资源简介

(共23张PPT)
3.2 DNA的结构
基因的本质
教学目标
1.概述DNA结构的主要特点。
2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。
3.制作DNA双螺旋结构模型。
新课导入
孟德尔:
发表遗传定律相关论文
萨顿假说：
遗传因子在染色体上
摩尔根:
果蝇杂交实验：
基因在染色体上
“生命的基本特征就是能够储存和传递信息，亦即遗传密码能够代代相传。基因是活细胞的关键组成部分，要懂得什么是生命，就必须知道基因是如何发挥作用的。” ——薛定谔《生命是什么？》
格里菲思:
肺炎双球菌转化实验
艾弗里:
肺炎双球菌体外转化实验
1952年
赫尔希和蔡斯：噬菌体侵染实验
1866年
1903年
1910年
1928年
1944年
新课导入
1869年
米歇尔：
首先发现核酸
1901年
科塞尔：
核酸含有嘌呤
和嘧啶
莱文
P.A.Levene
1869-1940
1934年
1920年：
莱文发现两种不同的核酸，即：DNA和RNA。
1934年：
莱文发现核酸可被分解成含有一个嘌呤/嘧啶、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段,这样的组合称为“核苷酸”。
莱文：
核酸的基本构成单位是核苷酸
20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是 。
DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的。
DNA分子由四种脱氧核苷酸构成
脱氧核苷酸
…
DNA双螺旋结构模型的构建
(A)
(B)
(C)
(D)
H Schmitzer, et al. The Physics Teacher, 2011,49:140-143.
DNA衍射图谱说明什么问题
从衍射图谱获取的信息：
（A）X 形说明DNA结构是螺旋形的；
（B）菱形说明DNA分子是长链；
（C）直线的间距是DNA分子重复单元（一个完整的螺旋）的间距；
（D）缺少了两条直线，是这是因为另一条螺旋的干扰。
DNA双螺旋结构模型的构建
(A)
(B)
(C)
(D)
H Schmitzer, et al. The Physics Teacher, 2011,49:140-143.
推测：DNA 是螺旋结构
DNA双螺旋结构模型的构建
查哥夫对DNA碱基构成的研究
A:G T:C A:T G:C 嘌呤：嘧啶
牛 1.29 1.43 1.04 1.00 1.1
人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.0
小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
酵母 1.67 1.92 1.03 1.20 1.0
母鸡 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99
沙雷氏菌 0.7 0.7 0.95 0.86 0.9
鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
不同生物DNA 4种碱基比例关系
如果是你，你认为这个DNA 的碱基组成有什么规律？
DNA双螺旋结构模型的构建
查哥夫对DNA碱基构成的研究
A:G T:C A:T G:C 嘌呤：嘧啶
牛 1.29 1.43 1.04 1.00 1.1
人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.0
小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
酵母 1.67 1.92 1.03 1.20 1.0
母鸡 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99
沙雷氏菌 0.7 0.7 0.95 0.86 0.9
鲱鱼 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
不同生物DNA 4种碱基比例关系
腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的物质的量大致相同；即A=T
鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的物质的量大致相同；即G=C
所以：不同生物DNA分子嘌呤与嘧啶的物质的量大致相同。即A+G=T+C
DNA 的碱基组成规律：
DNA的结构
在DNA分子中碱基如何配对？
腺嘌呤 A
鸟嘌呤 G
胞嘧啶 C
胸腺嘧啶 T
腺嘌呤 A
胸腺嘧啶 T
鸟
嘌
呤
G
胞
嘧
啶
C
DNA双螺旋结构模型的构建
沃森的笔记
指出存在三个氢键的可能性
引自《双螺旋》插图注释本
浙江人民出版社
沃森-克里克配对：
一个由两个氢键 维系的 腺嘌呤 (A) - 胸腺嘧啶 (T) 对的形状，与 一个至少由两个氢键 维系的 鸟嘌呤 (G) - 胞嘧啶 (C) 对 相同。看来，所有的氢键都是自发形成的，不需要人为干预，两个碱基对就会自然呈现出相同的形状。
——引自《双螺旋》插图注释本
浙江人民出版社
注：鲍林和科里确认鸟嘌呤和胞嘧啶之间存在三个氢键
建构模型是自然科学研究中常用的一种方法。该方法用【模型】来模拟研究对象，被模拟的对象称为【原型】，模型的建构是否正确，需要通过对原型的比较来确证。
【原型】
【模型】
吻合
推出
DNA双螺旋结构模型的构建
两个脱氧核苷酸缩合反应过程
DNA的结构
脱氧核苷酸延伸成DNA分子
DNA的结构
5’
3’
5’
3’
双螺旋
DNA的结构
DNA是由两条脱氧核苷酸链构成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA中的脱氧核糖和磷酸交替排连接排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律。A一定与T配对，G一定与C配对。碱基之间的这种配一一对应的关系叫做碱基互补配对。
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 。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5’-端，另一端有一个羟基（-OH），称为3’-端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5’-端到3’-端，另一条单链则是从3’-端到5’-端。
DNA双螺旋结构的主要特点
5’
3’
5’
3’
DNA的结构
1962年，威尔金斯、沃森和克里克获诺贝尔生理学与医学奖
威尔金斯
克里克
沃森
瑞典斯德哥尔摩音乐厅，诺贝尔奖颁奖典礼上的合影。
左一：威尔金斯；左三：克里克；右二：沃森
富兰克林于1958年因卵巢癌去世，
无缘诺贝尔奖。
根据碱基互补配对原则推算DNA的碱基比例：
在双链DNA中，嘌呤之和等于嘧啶之和，即A+G=T+C；
根据这一公式，可鉴定DNA是双链还是单链，在一个DNA分子中，如果（A+G）/（T+C）≠1，且 A≠T，G≠C，则该DNA为单链；如果（A+G）/（T+C）=1，且 A=T，G=C，则该DNA为双链；
根据不同的碱基比值关系进行计算。例如在一个DNA分子中，若甲链（A+G）/（T+C）=1/2，则在互补的乙链中，（A+G）/（T+C）=2（倒数关系）；若甲链（A+T）/（G+C）=1/2，则在互补的乙链中，（A+T）/（G+C）=1/2（对等关系）。
DNA的结构碱基的数量关系
在真核生物中，双螺旋结构多是线性（或链状）的，并且细胞核中的 DNA与组蛋白等组成染色质；在原核生物中DNA常为环状，且不与蛋白质结合成染色质；少数病毒还具有单链 DNA。有报道称发现三链甚至四链 DNA。
DNA 分子中碱基的排列顺序编码了遗传信息，碱基的排列顺序千变万化，若一个DNA分子有 n个碱基对，则可能出现的排序为 4n种，从而能够携带大量的遗传信息，这体现出 DNA分子作为遗传物质的多样性。而每个 DNA分子特定的碱基排列顺序，又构成了DNA分子的特异性。
DNA 空间结构的多样性
巩固练习
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。 （ ）


巩固练习
2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
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
巩固练习
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'
C
C
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。
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。
3.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，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。
课堂小结

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