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(共37张PPT)
第2节　DNA的结构
课程标准要求 核心素养对接 学业质量水平
概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。 1.生命观念——通过搜集DNA结构模型建立过程的资料并进行交流和讨论，运用结构与功能观，分析DNA的结构与其蕴藏遗传信息的功能是相适应的。 水平二
2.科学思维——通过模型构建，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构。 水平二
3.科学探究——通过制作DNA双螺旋结构模型，领悟模型构建在科学研究中的应用。 水平三
DNA具有什么样的结构才能储存大量的遗传信息，能够精确的自我复制，能够指导蛋白质的合成？这些机理都蕴藏在克里克和沃森的DNA双螺旋结构模型的伟大发现之中。
DNA作为遗传物质应具备的特点包括：
①结构比较稳定；
②能够精确地自我复制，保持一定的连续性；
③能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的性状和新陈代谢过程。
④具有储存大量的遗传信息的能力。
1953年4月25日，克里克和沃森在《自然》杂志上发表了DNA的双螺旋结构，从而带来了遗传学的彻底变革，更宣告了分子生物学的诞生。
1.构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
两个伟大的灵魂，一次偶然的相遇，揭示了科学史上一个划时代的伟大发现
资料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
2.构建过程
资料2： 1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供了DNA的X射线衍射图谱 。
尝试多种不同的双螺旋结构
沃森和克里克提出DNA双螺旋结构的初步构想
两条链中的碱基是排在外侧，还是在内侧？
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。
资料3：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)。
沃森和克里克构建了新的模型：
1953年沃森和克里克发表论文《核酸的分子结构模型－脱氧核糖核酸的一个结构模型》。
(1)特点：A－T碱基对与G－C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有稳定的直径。
(2)意义：
①能解释A、T、G、C的数量关系；
②能解释DNA的复制；
③模型与X射线衍射照片完全相符。
沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年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
脱氧核苷酸
DNA衍射图谱
A=T,G=C
T
C
总结：构建过程
讨论A：上述资料中涉及到那些学科的知识和方法？这对你理解生物科学的发展有什么启示？
思考与讨论
主要涉及了物理学（主要是晶体学），生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。
涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法、构建模型的方法等等。
现代科学技术中许多成果的取得都是多学科交叉运用的结果；反过来，多学科交叉的运用，又会促进学科的发展，诞生新的边缘学科，如生物化学、生物物理学等。
要善于利用他人的研究成果和经验；
要善于与他人交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；
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。
讨论B：沃森和克里克默契配合，发现DNA双螺旋结构的过程，作为科学家合作的研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你那些启示？
二、DNA的结构
1.DNA的基本组成单位——
脱氧核苷酸
(2)结构模式图
2、DNA平面结构
C、H、O、N、P
（1）元素组成________
C
T
T
G
A
C
A
G
DNA平面结构
5’
5’
3’
3’
4
1
2
3
OH
H
CH2
H
p
=
OH
O
OH
O
CH2
H
1
2
3
OH
H
4
4
构成方式
磷酸二酯键
磷酸二酯键
5
5
3、DNA双螺旋结构的主要特点
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
（1）DNA分子是由两条链反向平行盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA分子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结成碱基对，并且碱基配对具有一定规律：A一定与T配对，G一定与C配对。碱基之间的这种一 一对应的关系，叫作碱基互补配对原则
DNA双螺旋结构的主要特点
1）多样性：由于脱氧核苷酸的数量和排列顺序不同，导致了DNA分子的多样性。
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四种。请同学们计算4000个碱基对最多形成多少种DNA分子？
4 种
4000
4、DNA多样性和特异性
注意：n表示碱基对数
若某个DNA分子具有n个碱基对，则该DNA分子中的碱基对可能有_______种排列方式
4n
2）特异性
3) 稳定性
具有规则的双螺旋结构
每一种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序。
DNA分子中的脱氧核糖和磷酸基团交替连接的方式不变，两条链之间碱基互补配对的方式不变。
思考：
研究表明：DNA结构的稳
定性与四种碱基的含量有
关：G和C的含量越多，
DNA的结构就越稳定。
同学们知道是由于什么原因吗？
G与C形成三个氢键，A与T只形成两
个氢键。氢键越多，结合力越强。
五种元素：C、H、O、N、P；
四种碱基：A、G、C、T，对应四种脱氧核苷酸；
三种小分子：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；
两条链：反向平行的脱氧核苷酸链；
一种空间结构：规则的双螺旋结构。
DNA双链分子中磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量比为1∶1∶1。
巧记DNA分子结构的“五·四·三·二·一”
每个DNA片段中，游离的磷酸基团数是多少？
例1：下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是(　　)
A.DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的单链结构
B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基
C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对
D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连
解析　DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的双链结构，A错误；DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B错误；DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖相连，D错误。
答案　C
[一题多变]
(1)DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗？
提示　DNA分子中，每个脱氧核糖均连一个碱基；而除3′端的脱氧核糖只连一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连两个磷酸。
