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(共51张PPT)
3.2 DNA的结构
DNA是肺炎链球菌、T2噬菌体的遗传物质
RNA是TMV的遗传物质
DNA是细胞结构的生物和DNA病毒的遗传物质
RNA是RNA病毒的遗传物质
更多实验证据
更多实验证据
DNA是主要的遗传物质
加热杀死的S型细菌中含有转化因子
肺炎链球菌的转化实验
T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
格里菲斯的体内转化实验
艾弗里的体外转化实验
转化因子是什么
温故知新
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
新知导入
中关村DNA双螺旋结构“生命”雕塑，如今已被看作中关村的标志。
——不朽的 双螺旋
DNA
雅典奥运会（2004年）开幕式经典场景
20世纪30-40年代：化学和遗传学研究取得重大进展
1. DNA的化学元素组成： C、H、O、N、P 。
2. DNA是由 4种脱氧核苷酸 连接成的长链，且具备稳定的直径(2nm)
回顾：脱氧核苷酸
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
含氮碱基
脱氧
核糖
磷酸
1′
2′
3′
4′
5′
脱氧核苷酸
一. DNA双螺旋结构模型的构建
3. 4种脱氧核苷酸含有4种碱基： A、G、C、T 。
A
T
C
G
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
一. DNA双螺旋结构模型的构建
思考：这些脱氧核苷酸是如何连接成DNA长链的呢？
核苷酸与核苷酸之间是通过_____________连接的。
磷酸二酯键
一. DNA双螺旋结构模型的构建
A
A
C
A
思考： DNA是由几条链组成的？它具有怎样的立体结构呢？
1. 主要建立者：
1953年 沃森和克里克
晚年沃森和克里克在双螺旋结构模型前的最后一次合影
一. DNA双螺旋结构模型的构建
克里克:
物理学家，对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。
沃森:
生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。
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射线晶体衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
M.Wilkins
R.E.Franklin
“X”形意味着DNA分子是呈螺旋的，提供了决定性的实验依据。
2.建立过程：
一. DNA双螺旋结构模型的构建
DNA是螺旋结构
双螺旋？
三螺旋？
搭建的多种模型都被否定
沃森和克里克推测出DNA分子呈螺旋形的。他们先后建构了多种不同双螺旋、三螺旋模型。
2.建立过程：
一. DNA双螺旋结构模型的构建
沃森和克里克尝试了很多种不同的双螺旋、三螺旋结构模型、碱基位于螺旋的外部等，但均被否定。
后来又重新构建了一个双螺旋：磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基位于螺旋内部，但安排相同碱基配对，即A—A、T—T等。与事实不符，违反了化学规律。
C
A
T
C
G
C
A
T
C
G
C
A
碱基外侧排列模型
A
T
C
G
A
T
C
G
G
G
A
A
碱基内侧排列模型
富兰克林指出DNA是一个亲水分子，碱基疏水，磷酸-脱氧核糖骨架亲水。
配对违反了化学规律，
（三）DNA分子的双螺旋结构
DNA的结
构不稳定
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）
（三）DNA分子的双螺旋结构
1950年，奥地利生物化学家查哥夫报道了他对来自人、猪、牛、羊、细菌和酵母菌等不同生物的DNA分析结果：无论在哪种生物的DNA中，腺嘌呤（A）的量=胸腺嘧啶（T）的量；鸟嘌呤（G）的量=胞嘧啶（C）的量。推测：A与T配对，G与C配对1952年春天，查哥夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得知了这一条重要信息。（三）DNA分子的双螺旋结构
C
T
T
G
A
C
A
G
A与T配对
C与G配对
如何连接？
氢键
一个碱基上的H原子和与之配对的碱基上的电负性强的N原子或O原子间存在一定的吸引力，形成氢键。
直径恒定
两条链反向平行
一. DNA双螺旋结构模型的构建
（三）DNA分子的双螺旋结构
2个氢键
3个氢键
01
富兰克林发现，将DNA晶体翻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
①A-T与G-C具有相同的形状和直径，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。
③模型与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。
沃森和克里克尝构建了将碱基安排在双螺旋的内部，脱氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型。
2.建立过程：
沃森和克里克搭建的
DNA双螺旋结构模型
一. DNA双螺旋结构模型的构建
（三）DNA分子的双螺旋结构
DNA具有恒定的直径
能解释A、T、C、G的数量关系
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
克里克：英国物理学家，对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。沃森：美国生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。
1953年，沃森和克里克撰写的论文《核酸的分子结构-脱氧核糖核酸的一个结构模型》在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。
1962，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。
威尔金斯
克里克
沃森
2.建立过程：
平面结构：
C
T
T
G
A
C
A
G
DNA双螺旋结构：
讨论：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
例1..下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是( )
A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像
B.沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型
