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(共44张PPT)
3.2 DNA的结构
温故而知新
DNA的中文全称：
DNA的组成元素：
DNA的基本单位：
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
脱氧核糖核苷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
1’
2’
3’
4’
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
C
胞嘧啶
T
胸腺嘧啶
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
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
【合作探究一】阅读课本P48-49，思考与讨论下列问题：
DNA双螺旋结构模型的构建者是哪位科学家？
归纳出对DNA双螺旋结构做出贡献的科学家？
研究DNA结构常用的方法是什么？
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
（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；
（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。
3.研究DNA结构常用的方法：
X射线晶体衍射法
DNA双螺旋结构模型的构建
科学思维
35S 标记蛋白质
32P标记DNA
看不见的物质
同位素标记
荧光标记
看不见的结构
显微镜
X射线衍射技术
能够观察记录
威尔金斯
DNA衍射图谱
（X意味着DNA分子是螺旋的）
DNA双螺旋结构模型的构建
富兰克林
组成DNA分子的脱氧核糖和磷酸基团具有亲水性，而碱基具有疏水性，细胞中的DNA分子总是处于一个液体环境中。据此你可以得出什么结论？
脱氧核糖和磷酸基团排列在双链DNA分子的外侧，碱基排列在内侧。
富兰克林
1951年，富兰克林发现提高空气的湿度，发现DNA易吸收水分。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。
DNA双螺旋结构模型的构建
1951年10月，生物学家沃森与物理学家克里克合力推出了三股螺旋的DNA结构，
当他们邀请威尔金斯和富兰克林前来观看时，被两人评价为“一无是处”，威尔金斯提出根据相关数据推测，DNA应该是两条链。
沃森和克里克
DNA双螺旋结构模型的构建
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
碱基如何配对？
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
N
P
DNA双螺旋结构模型的构建
沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但是这个结构又被否定了，为什么？
我们先来分析下这四种碱基的化学结构
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
T
P
G
P
C
P
T
P
A
P
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
碱基（N）
嘌呤
嘧啶
两个环（更长）
一个环（更短）
这种构造会对DNA的结构有什么影响？
DNA的结构不稳定
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
T
P
G
P
C
P
T
P
A
P
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
T
P
G
P
C
P
T
P
A
P
发生改变：
嘌呤碱基是双环化合物，嘧啶碱基是单环化合物（如图所示），而DNA分子两条链之间的距离是固定的，直径约为2nm，据此推测位于DNA内部的碱基如何配对？并作出假说。
嘌呤与嘧啶配对。
假说一：A与T配对，G与C配对；假说二：A与C配对，G与T配对。
请根据查哥夫碱基数据表推测，上述哪种假说是正确的？
DNA中碱基会相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。
查哥夫
假说一
2个氢键
3个氢键
威尔金斯、克里克和沃森：
1962年诺贝尔生理学与医学奖
瑞典斯德哥尔摩音乐厅，诺贝尔奖颁奖典礼上的合影。
左一：威尔金斯；左三：克里克；右二：沃森
富兰克林于1958年
因卵巢癌去世，
无缘诺贝尔奖。
1951年
1952年
1953年
1962年
威尔金斯、富兰克林
查哥夫
沃森、克里克
沃森、克里克、威尔金斯
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。
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》论文在英国《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动。
在DNA中，腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T），鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
富兰克林和同事威尔金斯采用X射线衍射技术拍摄到DNA衍射图谱。
沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型
01
DNA具有恒定的直径
02
能解释A、T、C、G的数量关系
03
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
平面结构：
C
T
T
G
A
C
A
G
DNA双螺旋结构：
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；
意义
①DNA双螺旋结构学说不但阐明了DNA的基本结构，并且对一个DNA分子如何复制成两个结构相同的DNA分子，以及DNA怎么传递生物体的遗传信息进行了合理说明。
②是生物科学中具有革命性的发现，是20世纪最重要的发现之一。是分子生物学诞生的标志。
C、H、O、N、P
磷酸
脱氧核糖
碱基
DNA分子的结构层次
DNA视
频
演
示
DNA的结构
【合作探究二】
教材P50DNA的平面结构和立体结构，思考并总结DNA分子特点
DNA由几条链组成？具有怎样的立体结构？
