
A
T
G
C
C
氢键
G
氢键
平面结构
立体结构
DNA的双螺旋结构模型
1.具有稳定的直径
2.能解释A-T,G-C数量关系
3.能解释DNA的精准复制
4.金属材料制作的物理模与X射线照片比较完全相同
与之前研究相符
A=T C=G
A-T G-C精准配对
资料6：1953年，美国的沃森和英国的克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载。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。
DNA的结构
5'
5'
3'
1.DNA两条链反向平行成双螺旋结构
3'
2.脱氧核糖和磷酸交替连接排在外侧，构成基本骨架，碱基对排列在内侧。
3.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。
DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5’－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3’ －端，两条单链走向相反，一条单链从5′－端到3′－端，另一条单链从3′－端到5′－端。
5'
5'
3'
3'
4.碱基之间通过什么连接？
（1）单链中相邻的碱基
脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖
氢键
（2）互补链中相邻的碱基
5.每个DNA分子中几个游离的磷酸基团？
2
6. DNA分子中,1个脱氧核糖同几个磷酸基团相连？
1个或2个
A、T之间有两个氢键，G、C之间有三个氢键
DNA的特性
1.稳定性
②脱氧核糖和磷酸基团交替连接的方式稳定不变。
①两条脱氧核糖核苷酸长链盘旋成精细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。
G-C含量高的DNA片段,其热稳定性越强
③DNA分子双螺旋结构中间为碱基对、碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。
④DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。
⑤每个特定的DNA分子中，碱基对的数量和排列顺序稳定不变。
2.多样性
DNA分子碱基对的排列顺序千变万化，可储存大量遗传信息。
思考：N个碱基对的DNA,有多少种排列顺序？
4n
3.特异性
每种DNA分子都有区别于其他DNA分子的特定的碱基排列顺序
思考：你能举例说出几个应用DNA分子特异性的例子吗？
警察根据DNA指纹技术缉拿嫌疑犯
亲子鉴定技术寻找失踪儿童
DNA多样性和特异性的意义：
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
DNA分子中碱基的数量计算
1.计算依据
A=T G=C
A=A1+A2=T2+T1=T
G=G1+G2=C1+C2=C
思考：这一推论是如何得出的？
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
1
2
结论：在双链中，A=T & G=C
结论：嘌呤数与嘧啶数相等
2.相等关系
A+G=A1+A2+G1+G2
=T2+T1+C2+C1
=C+T
①
因为：A+G=C+T
所以：A+G+C+T=碱基总数
又因为：A=T、G=C、 A+G+C+T=碱基总数
所以：2A+2G=碱基总数、2T+2C=碱基总数
即：A+G=1/2碱基总数、C+T =1/2碱基总数
因为：A+G=C+T；A=T、 G=C
所以：A+G=C+T=A+C=T+G
所以：
A+G
A+G+T+C
=
T+C
A+G+T+C
=
50%
结论：任意两个不互补碱基之和恒等，即A+G=T+C=A+C=T+G，为总数的50%。
或
②
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
1
2
因为：A1=T2、T1=A2、 G1=C2、C1=G2
A1+T1
G1+C1
=m
设：
得：
T2+A2
C2+G2
=m
A1+A2+T1+T2
G1+C1+G2+C2
=m
即：
T+A
C+G
=m
结论：在同一DNA中，双链和单链中互补碱基之和的比例都相同
设1链中：
A1+G1
T1+C1
=m
则2链中：
A2+G2
T2+C2
T1+C1
A1+G1
=
=
1
m
③
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
1
2
两条链中：
A1+G1+A2+G2
T1+C1+T2+C2
=
T2+C2+T1+C1
T1+C1+T2+C2
=
1
结论：DNA两条链间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。
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
1
2
设1链中：
④
A1+T1
A1+T1+G1+C1
=m
A2+T2
则2链中：
结论：在同一DNA分子中，双链和单链中互补的两个碱基之和占碱基总数的比相等
A2+T2+G2+C2