C.查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系
D.富兰克林和查哥夫发现DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量
B
课堂检测
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的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
中文全称：
组成元素：
基本单位：
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
脱氧核糖核苷酸
二. DNA的结构
1.DNA的结构双螺旋结构
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1’-C，与磷酸基团相连的碳叫5’-C。
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
二. DNA的结构
特点①：DNA是由两条链组成，两条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
1. DNA的结构特点：
链数
方向
结构
反向平行
两条脱氧核苷酸链
5'
3'
3'
5'
O
CH2
OH
H
磷酸
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
游离的磷酸基团，称作5′－端
一个羟基(—OH)，称作3′－端
一条：5’→3’; 另一条：3’→5’
双螺旋结构
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
外侧
内侧
脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架
碱基对
特点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',5'-磷酸二酯键
C
T
T
G
A
C
A
G
碱基对
配对规律
两条链的碱基通过氢键连接配对
氢键
特点③：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对：A与T配对；G与C配对，这种碱基之间的一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。
碱基互补配对原则：A与T配对；G与C配对
A
T
G
C
1. DNA的结构特点：
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。
知识拓展：
一个碱基上的H原子和与之配对的碱基上的电负性强的N原子或O原子间存在一定的吸引力，形成氢键。
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
总结：DNA双螺旋结构
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
总结：DNA双螺旋结构
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
2.DNA的结构特性：
①稳定性
①两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构
②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架
③内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基
对，遵循碱基互补配对原则。
C
T
T
G
A
C
A
G
二. DNA的结构
每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。
C
T
T
G
A
C
A
G
②特异性
2.DNA的结构特性：
二. DNA的结构
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。
DNA指纹技术
科学 技术 社会
碱基对的数量不同、碱基对的排列顺序的千变万化。
C
T
T
G
A
C
A
G
③多样性
问题4:在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基配对方式有4种：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？
44000
种类
数目
A与a基因不同的根本原因是什么？
2.DNA的结构特性：
二. DNA的结构
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
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
课堂检测
一个DNA片段有4个游离的磷酸基团。
一条脱氧核苷酸链中相邻脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连
X
2
√
DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过氢键相连。
X
DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”相连。
双链DNA分子中，相邻碱基通过碱基相连。
根据图中左边链的序列：5’-TGCAGTC-3‘，写出互补链的序列。
3’-ACGTCAG-5’
课堂检测
(1)威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微照片。( )
(2)查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系。( )
(3)DNA分子中的每个磷酸均与2个脱氧核糖连接。( )
(4)DNA外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成基本骨架，内部是碱基。 ( )
(5)DNA的两条链等长，但是反向平行。( )
(6)DNA中的氢键数目和碱基数目一定相等。( )
×
×
×
√
√
×
选择什么材料分别代表磷酸、脱氧核糖和碱基？三者之间怎样相互连接形成一个脱氧核苷酸
每个脱氧核苷酸之间是怎样相互连接的？
如何在模型中体现构成DNA的两条链是反向平行的？又怎样体现两条链的碱基之间互补配对？
三. 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？
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗
三. 制作DNA双螺旋结构模型
【答案】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。
