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(共28张PPT)
3.2 DNA的结构
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA双螺旋结构的构建者：生物学家沃森和物理学家克里克
1953年，沃森和克里克在《自然》
杂志上发表论文《核酸的分子结构
——脱氧核糖核酸的结构模型》，短短的一页文字，却标志着生物学研究进入了崭新的分子生物学时代。
还有哪些科学家对这项成果有贡献？沃森和克里克又是如何合作研究的？
请阅读书本P48-49“思考·讨论”。
DNA双螺旋结构模型的构建
(1)DNA结构研究的常用方法：
X射线晶体衍射法
(2)当时科学界已经认识到DNA的组成单位是 ，它们分
别含有
4种脱氧核苷酸
A、T、C、G 4种碱基
(3) 和 得到了高质量的 ，这是沃森、克里克推测DNA为螺旋结构的数据基础。
威尔金斯
富兰克林
DNA衍射图谱
(4)沃森、克里克尝试搭建许多种双螺旋、三螺旋结构模型，都失败了。他们从 那里听到：DNA中碱基含量总满足 ＝ ， ＝ 。
查哥夫
A
T
G
C
(5)他们受到启发：碱基在双螺旋 ，两条链上的碱基存在配对关系（ ， ），两条链的方向是 的。
内部
A—T
G—C
相反
DNA双螺旋结构模型的构建
补充：一些错误模型
（1）1939年，英国科学家贝尔得到第一张DNA衍射图谱
她正确地估计了DNA螺旋结构的宽度和螺距，但受限于样本制备、X射线衍射理论的不成熟和二战等因素，只得到了一个错误的单螺旋结构。
DNA双螺旋结构模型的构建
补充：一些错误模型
（2）1953年，美国著名化学家鲍林预测DNA是三螺旋结构
鲍林在蛋白质结构领域有丰富的经验，如果他也看到富兰克林的DNA衍射图谱，也许历史就会发生改变。
鲍林模型中，磷酸基团在螺旋的内部，而碱基朝向外侧。
DNA双螺旋结构模型的构建
补充：富兰克林DNA衍射图谱
富兰克林分离出单一构型的DNA，得到了这张极清晰的衍射图谱，从图中可以看出：螺旋结构（X形）、一个螺旋的长度为3.4 nm、其中包含10个碱基、螺旋方向相反（图像翻转180°后仍重合）
51号照片
DNA双螺旋结构模型的构建
补充：查哥夫统计多种生物DNA的碱基组成，提出查哥夫规则
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
所有DNA中，A＝T、G＝C，且嘌呤的总含量与嘧啶的总含量相等。
不同物种间，DNA碱基组成不同；同一个体的器官、组织间，组成相同。
DNA双螺旋结构模型的构建
沃森、克里克构建双螺旋结构
A-T碱基对和G-C碱基对有相同的形状和直径，与DNA分子具有恒定直径的事实相符，也符合查哥夫规则。
最后搭建的模型与DNA衍射图谱推算出的DNA双螺旋结构也相符。
DNA双螺旋结构模型的构建
1962年，沃森、克里克和威尔金斯获得了诺贝尔奖。
威尔金斯
克里克
沃森
佩鲁茨
肯德鲁
血红蛋白结构的X射线衍射分析
富兰克林于1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。
DNA双螺旋结构模型的构建
因为细胞内是液体环境，而碱基是疏水的，磷酸基团和脱氧核糖是亲水的。
在双螺旋中，碱基排列在内部更为合理
DNA的结构
复习：脱氧核苷酸的结构
O
CH2
OH
H
磷酸
基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
脱氧核糖上的1’-C与_____相连，5’-C与__________相连,
碱基
磷酸基团
2’-C与_______相连，3’-C与_____相连；
氢原子
羟基
脱氧核苷酸之间通过____________和_______脱水缩合形成__________
5’-磷酸基团
3’-羟基
3’，5’ –磷酸二酯键
Q：现在要搭建一个DNA双螺旋的模型，用不同颜色的橡皮泥代表脱氧核苷酸的不同组分，需要准备多少种颜色呢？
1种磷酸基团 + 1种脱氧核糖 + 4种碱基
DNA双螺旋由两条单链组成：
A
T
G
A
T
A
C
T
5’
3’
5’
3’
......
OH
OH
DNA 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称为____，另一端有一个羟基（-OH），称作_____；
5’-端
3’-端
DNA的两条单链的走向_____，从双链的一端起始，一条单链是从5’-端到3’-端的，另一条则是从____________；
相反
3’-端到5’-端的
DNA的结构
两条链以反向平行的方式盘绕成双螺旋结构：
螺旋外侧是_________和______交替连接构成的基本骨架；
螺旋内侧是碱基，两条链的碱基通过氢键连接成碱基对；
脱氧核糖
磷酸
A一定和T配对，二者之间形成2个氢键
G一定和C配对，二者之间形成3个氢键
碱基之间这种一一对应的关系称为碱基互补配对原则。
DNA的结构
自学：阅读P51，了解DNA双螺旋模型制作的方法
DNA的结构
计算：DNA的基本结构
A
T
G
A
T
A
C
T
5’
3’
5’
3’
......
