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第三章 基因与的本质
第2节：DNA的结构
问题探讨
坐落于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分子的双螺旋结构的发现，标志着生物学的研究进入分子水平，具有里程碑式的意义。
DNA的结构
01
02
03
DNA的结构
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA的相关计算
DNA双螺旋结构模型的构建
一
DNA双螺旋结构是基于众多科学家的升华和X射线晶体衍射图像等研究而提出的，阐明了长期以来困扰人们的遗传物质和DNA结构之间的逻辑关系，在对DNA结构的探索中,于1953年摘取桂冠的是两位年轻的科学家,美国生物学家沃森和英国物理学家克里克：
情境一
沃森和克里克是怎样揭示DNA双螺旋结构的
利用了他人的哪些经验和成果
DNA衍射图谱
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
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
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
脱氧核糖
P
磷酸
1’
2’
3’
4’
5’
T
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。
资料1：
【任务1】
【思考 讨论】DNA结构模型的构建
H
p
=
O
OH
O
碱基
3′
2′
1′
4′
CH2
O
OH
H
H
H
H
H
5′
p
=
OH
O
OH
O
碱基
3′
2′
1′
4′
CH2
O
H
H
H
H
H
5′
OH
H2O
DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。
3',5'-磷酸二酯键
资料1：
O
【任务1】
【思考 讨论】DNA结构模型的构建
资料2：
1951年，富兰克林和同事威尔金斯采用X射线衍射技术拍摄到DNA衍射图谱。
DNA呈现“X”形
DNA呈螺旋结构
推断
DNA衍射图谱
X射线管
铅屏
DNA晶体
底片
【任务1】
【思考 讨论】DNA结构模型的构建
在三螺旋结构模型中, DNA含水量的理论值与实际测定数值不符
根据所掌握的材料，沃森和克里克尝试搭建了很多种不同模型,
资料3：
双螺旋
三螺旋
三螺旋
【任务1】
【思考 讨论】DNA结构模型的构建
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
资料4：
DNA分子的脱氧核糖和磷酸基团具有亲水性，而碱基具有疏水性
【任务1】
【思考 讨论】DNA结构模型的构建
资料5：
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
查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析。
DNA中碱基会相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。
【任务1】
【思考 讨论】DNA结构模型的构建
调整后的DNA模型能够解释A、T、G、C的数量关系。这个模型与照片推算出的DNA双螺旋结构相符。
①碱基安排在双链螺旋内部
②脱氧核糖—磷酸安排外部
③让A与T配对,G与C配对
④DNA两条链的方向相反
DNA是由两条脱氧核苷酸链盘旋成的双螺旋结构。
调整后的DNA模型
结论:
【任务1】
【思考 讨论】DNA结构模型的构建
威尔金斯
克里克
沃森
1962年诺贝尔生理学与医学奖
1958年因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。
富兰克林
【任务1】
【思考 讨论】DNA结构模型的构建
1.下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，正确的是（ ）
A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像
B.沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型
C.查哥夫提出了A与T配对、C与G配对的正确关系
D.富兰克林和查哥夫发现DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量
课堂检测
B
课堂检测
B
2.下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是（ ）
A.沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA是以4种脱氧核
苷酸为单位连接而成的长链的基础上，这4种脱氧核苷酸分别含有A、
T、G、C 4种碱基
B.威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据分析，得出DNA
呈双螺旋结构
C.沃森和克里克曾尝试搭建了多种模型，但都不科学
D.沃森和克里克最后受“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”的启发，构建出科学的模型
DNA的结构
二
情境二
小蝌蚪的要找到妈妈，可借助于DNA指纹技术，该技术是利用特定的DNA作探针，与样本DNA的酶切片段进行杂交获得DNA片段长度不等的杂交带图纹。这些图纹具有高度的变异性和稳定的遗传性。DNA指纹技术应用广泛,右图是某机构采用该技术为青蛙进行亲子鉴定的结果
小蝌蚪
青蛙夫妇
青蛙夫妇
青蛙夫妇
青蛙夫妇
你觉得哪对青蛙夫妇才是小蝌蚪的妈妈呢？
青蛙夫妇C D
【任务2】
概述DNA结构的主要特点
1.DNA的平面结构
(1)基本组成元素：
C、H、O、N、P
(2)组成物质：
(3)基本组成单位：
含有2个游离的磷酸基团。
(5)一个DNA分子有几个游离的磷酸？
①：
②：
③：
脱氧核苷酸
碱基
脱氧核糖
磷酸基团
(4)该DNA分子中一个磷酸与 个脱氧核糖相连，一个脱氧核糖与 个磷酸相连，一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过
相连
1或2
1或2
—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
(3)碱基互补配对:
2.DNA的空间结构特点
(1)组成：两条链按 方式盘旋成双螺旋结构。
反向平行
(2)外侧基本骨架： 和 交替连接
脱氧核糖
磷酸
(3)内侧： ;
碱基排列在内侧
两条链上的碱基通过 连接形成 ，它的组成有一定的规律: ;
A与T配对,G与C配对
氢键
碱基对
【任务2】
概述DNA结构的主要特点
3.DNA“反向”含义的理解
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作 ，与磷酸基团相连的碳叫作 ，DNA 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作 ，另一端有一个羟基（一OH），称作 ，DNA的两条单链走向 ，
