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(共32张PPT)
3.2 DNA的结构
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？
它标志着生物学的研究进入分子的层次，是生物学的发展的第二个智力高峰，具有里程碑式的意义。
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。
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？
DNA双螺旋结构模型的构建
美国加州理工学院
英国剑桥大学国王学院
英国剑桥大学卡文迪什
实验室
一、DNA双螺旋结构模型的构建
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
A(腺嘌呤)
G(鸟嘌呤)
C(胞嘧啶 )
T(胸腺嘧啶)
注：腺苷=腺嘌呤+脱氧核糖
1’
2’
3’
4’
含Ｎ碱基
脱氧
核糖
磷酸
5’
A
G
C
T
模型建构1:
资料1：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA的基本单位是___________，其化学组成包括_____________________。
脱氧核苷酸
磷酸、碱基和脱氧核糖
X衍射技术是用X光透过物质的结晶体，使其在照片底片上衍射出晶体图案的技术。这个方法可以用来推测晶体的分子排列。
资料2
为推算出DNA分子呈螺旋结构的结论，提供了决定性的实验依据。
一、DNA的双螺旋结构模型的探索历程
1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
1951年
沃森与克里克推算出三股螺旋的DNA结构（磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧）。他们邀请威尔金斯和富兰克林观看，被两人评价为“一无是处”
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双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
1951年
资料4富兰克林发现提高空气的湿度，发现DNA易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团应该位于DNA的外侧，其余部分位于内侧。这是解开DNA结构的重要线索。
富兰克林
探究一:碱基分布在DNA分子的内部还是外部
可能性1
可能性2
可能性3
√
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。
01
据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。
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。
沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型
①将碱基安排在双链螺旋的内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋的外侧。
②A与T配对、G与C配对。
模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符，且能够解释A与T配对、G与C配对的数量关系。
一.DNA双螺旋结构模型的构建
5′
5′
3′
5′
3`
3′
DNA双螺旋结构模型的构建Construction of DNA double helix structure model1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得了诺贝尔生理学和医学奖。左一：威尔金斯 左三：克里克左五：沃森 解开DNA结构之谜
回眸历史
1953年，美国的沃森和英国的克里克 ，在《自然》杂志上发表了论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》，引起极大的轰动。
阅读课本P48-49
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。
讨论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；
思考 讨论：DNA双螺旋结构模型的构建
一.DNA双螺旋结构模型的构建
二、DNA的结构
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
【据图分析讨论】
1、构成DNA的两条链，相对位置如何？
2、外侧由什么构成？内侧呢？DNA的基
本骨架是什么？
3、构成每条链的脱氧核苷酸如何连接？
4、两条脱氧核苷酸链如何连接？
二.DNA的结构
二、DNA的结构
DNA双螺旋结构的主要特点
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
5'
3'
5'
3'
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。
DNA的两条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA的结构
A
T
G
T
A
C
DNA平面结构
1.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。
磷酸基团
脱氧核糖
二. DNA的结构
DNA的结构
A
T
G
T
A
C
DNA平面结构
2.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对：A与T配对(3个)；G与C配对（2个）。
二. DNA的结构
氢键通常是一种缺电子的氢原子与富电子原子或原子团之间的一种弱相互作用
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。
拓展：
1
2
1、哪个方框表示一个完整核苷酸？
2、核苷酸和核苷酸之间是怎么连接的？
3’5’——磷酸二酯键
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
DNA的结构
The structure of DNA
1、DNA双螺旋结构
(4) 总结：
氢键
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
碱基对
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、T、C、G
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
氢键关系:
A=T G≡C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1.下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
脱氧核糖
磷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
5
6
随堂检测
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
①多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。
一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。
②特异性：特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序
不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。
③稳定性：DNA中的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的原则不
变。(即结构的稳定性）
DNA分子的结构特性
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？
20
20
20
410
制作脱氧核苷酸
二.DNA的结构
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
6种：磷酸、脱氧核糖、4种碱基
磷酸
脱氧核糖
四种碱基
准备材料：
探究 实践：制作DNA双螺旋结构模型
拓展：碱基互补配对原则的应用
1. A=T，G=C；（A+G）/（T+C）=1， 但一般来说：（A+T）/（G+C）≠1
2. a链（A+G）/（T+C）
=b链（T+C）/（A+G）
3. a链（A+T）/（G+C）
=b链（A+T）/（G+C）
4. a链（A+T）%=b链（A+T）%=（a+b）链（A+T）%或a链（G+C）%=b链（G+C）%=（a+b）链（G+C）%
5. a链: A∶T∶G∶C= T∶A∶C∶G(b链)
━A ━G━T━T━C━G━A━C━A━C
T━ C━A━A━G━C━T━G━T━G━
a链
b链
DNA分子
人的遗传信息主要分布于染色体的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。
应用DNA指纹技术时，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后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DNA指纹图。
科学 技术 社会
DNA指纹技术
DNA化学组成
DNA的双螺旋结构
基本单位：
种类：
四种
①两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分子的特性：
ＤＮＡ分子的结构
稳定性、多样性和特异性
脱氧核糖核苷酸

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