资源简介

RNA的组成与种类
RNA作为DNA信使的原因
遗传信息的转录、
第3章　基因的本质
第2节　DNA的结构
学习目标
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
①建立者；②建立过程；③启示；④意义
DNA的结构：①DNA分子结构层次；②结构特点；③结构特性
探究-实践：制作DNA双螺旋结构模型
DAN分子结构的相关计算
根据碱基比例对核酸样品进行判定
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？
上网查阅有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。
DNA双螺旋结构的揭示是划时代的伟大发现，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。弄清楚DNA结构，以及测定DNA序列等应用了很多高科技技术，DNA双螺旋结构的揭示也说明科学和技术是相互支持，密不可分的。
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
1.建立者
沃森和克里克
克里克是毕业于伦敦大学的物理学家。他曾参加过用X射线研究血红蛋白的分子结构，在研究X射线衍射照片方面有很高的造诣。
沃森是年轻有为的分子生物学家，他与克里克一见如故，共同研究DNA的分子结构。
右图中(左)为沃森，(右)为克里克
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
克里克
沃森
帮助理解晶体学原理
帮助理解生物学内容
合作研究
威尔金斯和其同事富兰克林的DNA衍射图谱的有关数据
分析
尝试搭建了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，都被否定。
DNA呈螺旋结构
1951年秋天，当时认识：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含A、T、C、G 4种碱基。
2.构建过程
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
2.构建过程
【模型建构1】: 脱氧核苷酸
脱氧核苷酸
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
1’
2’
3’
4’
含Ｎ碱基
脱氧
核糖
磷酸
5’
A
G
C
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
2.构建过程
【模型建构1】: 脱氧核苷酸
A
C
G
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
规律：
嘌呤双环，嘧啶单环
T
胸腺嘧啶
思考：脱氧核苷酸是怎样
连成一条链的呢？
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
2.构建过程
【模型建构2】: 一条脱氧核苷酸链
…
思考：DNA由几条脱氧核苷酸链构成呢？
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
2.构建过程
【模型建构3】: DNA的结构
威尔金斯和富兰克林获得DNA衍射图谱
威尔金斯
富兰克林
DNA衍射图谱
沃森和克里克据此推算出DNA呈螺旋结构。
DNA呈现“X”形
DNA分子是螺旋的
双螺旋？三螺旋？
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
2.构建过程
【模型建构3】: DNA的结构
两条链中的碱基是排在外侧，还是在内侧？
结合磷脂双分子层的排布原理思考，哪种结构可能会比较稳定？
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
2.构建过程
【模型建构3】: DNA的结构
模型构建中最大的问题——两条链的连接——
即碱基是如何配对的。
衍射图谱表明DNA分子的直径是2nm
3.4nm
2nm
0.34nm
直径
一个双螺
旋的高度
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
2.构建过程
【模型建构3】: DNA的结构
观察：两个模型有什么区别？
修正后的模型：
小结：DNA的两条链是反向平行的关系
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
数据分析
来源
碱基的相对含量
腺嘌呤A
鸟嘌呤G
胞嘧啶C
胸腺嘧啶T
人
30.9
19.9
19.8
29.4
牛（脾）
27.9
22.7
22.1
27.3
酵母
31.3
18.7
17.1
32.9
结合分支杆菌
15.1
34.9
35.4
14.6
请同学们大胆猜测，应是哪两种碱基配对？
小结：碱基互补配对：A-T、C-G
1952年，从查可夫那得到信息：DNA中，A＝T，G＝C
①将碱基安排在双链螺旋内部；
②脱氧核糖—磷酸骨架安排在外部；
③A与T配对，G与C配对；
④DNA两条链的方向相反。
A－T与G－C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。
该模型与X射线衍射照片比较
重新构建
1953年，撰写论文发表，1962年获诺贝尔生理学或医学奖。
该模型与推算出的DNA双螺旋结构相符
发现
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
1.模型构建者
1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克
2.构建依据
（1）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、G、C 4种碱基。
（2）1951年威尔金斯和富兰克林获得了DNAX射线的衍射图谱；
（3）1952年查哥夫发现在DNA中，腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量；
3.研究DNA结构常用的方法：
X射线晶体衍射法
小结：DNA双螺旋模型的构建（科学史）
1. 请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。
（1）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？

（2）DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位？
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
2. 沃森和克里克默契配合，提示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？
两条；这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