【提示】(1)靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；(2)在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。
【提示】半保留复制
[例1] 在制作DNA双螺旋结构模型时，如图为两个脱氧核苷酸的模型，○代表磷酸，下列叙述正确的是 (　　)
C
A. 可能代表A、T、C、U四种含氮碱基
B.两个○可用别针(代表共价键)连接，以形成DNA的侧链
C.别针(代表共价键)应连接在一个核苷酸的 和另一个核苷酸的○上
D.如果两个脱氧核苷酸分别位于链的两侧，则两个模型方向相同
[例2] 从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是 (　　)
A.碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性
B.碱基对特定的排列顺序，构成了每一个DNA分子的特异性
C.一个含2 000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41 000种
D.人体内控制β 珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种
D
解析　每种DNA(基因)都有特定的碱基排列顺序，因此β 珠蛋白基因碱基对的排列顺序是一定的。
如图DNA分子中一条链为1链，另一条链为2链，请分析回答下列问题：
(1)分析依据　____________________
(2)基本数量关系
A1＝________、T1＝________、G1＝________、C1＝________。
(3)拓展数量关系
①A1＋A2＝________；G1＋G2＝________。
即：双链中A＝____，G＝____，
A＋G＝_______＝______＝________＝
碱基互补配对原则
T2
A2
C2
G2
T1＋T2
C1＋C2
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
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。
1/2(A＋G＋T＋C)
2. A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。
A2＋T2
G2＋C2
根据碱基互补配对原则：A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2
N1
N2
N
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A+T
G+C
A2+T2
G2+C2
A1+T1
G1+C1
=
=
=
a
a
a
（1）若1链
则2链
双链
规律二：互补碱基和之比，在单双链中相等，且互补碱基之和，在单双链中占比相等，简记为“补则等”。
=
A1+T1
N1
A2+T2
=
N2
A+T
N
=
C1+G1
N1
C2+G2
=
N2
C+G
N
（2）
T1+G1
= m
A1+C1
m
1
规律三：非互补碱基和之比，双链互为倒数，
简记为“不补则倒”。
根据碱基互补配对原则：
A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2
N1
N2
N
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
3. 若1链
1
T2+G2
A2+C2
=
则2链
双链
T+G
A+C
=
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和的一半。
（4）
三. DNA分子中碱基的数量关系
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_____
1. 某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
20%
60个
3. 若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
0.4 0.4
4. 在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
2.5 1
练习
拓展：碱基互补配对原则的应用
[例3] 某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。下列表述正确的是(　　)
A.该DNA分子的另一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4
B.该DNA分子共有腺嘌呤60个
C.该DNA分子共有鸟嘌呤160个
D.其中一条链中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，另一条链中(A＋T)/(G＋C)＝7/3
B
[例4] 从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，则与H链互补的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的比例为(　　)
A.26% B.24%
C.14% D.11%
A
解答DNA分子中有关碱基计算题目的“三步曲”
一、概念检测
1.DNA两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基。 ( )
(2)在DNA的双链结构中，碱基的比例总是(A+G)/(T+C)=1。 ( )
第二节
√
√
§3.2 DNA的结构-练习与应用
2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中 ①～⑩的名称。
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
脱氧核糖
磷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸　
一条脱氧核苷酸链的片段
碱基对
氢键
§3.2 DNA的结构-练习与应用P58
3.在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b，则 ( )
A.b≤0.5 B.b≥0.5
C.胞嘧啶为a( 1/2b-1 )个 D.胞嘧啶为b(1/2a-1)个
4.一条DNA单链的序列是5'-GATACC-3'，那么它的互补链的序列是( )
A.5'-CTATGG-3' B.5'-GATACC-3'
C.5'-GGTATC-3' D.5'-CCATAG-3'
第二节
C
C
§3.2 DNA的结构-练习与应用

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