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(共28张PPT)
第2节
DNA 的结构
瑞典马尔默旋转塔 高190米/54层
巴拿马螺丝塔 高243米
莫斯科进化大厦 高度255米
沙特吉达钻石塔
高432米
北京中关村的“生命”雕塑
以 DNA 双螺旋结构进行的衍生设计
“生命”双螺旋雕塑象征中关村人生生不息的创新精神。
然而DNA双螺旋结构的发现更是具有里程碑意义。
沃森:生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。克里克:物理学家，对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。主要建立者：沃森和克里克资料：科学家已知DNA是以4种脱氧核苷酸为基本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。DNA的中文全称：____________组成元素：____________脱氧核糖核酸C、H、O、N、P1’2’3’4’5’A腺嘌呤C胞嘧啶G鸟嘌呤T胸腺嘧啶含Ｎ碱基脱氧核糖磷酸O脱氧核苷酸ATG核苷酸之间通过连接成长链磷酸二酯键
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′
O
H
OH
H2O
磷酸二酯键
活动一：请根据上述信息，用四种脱氧核苷酸构建一条脱氧核苷酸长链
资料：英国物理学家威尔金斯和同事富兰克林应用X射线衍射技术获得高质量的DNA衍射图谱。
M.Wilkins
R.E.Franklin
DNA衍射图谱呈“X”形意味着DNA分子是螺旋的。
翻转 180°
资料：富兰克林还发现将DNA晶体翻转180°后的图谱仍然是一样的。
推测：DNA分子两条链方向是相反的。
来源碱基组成（%）AGCT人30.919.919.829.4鸡(母)28.820.521.529.2海胆32.817.717.332.1酵母31.318.717.132.9大肠杆菌24.726.025.723.61952年，奥地利生物化学家查哥夫对不同生物的DNA分析发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
沃森和克里克重新构建了DNA的双螺旋结构模型：
碱基在双螺旋的内部，脱氧核糖—磷酸骨架在螺旋外部，
两条链反向；A与T配对、C与G配对。
①A-T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，能解释A=T、G=C的数量关系。
②将模型与X射线衍射照片比较，模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。
DNA双螺旋结构模型的构建
1
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？它们分别位于DNA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？
DNA是由两条链构成的。
这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，
它们排列在DNA的外侧。
DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律：A与T配对；G与C配对。
P
A
P
C
P
G
P
T
P
T
C
P
G
P
A
P
①空间结构：由2条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
②每条单链上：相邻的脱氧核苷酸之间 形成 。
脱氧
核糖
P
碱基
CH2
O
1'
2'
3'
4'
5'
H
OH
脱水缩合
磷酸二酯键
3',5'-磷酸二酯键
（游离的磷酸基团）5’-端
（羟基端）3’-端
3’
5’
5’
3’
③双链的碱基之间通过氢键形成碱基对：A和T配对、C和G配对PAPCPGPTPTCPGPAP5'5'3'3'氢键外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架内侧：碱基（碱基互补配对原则）＊氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，DNA结构越稳定，更耐高温。2.1个脱氧核糖连接 个磷酸。
3.1个DNA分子中有 个游离的磷酸基团。
1.脱氧核糖数=__________________
4.一条链上相邻的脱氧核苷酸之间通过 ______________连接。
5.一条链上相邻的两个碱基通过 连接.
6.互补链中相邻的碱基通过 连接.
DNA结构模型解读
1或2个
2
磷酸二酯键
脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖
氢键
磷酸数=碱基数
7.两条链中片段中脱氧核糖与磷酸的连接键 个.
10
8.若有n对碱基，两条链中片段中脱氧核糖与磷酸的连接键 个.