DNA基本骨架由哪些物质构成？它们分别位于DNA什么部位？
DNA中碱基如何配对？它们位于DNA什么部位？
反向平行
双螺旋结构
方向：
空间结构：
3′
5′
3′
5′
碱基互补配对形成氢键
G
C
A
T
核苷酸之间连接的化学键：磷酸二酯键
脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架
2.外侧：
1.双链：
3.内侧：
DNA的结构
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
DNA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。
DNA双螺旋结构的主要特点：
5'
3'
5'
3'
DNA的结构
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。
DNA双螺旋结构的主要特点：
5'
3'
5'
3'
磷酸二酯键
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
DNA的结构
DNA双螺旋结构的主要特点：
5'
3'
5'
3'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
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：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种配一一对应的关系，叫做碱基互补配对。
氢键
DNA的结构特点
【合作探究三】DNA的多样性和特异性
DNA只含有4种脱氧核苷酸，为什么能够储存足够量的遗传信息？
DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
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；
空间结构稳定—规则的双螺旋结构；
DNA的结构特点
①稳定性：
外部稳定的基本骨架—磷酸和脱氧核糖交替连接形成；
为什么G//C碱基对含量越多DNA越稳定？
氢键越多，结构越稳定，而G—C碱基对之间含有的氢键多，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。
稳定性
外部稳定的基本骨架、内部碱基对稳定、空间结构稳定。
DNA的结构特点
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。
计算DNA分子有多少种？
44000
③特异性：
碱基对的特定排列顺序。
②多样性：
碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。
人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有多少种？
1
20世纪自然科学最重要的有三大发现，相对论、量子力学和DNA双螺旋结构。
拓展提升
拓展提升
思考1、若DNA一条链序列为5 -ACTGGT-3 ，则互补链为？
思考2、现在构建一个含有5个碱基对的DNA，请计算DNA分子有多少种？
45
种类
数目
3 -TGACCA-5
（1）DNA是由 条单链按_________方式盘旋成_______结构
反向平行
双螺旋
2
5’
3’
5’
3’
课堂小结
磷酸
和 交替连接，构成基本骨架；
(2)外侧：
碱基
内侧:
脱氧核糖
(3)
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
T
C
碱基互补配对原则
碱基对
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：
1. A1＋A2＝________________；G1＋G2＝________________。
即：双链中A＝___，G＝___，
A＋G＝______＝______＝______＝__________________。
T1＋T2
C1＋C2
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
1/2(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。
双链DNA碱基数目的相关计算规律
2. A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。
A2＋T2
G2＋C2
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，简记为“补则等”。
=
A1+T1
N1
A2+T2
=
N2
A+T
N
=
C1+G1
N1
C2+G2
=
N2
C+G
N
N1
N2
N
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
双链DNA碱基数目的相关计算规律
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：
即两者的关系是_____________。
3.若 ，则 =
T1+G1
= m
A1+C1
T2+G2
A2+C2
m
1
互为倒数
双链DNA碱基数目的相关计算规律
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：
N1
N2
N
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。
1.氢键数目：
A与T之间两个氢键，C与G之间三个氢键，其中C－G对数(或相对含量)越多，DNA分子越稳定
一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中含有________个氢键。
2760
2.一个DNA分子中，游离 个磷酸基团
3.脱氧核糖数=磷酸基团数=碱基数
4.磷酸二酯键的数目=脱氧核苷酸数目-2
5.碱基排列顺序=4n（n为碱基对数）
2
如何检测某核酸的种类：
是否含
有U
是
否
则含有RNA
为DNA
A+C
T+G
是否=1
是
否
可能是双链DNA可能是单链DNA
则为单链
DNA
检测碱基的种类和数量
1、
A腺嘌呤
G鸟嘌呤
C胞嘧啶
T胸腺嘧啶
U尿嘧啶
2、碱基互补配对原则
A—T G—C
3、①非互补碱基A+G = T+C = A+C = T+G =
②互补碱基 = = = =
③非互补碱基 = m =

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