OH
OH
①一个DNA分子有____个游离的磷酸基团，
②一个脱氧核糖上连着________个磷酸基团；
③一个磷酸基团上连着________个脱氧核糖；
④一个脱氧核糖上连着_____个碱基；
⑤如果一个DNA链由100个碱基对组成，那么
它包含____个脱氧核苷酸，包含___个磷酸，包含____个脱氧核糖，包含____个碱基。
2
1或2
1或2
1
200
200
200
200
计算：DNA的氢键数量
例题：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。
1000个碱基对共有2000个碱基
A=240
氢键数=240X2+760X3=2760
G+C= 1520
A+T= 480
T=240
G=C= 760
DNA分子的总氢键数=2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
计算：DNA的碱基比例
第一步
第二步
第三步
解DNA分子中有关碱基比例计算——“三步曲”
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
根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
计算：DNA的碱基比例
规律①：双链DNA中，A=T、C=G；任意两种不互补碱基之和恒等，即A+G=T+C=A+C=T+G，为总数的50%。
例题：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占_______。
在双链DNA中，A+G=T+C=A+C=T+G= 50%
A = 18%
G = 32%
计算：DNA的碱基比例
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
(A+T)
(A1 +T1)
=
(A2 +T2)
=
％
％
％
(G+C)
(G1 +C1)
=
=
(G2 +C2)
％
％
％
规律②：双链DNA中，互补的两种碱基之和占全部碱基的比等于这两种碱基在任何一条单链中占比之和。
A1+T1
A1+C1+G1+T1
1链碱基数m
T2+A2
A2+C2+G2+T2
=
T总+A总
A总+C总+G总+T总
=
2链碱基数m
双链碱基数2m
A1 = T2，T1 = A2
在整个双链DNA中：
A1+A2+T1+T2
计算：DNA的碱基比例
例题：某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是____
在双链DNA中
A +T=44%
在双链DNA中G+C=56%
在一链DNA中G+C=56%
在一链DNA中G=21%
在一链DNA中
C=35%
根据碱基互补配对原则在另一链DNA中G=35%
规律②：双链DNA中，互补的两种碱基之和占全部碱基的比等于这两种碱基在任何一条单链中占比之和。
计算：DNA的碱基比例
规律③：双链DNA分子中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1。
A2+G2
T2+C2
A1+G1
T1+C1
×
= 1
A+G
T+C
= 1
例题：DNA的一个单链中（A+C）/（G+T）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、_____。
在DNA的一个单链中
（A+C）/（G+T）=0.4
在DNA的另一个单链中
（A+C）/（G+T）=2.5
在DNA的双链中
（A+C）/（G+T）=1
计算：DNA的碱基比例
规律④：某碱基在双链中所占的比例等于它在每条单链中所占比例的平均值。
A%=1/2(A1%+A2%)
例题：在双链DNA的一条链中A占22%，另一条链中A占24%，在整个DNA分子中，A占_____。
在DNA的一个单链中
A占比为0.22
在DNA的另一个单链中
A占比=0.24
在DNA双链中A占比=0.23
A2+T2
G2+C2
A1+T1
G1+C1
=
=
A+T
G+C
规律⑤：双链DNA分子中，两对互补碱基之和的比值在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
计算：DNA的碱基比例
例题：DNA的一个单链中（A+T）/（G+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、_____。
在DNA的一个单链中
（A+T）/（G+C）=0.4
在DNA的另一个单链中
（A+T）/（G+C）=0.4
在DNA的双链中
（A+T）/（G+C）=0.4
例题（书本P52）
√
√
脱氧核苷酸
碱基对
氢键
脱氧核苷酸链（片段）
C
C
例题
某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的54%，其中α链的碱基中，22%是腺嘌呤，28%是胞嘧啶，则β链中腺嘌呤占该链碱基的比例和β链中胞嘧啶占整个DNA分子碱基的比例分别为(　　)
A．24%、13% B．23%、27%
C．48%、26% D．22%、28%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
α链 β链
G＋C＝54% → G1＋C1＝54%
54%
22%
28%
26%
24%
24%
26%
A
例题
下列叙述中，错误的是(　　)
A．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法
B．每个DNA分子中，脱氧核糖数＝磷酸数＝含氮碱基数
C．DNA中A与T碱基对所占的比例越高，该DNA的热稳定性越低
D．在DNA双链的每一条链中，（A+G）/（T+C）的比例总等于1
D
拓展：DNA指纹技术（书本P52）
拓展：DNA指纹技术（书本P52）
凶器上残留的DNA信息是来自受害者还是罪犯呢？

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