2(2n-1)
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
DNA分子的结构特性：
DNA只含有4种脱氧核苷酸，为什么能够储存大量的遗传信息？
遗传信息指碱基对（脱氧核苷酸）的排列顺序
1.多样性：碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。
Q：在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，计算一下DNA分子有多少种？
44000种
n个碱基对的DNA分子有4n种
2.特异性：每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序。
（应用：DNA指纹技术）
意义：DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
DNA分子的结构特性：
3.稳定性：
⑴两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
⑵外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架
⑶内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，遵循碱基互补配对原则。
5’
3’
5’
3’
活动：制作DNA双螺旋结构模型
某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少需要：
(1)代表磷酸的球形塑料片几个？
(2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？
(3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？
(4)代表碱基与脱氧核糖连接物的塑料片几个？
(5)若碱基不限，可组装出几种该DNA片段模型？若有6个A,4个G，其他不限，可组装几种？
20
20
20
410
38
少于410种
1
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
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
从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是 (　)
A.碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性
B.碱基对特定的排列顺序，构成了每一个DNA分子的特异性
C.一个含2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式有41000种
D.人体内控制β 珠蛋白合成的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种
D
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
4.总结
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、T、C、G
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
氢键关系:
A=T G≡C
一、DNA分子的结构
1
习题巩固
2.如图为某同学在学习了DNA分子
的结构后画的含有2个碱基对的DNA分子片段(其中“○”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中哪位同学的评价较合理？
①甲认为该图没有什么物质和结构上的错误。
②乙认为该图至少有3处错误，其中核糖应改为脱氧核糖，U应改为T，DNA单链中脱氧核苷酸的磷酸基团应与相邻脱氧核苷酸3′碳上的羟基脱水形成磷酸二酯键。
③丙认为如果他画的是双链RNA分子，则该图就是正确的。
该同学要画的为DNA分子结构图，图中的错误有：①五碳糖应为脱氧核糖；② 碱基不含尿嘧啶(U)；③磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接。故乙同学评价较合理。
1
3.图中1为DNA分子片段的一条链，2为碱基对，
3为氢键，4为一个脱氧核苷酸。
T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
5’
3’
(1)双链DNA中，游离的磷酸基团有 个。每个脱氧核糖一般连接着 个磷酸，一条单链上有 个脱氧核糖只连接一个磷酸。
2
2
1
(2)○与 、 之间的数量关系为 。
1：1：1
(3)A与T之间有 个氢键，G与C之间有 个氢键。若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为 ；若已知G有m个，则氢键数为 。
2
3
3n－m
2n+m
习题巩固
A1＋A2＝_________；G1＋G2＝_________。
即：A＝___，G＝___，
A＋G＝______＝______＝______＝________________。
1.双链DNA中：
A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1
规律1：双链DNA中，嘌呤%=嘧啶%=50%
任意两个不互补碱基之和等于碱基总数的一半。
A1
C1
T1
G1
1链
2链
T2
G2
A2
C2
T1＋T2
C1＋C2
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
碱基总数×1/2
注意：双链DNA中，A+T不一定等于C+G。单链DNA或RNA中嘌呤数不一定等于嘧啶数。
练2：一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中总共含有______个氢键。
练1：一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应是 个。
60
2760
A1
C1
T1
G1
1链
2链
T2
G2
A2
C2
若
= n%
A1+T1
N1
A2+T2
N2
=
n%
A + T
N总
=
=n%
2（A1+T1）
2×N1
2.双链DNA中，
A1+T1
C1+G1
=
则：
规律2：互补碱基和的占比在单链、双链中都相等；
互补碱基和的比值在单链、双链中都相等（“补则等”）
A2+T2
C2+G2
A + T
C + G
=
练：某DNA中G+C占碱基总数的56%，其中一条链上G占该链碱基总数的21%，则其互补链上G占该链碱基总数的 。
35%
若=mA1+C1T1+G13.双链DNA中，=T2+C2A2+G21/m则=A2+C2T2+G2规律3：非互补碱基和的比值在两条互补链中互为倒数。“不补则倒”练：某DNA双链中，一条链中（A+T）/（ C+G）=0.4，则互补链中的比值是，一条链中（A+C）/（ T+G）=0.4，则互补链中的比值是。0.42.5A1C1T1G11链2链T2G2A2C2
A1
C1
T1
G1
1链
2链
T2
G2
A2
C2
4.若A1在1链中占比为a，A2在2链中占比为b，则A在双链中的占比为 。
(a+b)/2
A1+A2
2（A1+T1+G1+C1）
A
A+T+G+C
=
( )
1/2
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
+
=
规律4：某种碱基在双链中的占比等于它在每条单链
中所占比例和的一半。
练：若双链DNA分子中G占碱基总数的27%，并测得一条链上的A占该链碱基的18%，则另一条链上A的比例是(　 )
A．9%　　B．27% C．28% D．46%
A
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
从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，则与H链互补的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的比例为(　　)
A.26% B.24% C.14% D.11%
A

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