是由脱氧核糖和磷酸组成 它们排列在DNA的外侧
碱基通过氢键连接成碱基对，碱基的配对具有一定规律：A一定与T配对，G一定与C配对。
它们位于DNA的内侧
提示：要善于利用他人的研究成果和经验；
要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；
研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。
讨论
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
4.意义
①DNA双螺旋结构学说不但阐明了DNA的基本结构，并且对一个DNA分子如何复制成两个结构相同的DNA分子，以及DNA怎么传递生物体的遗传信息进行了合理说明。
②是生物科学中具有革命性的发现，是20世纪最重要的发现之一。是分子生物学诞生的标志。
DNA双螺旋模型的构建（科学史）
阅读教材：P50页，回答下列问题
1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
2、DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？
它们分别位于DNA什么部位呢？
3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
DNA的结构
1.DNA分子的结构层次
①
DNA的水解
C、H、O、N、P
磷酸
脱氧核糖
碱基
DNA初步水解产物：
脱氧核糖(4种)
DNA彻底水解产物：
磷酸(1种)、脱氧核糖(1种)、碱基(4种)。
DNA的结构--①DNA的结构层次
DNA的结构--①DNA的结构层次
1.DNA分子的结构层次
②
磷酸二酯键
磷酸二酯键
C、H、O、N、P
磷酸
脱氧核糖
碱基
③
碱基互补配对原则
A配T，C配G
A与T之间形成2个氢键；
C与G之间形成3个氢键。
两条链的相邻碱基之间通过氢键相连；
一条链的相邻碱基之间通过脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖相连。
1.DNA分子的结构层次
DNA的结构--①DNA的结构层次
T
G
C
A
G
T
T
G
A
C
C
A
5′
3′
3′
5′
1.DNA分子的结构层次
DNA的结构--①DNA的结构层次
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定。
④
5`端:游离磷酸基团
3`端:游离羟基(-OH)
一个双链DNA分子(非环状):游离两个磷酸基团；
一个DNA分子中绝大多数磷酸基团与两个碳原子相连，只有5`端游离的两个磷酸基团与一个碳原子相连。
1.DNA分子的结构层次
DNA的结构---①DNA的结构层次
T
G
C
A
G
T
T
G
A
C
C
A
5′
3′
3′
5′
DNA的结构---②结构特点
2.DNA双螺旋结构的主要特点
①DNA是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
②DNA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，并且碱基配对具有一定的规律：A与T配对，C与G配对。
3.DNA分子结构特性
①多样性
②特异性
③稳定性
n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基排列顺序。
每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。
两条链的磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对的配对方式不变。
DNA的结构---③结构特性
拓展：DNA杂交技术的应用
DNA杂交技术可以用于两个物种亲缘关系的判断，若两个物种的DNA样本经处理后形成的DNA互补区段越多，则两个物种的亲缘关系越近。
课堂检测
1、有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构有一个腺嘌呤，则它的其他组成是（ ）
A．三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
B．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胞嘧啶
C．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
D．二个磷酸、二个脱氧核糖和一个尿嘧啶
C
课堂检测
2.下图为大肠杆菌DNA分子(片段)的结构示意图。下列说法正确的是(　　)
A.两条链反向平行,图中1代表的结构有四种
B.图中2代表脱氧核糖,其中含有四个碳原子
C.图中3为含氮碱基,可代表G或C
D.DNA分子的多样性与图中1、2交替连接有关
C
课堂检测
3.下图为双链DNA的平面结构模式图,下列相关叙述正确的是(　　)
A.在双链DNA分子中,每个磷酸基团分别连接2个脱氧核糖
B.沃森和克里克利用构建物理模型的方法,提出DNA呈图示的平面结构
C.含图示碱基对数的DNA片段共有46种,其中不含腺嘌呤的占50%
D.含6个碱基对的DNA片段,结构最稳定时含有18个氢键
D
探究-实践：制作DNA的双螺旋模型
通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的认识和理解。
目的要求
材料用具
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等常用物品，都可用作模型制作的材料。
模型设计
成分间连接→基本单位：脱氧核苷酸
■ 如何选材？　 ■ 连接部位？ 　■ 怎样连接？
单位间连接→脱氧核苷酸链：
■ 连接部位？ 　■ 怎样连接？
两条链间连接：
■ 如何体现反向平行？　 ■ 如何体现碱基配对？
探究-实践：制作DNA的双螺旋模型
探究-实践：制作DNA的双螺旋模型
磷酸
脱氧核糖
四种碱基
1.准备材料：
2.制作脱氧核苷酸模型
将脱氧核苷酸模型连接成长链。
3.制作脱氧核苷酸长链模型
探究-实践：制作DNA的双螺旋模型
将两条链间
的碱基连接
4.制作DNA平面结构模型
探究-实践：制作DNA的双螺旋模型
探究-实践：制作DNA的双螺旋模型
5.制作DNA立体结构模型
用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如表所示,下列说法正确的是(　　)
A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对
B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}卡片类型
脱氧核糖
磷酸
碱基
A
T
G
C
卡片数量
10
10
2
3
3
2
B
课堂检测
DNA分子结构的相关计算
1.氢键数目：
A与T之间两个氢键，C与G之间三个氢键，
其中CG对数(或相对含量)越多，DNA分子越稳定