=
T1+A1
T1+A1+C1+G1
=m
两条链中：
A+T
A+T+G+C
=m
练一练
1．某一双链DNA分子的碱基中，腺嘌呤数占18%，那么胞嘧啶数应占（　）
A．18% B．32% C．36% D．9%
C=G=（1-36%）÷2 = 32%
2．若DNA分子的一条链中A+T占该链25%，则该DNA分子中A+T占（　）
A．25% B．50% C．75% D．无法确定
DNA分子的一条链中A+T占该链碱基总数的25%，则该DNA分子中A+T占碱基总数也是25%，A正确
A1+T1
A1+T1+G1+C1
A2+T2
A2+T2+G2+C2
A+T
A+T+G+C
=
=
3．在DNA双链结构中，理论上碱基比例为1的是（ ）
A．T/C B．A/G C．(A+G)/(T+C) D．(A+T)/(C+G)
AB、DNA分子中T不一定等于C，A也与H不一定相等，所以T/C和A/G的值不一定是1，AB错误：CD、在DNA的双链结构中，A与T配对，C与G配对，A=T，C=G，所以(A+G)/(T+C)的值一定是1，而(A+T)/(C+G)的值不一定是1，C正确，D错误。故选C。
4．已知某DNA分子中，G占全部碱基总数的17%，其中一条链中的A与C分别占该链碱基总数的37%和16%。则在它的互补链中，A与C分别占碱基总数的比例为（ ）
A．37%，16% B．29%，18% C．16．5%，17% D．33%，17%
已知某DNA分子中，G与C配对，则C＝G＝17%，A＝T＝50%﹣17%＝33%。其中一条链中的A与C分别占该链碱基总数的37%和16%，即A1＝37%、C1＝16%，根据碱基互补配对原则，双链DNA分子中，A＝（A1+A2）÷2，计算可得A2＝29%，同理，C＝（C1+C2）÷2，解得C2＝18%，B正确，ACD错误。
5.分析某生物的双链DNA分子，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，又知一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则另一条链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是（　　）
A．17% B．32% C．34% D．50%
已知双链DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，即A+T=64%，则A=T=32%，C=G=50%﹣32%=18%，又已知一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，即A1=30%，根据碱基互补配对原则，A=(A1+A2)/2，可得A2=34%，则其占整个DNA分子中的比例为34%/2=17%，A正确，BCD错误。
6．一条双链DNA分子，G和C占全部碱基的44％，其中一条链的碱基中，26％是A，20％是C，那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的百分比及双链DNA分子中碱基A所占的比例是（ ）
A．28％和22％ 、28% B．30％和24％、28%
C．26％和20％、24% D．30％和24％ 、26%
已知DNA分子中，G和C占全部碱基的44%，即C+G=44%，则C=G=22%、A=T=50%-22%=28%．又已知一条链的碱基中，A占26%，C占20%，即A1=26%、C1=20%，根据碱基互补配对原则，A=（A1+A2）÷2，则A2=30%，同理C2=24%。综上互补链中的A和C分别占该链全部碱基的百分比为30％和24％，双链DNA分子中碱基A所占的比例是28%。
7.某双链DNA分子含1000个碱基对，其中一条链上所含碱基中A与T之和占60%，C占15%，该DNA分子连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸和鸟嘌呤脱氧核苷酸的个数分别为（ ）
A．2400、 1600 B．1800、 1200
C．1200、 800 D．600、 400
1个DNA中含有1000个碱基对，即2000个碱基，每条链含有1000个碱基，其中一条链上含有的碱基中A1与T1之和占60%，即A1+T1=1000×60%=600个，由于DNA的两条链遵循碱基互补配对原则，另一条链上T2=A1、A2=T1，则T2+A2=600个，DNA双链中A1+A2+T1+T2=1200，又在DNA分子中A=A1+A2，T=T1+T2，双链DNA中A=T，G=C，则A=T=600，G=C=400。1个DNA分子连续复制两次得到4个DNA分子，则需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数=（4-1）×600=1800个，游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数=3×400=1200。
2
0
2
4
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下课
Is over

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