从双链的一端开始，一条单链是从5'-端到3'—端的，另一条单链则是从3'—端到5'—端的。
1′—端
5′—端
5′—端
3′—端
相反
【任务2】
概述DNA结构的主要特点
4.为什么G—C碱基对含量越
多DNA越稳定？
因为DNA的稳定性与氢键的数量有关，而G—C碱基对之间含有的氢键多。
2个氢键
3个氢键
5.根据结构与功能相适应，试
分析DNA具有稳定性的原因？
规则的双螺旋结构
外部稳定的基本骨架、
内部严格的碱基互补配对
【任务2】
概述DNA结构的主要特点
1.目的要求:
通过制作模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。
2.材料用具:
制作DNA双螺旋结构模型
探究 实践
①制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时,须注意各分子的大小比例。
②磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。
③制作两条长链时，注意每条链上碱基总数要一致，碱基对间应是互补配对的，两条链方向是相反的。
3.模型设计:
制作DNA双螺旋结构模型
探究 实践
请注意示意图上脱氧核糖碳原子的位置
含氮碱基
磷酸基团
O
脱氧核糖
1’
2’
3’
4’
5’
(1)制作脱氧核苷酸
(2)制作脱氧核苷酸链
(3)制作DNA平面结构
(4)制作DNA空间结构
含氮碱基
脱氧核糖
磷酸基团
O
1’
2’
3’
4’
5’
4.制作步骤
制作DNA双螺旋结构模型
探究 实践
4.制作步骤
制作DNA双螺旋结构模型
探究 实践
(1)制作脱氧核苷酸
(2)制作脱氧核苷酸链
(3)制作DNA平面结构
(4)制作DNA空间结构
C
T
T
G
A
C
A
G
4.制作步骤
制作DNA双螺旋结构模型
探究 实践
(1)制作脱氧核苷酸
(2)制作脱氧核苷酸链
(3)制作DNA平面结构
(4)制作DNA空间结构
制作DNA空间结构模型：双手分别提起两端，拉直双链，向右旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋空间结构模型。
4.制作步骤
制作DNA双螺旋结构模型
探究 实践
(1)制作脱氧核苷酸
(2)制作脱氧核苷酸链
(3)制作DNA平面结构
(4)制作DNA空间结构
5.学生作品展示
2.3 制作DNA双螺旋结构模型
制作DNA双螺旋结构模型
探究 实践
1.DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
(1)靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；
(2)在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。
从碱基互补配对原则出发去思考。
2.3 制作DNA双螺旋结构模型
制作DNA双螺旋结构模型
探究 实践
1.如图为DNA分子部分片段的示意图，下列有关叙述正确的是（ ）
A.①为3′－端，⑥为5′－端
B.DNA的基本骨架中所含化学元素包括C、
H、O、N、P
C.一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间通
过氢键相连
D.若该分子中G —C碱基对比例高，则热稳定性较高
课堂检测
D
2.如图所示为DNA的结构示意图。下列有关说法正确的是（ ）
A.①和②相间排列，构成了DNA的基本骨架
B.①②③构成一个胞嘧啶脱氧核苷酸
C.⑤⑧所指碱基占的比例越大，DNA
越稳定
D.每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团
和一个碱基
课堂检测
A
DNA的相关计算
三
根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
A1＋A2＝________________；G1＋G2＝____________。
即：双链中A＝___，G＝___，
A＋G＝______＝______＝______＝__________________。
T1＋T2
C1＋C2
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
1/2(A＋G＋T＋C)
双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
DNA分子中嘌呤(A和G)数与嘧啶(C和T)数有何数量关系？
规律1：
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
分析双链DNA碱基数目的相关计算规律
【任务3】
A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。
A2＋T2
G2＋C2
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，简记为“补则等”。
=
A1+T1
N1
A2+T2
=
N2
A+T
N总
=
C1+G1
N1
C2+G2
=
N2
C+G
N总
互补碱基之和(A与T或G与C)的比例在任意一条链(A1+T1或G2+C2)及整个DNA分子中(A+T或G+C)都相同吗？
根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
规律2：
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
分析双链DNA碱基数目的相关计算规律
【任务3】
即两者的关系是_____________。
若 ，则 =
T1+G1
= m
A1+C1
T2+G2
A2+C2
m
1
互为倒数
如果1链上(A1+G1)/(T1+C1)=M,则其互补链2链上(A2+G2)/(T2+C2)的比值是多少？
根据碱基互补配对：A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
规律3：
非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
分析双链DNA碱基数目的相关计算规律
【任务3】
1.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（ ）
A.35% B.29% C.28% D.21%
课堂检测
A
2.某一DNA分子中，胞嘧啶与鸟嘌呤二者共占碱基总量的46%，其中一条链上腺嘌呤占此链碱基量的28%，则另一条链上腺嘌呤占此链碱基量的百分比为（　　）
A. 46% B. 26% C. 54% D. 24%
B
本节小结
DNA的结构
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA的组成元素
DNA的基本单位
DNA双螺旋结构
两条链、反向平行
外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接
内侧:碱基间有氢键，碱基互补配对
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
DNA的相关计算
制作DNA双螺旋结构模型

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