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。
2760
2.一个DNA分子中，游离2个磷酸基团，
3.脱氧核糖数=磷酸基团数=碱基数
4.磷酸二酯键的数目=脱氧核苷酸数目-2
5.碱基排列顺序=4n（n为碱基对数）
DNA分子结构的相关计算
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)
（A+G）/
（T+C）
=1
④
（非配对碱基之和比值为1）
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
6.DNA分子中碱基数量关系
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
例1：某双链DNA的分子中，鸟嘌呤的分子数占碱基总数的22%，那么胸腺嘧啶的分子数占碱基总数的( )
A、22% B、28% C、78% D、50%
B
规律二：双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。（补则等，不补则倒）
例2：在双链DNA分子中，G和C之和占全部碱基的48%，其中一条链的A占该链碱基总数的24%，则另一条链中的A占该链碱基总数的百分比为（ ）
A、24% B、26%
C、28% D、76%
C
DNA分子结构的相关计算
DNA分子结构的相关计算
例4：DNA的一个单链中（A+G）/（T+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是（ ）
A、0.4和0.5 B、2.5和0.4
C、2.5 和1.0 D、0.4和1.0
C
例3：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_____
23%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
(1) 在DNA双链中，任意两个不配对碱基之和 ，并为碱基总数的 。
相等
一半
A+G
( )
=
T+C
( )
=50%
A+T+G+C
A+T+G+C
∵ A=T G=C
∴ A+G = T+C
(2) 任意两个配对碱基之和在双链中比例 每一条单链中这两个互补碱基之和的比例。
等于
A+T
A+T+G+C
=
=
A1+T1
A1+T1+G1+C1
A2+T2
A2+T2+G2+C2
G+C
A+T+G+C
=
=
G1+C1
A1+T1+G1+C1
G2+C2
A2+T2+G2+C2
同理：
DNA分子结构的相关计算
课堂检测
1.关于DNA分子结构的叙述，正确的是（ ）
A.组成双链DNA分子的脱氧核苷酸可以只有1种
B.绝大多数核糖上均连着两个磷酸和一个碱基
C.双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的
D.双链DNA分子中，A＋T＝G＋C
C
2.某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上有A：T:G:C=1:2:3:4。下列表述错误的是（ ）
B
A.该DNA分子的共有540个氢键 B.该DNA分子中的碱基排列方式共有4200种
C.该DNA分子中4种含氮碱基A:T:G:C=3:3:7:7 D.该DNA分子的热稳定较高
课堂检测
3.下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是(　　)
A.某DNA分子含有500个碱基,可能的排列方式有4500种
B.若质粒含有2 000个碱基,则该分子同时含有2个游离的磷酸基团
C.某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占25%~50%
D.某DNA分子上有胸腺嘧啶312个,占总碱基的26%,则该DNA分子上有鸟嘌呤288个
D
4.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（ ）
C
课堂检测
课堂检测
5.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8％，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的 32.9％和17.1％，则在它的互补链中，T和 C分别占该链碱基总数的（?? ?）
A．32.9％和17.l％??? B．31.3％和18.7％
C．18.7％和31.3％?? ?D．17.1％和32.9％
B
6.一个DNA分子中，G和C之和占全部碱基数的46％，又知在该DNA分子的一条链中，A和C分别占碱基数的28％和22％，则该DNA分子的另一条链中，A和C分别占碱基数的（ ）
A.28%、22% B．22%、28%
C.23%、27% D．26%、24%
D
根据碱基比例对核酸样品进行判定
是否含
有U
是
否
则含有RNA
为DNA
A+C
T+G
是否=1
是
否
可能是双链DNA可能是单链DNA
则为单链DNA
1.现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果：(A+T)/(G+C)≠1,(A+G)/(T+C)=1。
根据此结果，该样品（ ）
A.无法被确定是DNA还是RNA
B.可被确定为双链DNA
C.无法确定是单链DNA还是双链DNA
D.可被确定为单链DNA
C
课堂检测
2.甲生物核酸的碱基组成为：嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遗传物质的碱基比例为：嘌呤占34%、嘧啶占66%，则甲、乙生物可能是（ ）
A.蓝藻、变形虫
B.T2噬菌体、豌豆
C.硝化细菌、绵羊
D.肺炎双球菌、烟草花叶病毒
D
课堂检测
课堂小结
课堂检测（教材52页）
1.下面是DNA的分子的结构模式图，说出图中1－10的名称。
1. 胞嘧啶
2. 腺嘌呤
3. 鸟嘌呤
4. 胸腺嘧啶
5. 脱氧核糖
6. 磷酸
7. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
8. 碱基对
9. 氢键
10. 一条脱氧核苷酸链的片段
课堂检测（教材52页）
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
C
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
(三)探究·实践
1.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。
2.提示：(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(该点可不作为对学生的要求，教师可进行补充说明)。
3.提示：不一定要求学生答出半保留复制，可以引导学生从DNA的结构来进行推测，如从碱基互补配对原则出发去思考。

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