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(共24张PPT)
第三章基因的本质
第2节 DNA的结构
知识温故
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
脱氧核糖核苷酸是如何构成DNA分子的呢？
坐落在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？
DNA雕塑
问题探讨
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，它标志着生物学的研究进入分子的层次，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。
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
1′
2′
4′
5′
3′
情景材料一
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、C、G四种碱基。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
【模型建构1】脱氧核苷酸的结构
富兰克林（女）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。
威尔金斯
富兰克林
【模型建构2】推出DNA呈螺旋结构
翻转180°
一、DNA双螺旋结构模型的构建
情景材料二
一、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结构外部的不同结构模型
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。
碱基具有疏水性
细胞中的DNA分子处于液体环境中，DNA分子内外侧分别是什么？
脱氧核糖和磷酸基团具有亲水性
一、DNA双螺旋结构模型的构建
情景材料三
化学家指出
配对违反化学规律又被否定
沃森和克里克重新构建：磷酸-脱氧核糖骨架在外部，碱基在内部的双链螺旋结构，内部相同碱基配对。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
位于DNA内侧的碱基是怎样连接的
嘌呤碱基是双环化合物，嘧啶碱基是单环化合物，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。
假说:
2nm
情景材料四
来源 碱基组成（%）
A G C T
人 30.9 19.9 19.8 29.4
鸡(母) 28.8 20.5 21.5 29.2
海胆 32.8 17.7 17.3 32.1
酵母 31.3 18.7 17.1 32.9
大肠杆菌 24.7 26.0 25.7 23.6
查哥夫
查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析。
位于DNA内侧的碱基是怎样连接的
DNA中碱基相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。
请根据查哥夫碱基数据表推测，上述哪种假说是正确的？
假说一：A与T配对，G与C配对
一、DNA双螺旋结构模型的构建
情景材料五
尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋
被否定
【资料6】查哥夫提出DNA分子中A的量等于 ,C的量等于 。
修正、重建
构建DNA 模型
验证
DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。
沃森和克里克
双螺旋结构
T
G
【模型建构4】
1952年，奥地利生物化学家查哥夫发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。脱氧核糖-磷酸骨架排列在外侧，碱基在内侧，A和T配对，C和G配对，DNA的两条链方向相反。
情景材料六
1953年，沃森和克里克攥写的《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。
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。获奖理由为发现DNA为双螺旋分子结构。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。
探究一
5’
3’
5’
3’
(1)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。
游离的磷酸基团，称作5′－端
一个羟基(—OH)，称作3′－端
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
二
DNA的结构
5’
3’
5’
3’
(2)外侧：
脱氧核糖和磷酸交替连接
(3)内侧：
碱基对
A
T
G
C
基本骨架
碱基互补配对原则
二
DNA的结构
嘌呤和嘧啶之间通过氢键连接形成碱基对， 且A一定与T配对、C一定与G配对。
G C比例越高，DNA的热稳定性越高
5’
3’
5’
3’
三
DNA的结构特性
⑴两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
⑵外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架；
⑶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。
2.特异性：
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。
1.稳定性：
5’
3’
5’
3’
三
DNA的结构特性
脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序千变万化。
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，请计算DNA分子有多少种？
44000
种类
数目
3.多样性：
四
制作DNA双螺旋结构模型
第一步：
搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
第二步：
第三步：
画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
巧解DNA分子中有关碱基比例计算——“三步曲”
在双链DNA中，根据碱基互补配对原则：
①A=T，G=C，
(两条链不互补的碱基之和相等)
（A+G）或（A+C)或(T+G)或（T+C)/（A+T+G+C）=
1/2
规律一：在双链DNA中，任意两个不互补碱基之和相等，并为碱基总数的50%（1/2）
②A+G=T+C
③A+C=T+G
(嘌呤数=嘧啶数)
T+C
=
1
A+G
④
（非配对碱基之和比值为1）
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
DNA分子中有关碱基的计算
A+T
A+T+G+C
=
A2+T2+G2+C2
A2+T2
=
A1+T1+G1+C1
A1+T1
=
m%
m%
m%
规律二：两互补碱基和之比在DNA的两条单链中相等，在整个分子中此比也都相等
⑤（A1+T1）%= (A2+T2）%=(A+T)%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
DNA分子中有关碱基的计算
A+T
G+C
A2+T2
G2+C2
A1+T1
G1+C1
=
=
规律三：双链DNA分子中，任何一条链中两互补碱基之和占该链碱基总数与整个DNA分子中该两互补碱基之和占总DNA碱基数的百分比相等
=
a
a
a
23
⑥若 则
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
DNA分子中有关碱基的计算
⑦若 b 则
T1+C1
=
A1+G1
T2+C2
=
A2+G2
T+C
=
A+G
1/b
规律四：非互补碱基和之比在DNA的两条单链中互为倒数，在整个分子中此比为1
补则等，不补则倒
1
规律五：DNA分子的总氢键数=2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
合作探究一：在某双链DNA中，碱基总数为1000，其中腺嘌呤200个，则该DNA分子中有______氢键；
1300
易错提醒：
(1)看清单双链：所求的碱基占单链中的比例还是双链中的比例。
(2)看清“个”或“对”：题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基。
DNA分子中有关碱基的计算
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链

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