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(共26张PPT)
第三章基因的本质
第2节DNA的结构
雅典奥运会开幕式，激光打出的DNA双螺旋结构
上海“世博和谐塔”
英国2003年DNA双螺旋结构纪念币
美国冷泉港实验室外螺旋时代造型
中关村高科技园区的DNA雕塑
资料1 20世纪30年代，科学界已经认识到：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。
脱氧核糖核酸
脱氧核苷酸
a.DNA中文全称:
C、H、O、N、P
b.组成元素:
c.基本组成单位:
磷酸
脱氧
核糖
含氮碱基
碱 基
脱氧
核糖
1
2
3
4
5
A
A —腺嘌呤 G —鸟嘌呤
C —胞嘧啶 T —胸腺嘧啶
T
G
C
P
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
胞嘧啶脱氧核糖核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
脱氧
核糖
腺嘌呤(A)
磷酸
脱氧核糖
鸟嘌呤(G)
磷酸
脱氧
核糖
胞嘧啶(C)
磷酸
脱氧
核糖
胸腺嘧啶(T)
磷酸
…
相邻的脱氧核苷酸之间形成：
。
磷酸二酯键
资料2 研究蛋白质、DNA结构常用的方法是X射线晶体衍射法。美国加州理工学院的鲍林及其同事用X射线衍射技术和分子模型的构建,率先解出了蛋白质的二级结构。
资料3 1951年1月,威尔金斯在一场关于DNA的演讲上展示了两张用X射线做的DNA衍射照片。二十出头的沃森便是听众之一。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,他们把磷酸排在内侧,含氮碱基排在外侧。
资料4续 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”,并告知他们含氮碱基应该排列在内侧。
( J. D. Watson,1928- -)
沃森
(F. Crick,1916 --2004)
克里克
资料5 富兰克林发现提高空气的湿度,可以让DNA的衍射图谱发生转变,显然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。
资料6 奥地利生物化学家查哥夫提供了一个关于DNA中碱基数量的关键信息:在DNA中,腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。
资料7 沃森和克里克让A与丁配对,G与C配对,构建出新的DNA模型。在这个模型中,碱基在双螺旋内部,脱氧核糖-磷酸骨架在外部,A与T配对,G与C配对,DNA两条链的方向是相反的。结果发现: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分子具有恒定的直径,能够解释 A、T、G、C的数量关系。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时,发现模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。
平面图
立体双螺旋结构
空间结构
５'-端
３'-端
３'-端
５'-端
平面结构
资料8 1953年,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。
资料9 1962年沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果而共同获得了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
1.构建者：
沃森和克里克
2.构建过程：
小结：DNA模型构建
1、脱氧核苷酸
2、脱氧核苷酸链
3、DNA双链
4、DNA的双螺旋结构
DNA的主要特点
③碱基通过 连接成碱基对，并遵循
， 与 、 与 配对。
①DNA分子是由 条 链组成，这两条链按 盘旋成规则的 结构。
② 和 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 排列在内侧。
反向平行
2
双螺旋
脱氧核糖
磷酸
脱氧核苷酸
碱基
氢键
碱基互补配对原则
T
A
C
G
小规律：“五四三二一”
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、G、C、T
三类物质：
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条长链：
两条反向平行的脱氧核苷酸链
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
5’端
3’端
3’端
5’端
（B）
A
C
A
C
T
T
G
G
DNA分子模型解读
1.数量关系
每个DNA分子中,游离的磷酸基团有两个;
A-T碱基对有两个氢键,G-C碱基对有三个氢键;
脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数。
2.位置关系
单链中相邻的碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接;互补链中相邻的碱基通过氢键连接。
3.化学键
氢键:连接互补链中的相邻碱基。
磷酸二酯键:连接单链中相邻的两个脱氧核苷酸
①多样性:
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:
③稳定性:
4n(n表示碱基对数)
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。
主链：磷酸与脱氧核糖交替排列稳定不变
碱基对：严格遵循碱基互补配对原则
DNA的特性
碱基对的排列顺序千变万化
特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序
( )
你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。
规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之和 ，并为碱基总数的 。
A+T+G+C
∵ A=T G=C
∴ A+G=T+C
∴
A+G
=
( )
T+G
A+T+G+C
=
1/2
也可以写成以下形式：
( )
T+C
A+G
=
=
( )
( )
( )
......
=1
T+G
A+C
T+C
A+G
恒等
1/2
（嘌呤碱基总数=嘧啶碱基总数）
碱基互补配对原则的应用
设DNA的一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则。
DNA双链
① A1=T2 ，T1 = A2 ，G1 = C2 ，C1= G2
1
2
1/a
非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数
同一DNA分子中，双链和单链中互补碱基之比相等
（A+T）/（A+T+G+C）=a，则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=
④
a
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
③
A1+T1
G1 +C1
A2+T2
G2 +C2
A+T
G +C
=
A2+G2
T2 +C2
=
A1+G1
T1 +C1
a
，
②
=
=
T 2
A2
C 2
G 2
A 1
T 1
G 1
C 1
1.在某DNA分子的碱基中，鸟嘌呤的分子数占22%，那么胸腺嘧啶的分子数占_____。
【课堂训练】
G=22%
T=（1-22%×2）/2
28%
3.某DNA分子的一个单链中,(T+C)/(A+G)=2.5,则此比例在其互补链中为____,在整个DNA分子中为___.
(T2+C2)/(A2+G2)= (A1+G1)/(T1+C1)=
1/2.5
1
2.某DNA分子共有200个碱基对，其中碱基A占了30%，问这个DNA分子共有 个碱基G。
80
0.4
【课堂训练】
0.4
4.若DNA的一个单链中,A+T/G+C=0.4,则此比例在其互补链中为____,在整个DNA分子中为____。
0.4
(A2+T2)/(G2+C2)= (A1+T1)/(G1+C1)=(A+T)/(G+C)
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。
已知
A+T
总
= 54% ,
则
= 46%
G+C
总
所以
G1+C1
1/2总
= 46%.
已知
1/2总
G1
= 22%
所以
1/2总
C1
= 46%–22%= 24%
因为G2=C1
所以
1/2总
G2
= 24%
DNA指纹法在案件侦破中有着重要的用途。刑侦人员将从案发现场得到的血液、头发等样品中提取的DNA，与犯罪嫌疑人的DNA进行比较，就可能为案件的侦破提供证据。
①DNA是遗传物质，携带有遗传信息
②不同个体的遗传信息一般都有区别，因此能够提供犯罪嫌疑人的信息

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