(2)DNA分子中，互补链配对的两个脱氧核苷酸之间靠什么连接？
提示　互补链配对的两个脱氧核苷酸之间靠氢键相连。
【课堂反馈】
下面是DNA的分子的结构模式图，说出图中1－10的名称。
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
1. 胞嘧啶
2. 腺嘌呤
3. 鸟嘌呤
4. 胸腺嘧啶
5. 脱氧核糖
6. 磷酸
7. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
8. 碱基对
9. 氢键
10. 一条脱氧核苷酸链的片段
1.组装“脱氧核苷酸模型”
利用材料制作若干个 、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。
2.制作“多核苷酸长链模型”
将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须 ，碱基之间能够 。
脱氧核糖
相同
互补配对
三、制作DNA双螺旋结构模型
3.制作DNA分子平面结构模型
按照 的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向 。
4.制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型
把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型
碱基互补配对
相反
例2 ：某同学制作一个DNA片段模型，现准备了15个碱基A塑料片，8个碱基T塑料片，40个脱氧核糖和40个磷酸塑料片，为了充分利用现有材料，还需准备碱基C塑料片(　　)
A.8个 B.24个 C.16个 D.12个
解析　DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，每分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，所以40个脱氧核糖和磷酸的塑料片能形成20个脱氧核苷酸对，即20个碱基对.在双链DNA中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A—T、G—C，所以15个碱基A塑料片，8个碱基T塑料片，能形成8个A－T碱基对。因此，为了充分利用现有材料，还需准备12个碱基C塑料片，以形成12个C—G碱基对。
答案　D
反向
双螺旋
脱氧核苷酸
脱氧核糖
A＝T
课堂小结：
四、有关DNA中的碱基计算规律总结
1、双链DNA分子中，两互补碱基相等；任意两个不互补碱基之和恒等，各占碱基总数的50%,且不互补碱基之和的比值等于1．
( A+G)/(T+C)=1
∵A=T， G=C
∴ A+G=T+C = 50%
嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
单链DNA分子中呢？
若A=T、G=C，一般认为是双链DNA，若不相等则为单链，出现碱基U或核糖则一定为RNA,出现碱基T或脱氧核糖则为DNA
例题1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
因为DNA分子中，A+G=T+C=50%
所以，A=50%–23%=27%
碱基互补配对原则应用
2.双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。(互补碱基之和的比值)
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G 2 +C2
=
=
在不同的DNA分子中， A+T/G+C的值一般不同，具有特异性
例2、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
3.双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。（不互补的碱基之和的比值）
A1+G1
T1 +C1
= a
T2 +C2
A2 +G2
= 1/a
例3、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 ;
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
例4：某双链DNA分子中，A占整个DNA碱基总数的27%，其中一条链上A占该链碱基总数的22%。求另一条链上A占其所在链碱基总数的百分含量。
4、一种碱基在两条链中所占的比例等于这种碱基在每条单链中所占的比例之和的一半
22% +X=27%*2
X=32%
5、双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该链碱基总数的百分比。
A+T
A+T+G+C
=
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
A2 +T2 +G2 +C2
A2 +T2
=
A1 +T1 +G1 +C1
A1 +T1
=
c%
c%
c%
6、若已知A占双链的比例为c%，则A1/单链的比例无法确定但最大值可求出为2c%，最小值为0
例5、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。
24%
涉及DNA单链碱基计算的3个解题步骤
1、分析一个DNA分子时，发现30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的（ ）
A、 20% B、 30% C、 40% D、 70%
2、已知一条双链DNA分子中， C和G占碱基总数的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占该链碱基总数的百分比分别是（　 ）
　
Ａ. 28% 、22% 　 Ｂ. 30% 、24% 　
Ｃ. 26% 、20% 　 Ｄ. 24% 、30%
C
Ｂ
4、从分析某DNA分子的成分得知，含有胸腺嘧啶脱氧核苷酸20%，其数目为400个。则该DNA分子中有
C—G碱基对共有（　　）
　
Ａ.600个　Ｂ.1200个 　Ｃ.1000个　Ｄ.2000个
Ａ
3、在含有四种碱基的DNA区段中，有腺嘌呤a
个，占该区段全部碱基的比例为b，则 （ )
A.胞嘧啶为a(1/2b－1) B.胞嘧啶为b(1/2a － 1)
C.b≤0.5 D. b≥0.5
A
5、假设一个DNA分子片段中，碱基T共312个，占全部碱基的26%，则此DNA片段中碱基G所占百分比和数目分别是(　　)。
A．26%,312个 B．24%,288个
C．24%,298个 D．12%,144个
B
6.在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基A与T是通过下列哪种结构连接起来的
A.氢键　　　　　　　 B.脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
C.肽键 D.磷酸—脱氧核糖—磷酸
B
7.下图是制作DNA双螺旋结构模型的过程图，请回答下面的问题：
(1)在制作模型前进行的设计中，甲处应考虑具备_____种材料，它们分别是___________________________；其中五边形材料表示__________。
(2)乙表示的物质是___________，a位置的元素是____。制作一个乙用到了___种材料。
6
脱氧核糖、四种碱基
脱氧核糖
脱氧核苷酸
氧
3
磷酸、
(3)由乙连接成丙的过程，需考虑的主要有：两条链中五边形材料的顶角应呈______ (填“同向”或“反向”)关系；若一条链的下端是磷酸，则另一条链的上端应该是_____，这样制作的目的是体现DNA双链_________的特点。
(4)随机将班里某两位同学制作的单链连接成双链，不合理的地方最可能是__________________________________。
(5)丙到丁过程体现了DNA分子_________的特点，丁中排在外侧的物质是_________________。
反向
磷酸
反向平行
双链间的
碱基配对不遵循碱基互补配对原则
(双)螺旋
交替连接的
脱氧核糖和磷酸

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