资源简介

(共46张PPT)
第三章《基因的本质 》
第二节 DNA分子的结构
位于北京中关村高科技园区DNA雕塑，以独特的双螺旋结构被看作中关村的标志
象征着“生命”的雕塑
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，彻底弄清DNA的结构成了当时科学研究的热点
一、DNA双螺旋结构模型的构建历程
阅读教材P48-49，回眸历史
（一）DNA分子化学组成
1、DNA全称：
脱氧核糖核酸
2、组成元素：
C、H、0、N、P
3、基本组成单位：
脱氧核苷酸。
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 。
4. 【模型建构1】: 脱氧核苷酸
脱氧核苷酸
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
1’
2’
3’
4’
含Ｎ碱基
脱氧
核糖
磷酸
5’
A
G
C
A
C
G
T
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
1911年
美国生物化学家莱文和琼斯确定：DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸
科学界普遍认为：DNA是由四种脱氧核苷酸构成的长链。
1951年
思考：脱氧核苷酸是怎样连成一条链的呢？
【模型建构2】一条脱氧核苷酸链
…
思考：DNA由几条脱氧核苷酸链构成呢？
1911年
美国生物化学家莱文和琼斯确定：DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸
1951年
英国生物物理学家威尔金斯和物理学家富兰克林DNA衍射图谱
科学界普遍认为：DNA是由四种脱氧核苷酸构成的长链。
DNA衍射图谱
威尔金斯和富兰克林获得DNA衍射图谱
威尔金斯
富兰克林
DNA衍射图谱
沃森和克里克据此推算出DNA呈螺旋结构。
DNA呈现“X”形
DNA分子是螺旋的
双螺旋？三螺旋？
1911年
美国生物化学家莱文和琼斯确定：DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸
1951年
科学史：DNA结构的探究历程
英国生物物理学家威尔金斯和物理学家富兰克林DNA衍射图谱
生物学家沃森和物理学家克里克构建DNA双螺旋结构模型
1952年
科学界普遍认为：DNA是由四种脱氧核苷酸构成的长链。
【模型建构3】
DNA分子呈螺旋结构
两条链中的碱基是排在外侧，还是在内侧？
结合磷脂双分子层的排布原理思考，哪种结构可能会比较稳定？
模型构建中最大的问题——两条链的连接——即碱基是如何配对的。
衍射图谱表明DNA分子的直径是2nm
3.4nm
2nm
0.34nm
直径
一个双螺
旋的高度
科学史：DNA结构的探究历程
观察：两个模型有什么区别？
修正后的模型：
小结：DNA的两条链是反向平行的关系。
数据分析
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（脾） 27.9 22.7 22.1 27.3
酵母 31.3 18.7 17.1 32.9
结合分支杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6
请同学们大胆猜测，应是哪两种碱基配对？
小结：碱基互补配对：A-T、C-G。
1、碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？
　　这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的。
2.为什么只能是A配T，G配C，不能是A配C，G配T？
(2)A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，使DNA的结构更加稳定.
(1)A的量总是等于T的量,G的量总是等于C的量
返回
查哥夫法则的发现
查哥夫通过测定多种生物DNA中碱基的含量，提出了查哥夫法则：
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）
奥地利生物化学家查哥夫
1911年
美国生物化学家莱文和琼斯确定：DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸
1951年
科学史：DNA结构的探究历程
英国生物物理学家威尔金斯和物理学家富兰克林DNA衍射图谱
生物学家沃森和物理学家克里克构建DNA双螺旋结构模型
1952年
奥地利生物化学家查哥夫
碱基数据表
科学界普遍认为：DNA是由四种脱氧核苷酸构成的长链。
将碱基安排在双螺旋内部，将磷酸-脱氧核糖骨架排在螺旋外部，A与T配对，G与C配对，DNA的两条链的方向是相反的。
根据查哥夫的发现沃森和克里克重新构建模型：
3.把这个金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较，模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。
结果发现：
1.A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的性状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径。
2.能够解释A、T、G、C的数量关系。
科学史：DNA结构的探究历程
1911年
美国生物化学家莱文和琼斯确定：DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸
1951年
英国生物物理学家威尔金斯和物理学家富兰克林DNA衍射图谱
生物学家沃森和物理学家克里克构建DNA双螺旋结构模型
1952年
奥地利生物化学家查哥夫
碱基数据表
科学界普遍认为：DNA是由四种脱氧核苷酸构成的长链。
沃森、克里克以及威尔金斯共同分享了诺贝尔生理学或医学奖。
　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
左一：威尔金斯
左三：克里克
左五：沃森
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.模型构建者
1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克
2.构建依据
（1）20世纪30年代，科学家认识到DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基。
（2）1951年威尔金斯和富兰克林获得了DNAX射线的衍射图谱；
（3）1952年查哥夫发现在DNA中，腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量；
3.研究DNA结构常用的方法：
X射线晶体衍射法
沃森和克里克构建过程
威尔金斯和富兰克林提供DNA衍射图谱
DNA以4种脱氧核苷酸为单位连接成长链
重新构建模型：双螺旋——碱基在内部，脱氧核糖－磷酸骨架在外部，A与T、G与C配对。
沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构
尝试构建模型：双螺旋和三螺旋
否定
查哥夫提出DNA分子碱基数量特点：A=T，G=C
P49思考讨论
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 的基本骨架是由那些物质组成的？他们分别位于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？
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
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。
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；
DNA的空间结构
以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的照片
图的下半部分是DNA的人工模型
从图上可辨认出DNA是由两条链交缠在一起的螺旋结构
二﹑DNA分子的结构
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？
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1’-C；与磷酸基团相连的碳叫作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，这一端称作5’-端；另一端有一个羟基，称作3’-端。
5’
3’
3’
5’
二、DNA分子的结构：
…
5’-端
3’-端
3’
5’
5’-端
3’-端
C
G
T
T
A
A
磷酸二酯键
DNA的双螺旋结构：
G.C比例越高，DNA结构越稳定
三个要点：
1.
双链
（反向平行）
2.
外侧：
脱氧核糖和磷酸交替连接，
3.
内侧：
碱基对
A
T
G
C
碱基互补配对原则
基本骨架
游离磷酸基
二、DNA的结构
1.DNA由两条单链组成，按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
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。
3.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对：A与T；G与C配对。
三、制作DNA双螺旋模型
目的要求
通过制作模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。
材料用具
１.制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时,须注意各分子的大小比例。
２.磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。
３.制作两条长链时，注意每条链上碱基总数要一致．碱基对间应是互补配对的两条链方向是相反的。
模型设计
成果展示
制作DNA双螺旋结构模型
目的要求
通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
探究·实践
制作DNA双螺旋结构模型
讨论
1.DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的，碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
⑴碱基对之间的氢键维系DNA的双链结构，保持结构的稳定性。
⑵在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间互相靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
提示：从碱基互补配对原则方向去思考。
探究·实践
你注意到了吗？
两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。
长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。
DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。
DNA分子的结构特性
具有规则的双螺旋结构；两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序稳定不变；碱基配对的方式稳定不变。
不同DNA分子中脱氧核苷酸的数量不同,排列顺序多种多样。n个碱基对构成的DNA分子中，排列顺序有4n种。
每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序
多样性
稳定性
特异性
四、DNA分子的特性
1.稳定性
DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对方式不变；碱基对的长度和间距固定不变。
2.多样性
碱基数量的不同，碱基对排列顺序的千变万化。
3.特异性
每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
G
C
A
T
C
G
A
T
P
P
P
P
P
P
P
P
双螺旋结构如螺旋梯般稳定

展开更多......

收起↑