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(共34张PPT)
3.2 DNA的结构
一、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？
上网查阅有关的DNA的信息，收集你感兴趣的资料
与同学交流共享。
引言
功能
DNA
结构
DNA是生物体的遗传物质
DNA是怎样储存遗传信息的
DNA是怎样决定生物性状的
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1. 时间：
1953年
2. 创建者：
沃森和克里克
沃森：美国生物学家，一直对DNA结构的奥秘感兴趣，可以帮助克里克理解生物学的内容。
克里克：英国物理学家，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。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
3. 构建过程
DNA以4种脱氧核苷酸为单位组成长链。
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
双螺旋和三螺旋
查哥夫法则
否定
DNA双螺旋
A=T
C=G
一、DNA双螺旋结构模型的构建
3. 构建过程
① 已知DNA的组成
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_________________4种碱基。
A、T、C、G
C
C
N
HC
C
N
N
N
CH
NH2
H
C
C
HN
C
C
N
N
N
CH
O
H
NH2
C
C
HN
C
C
N
NH2
H
O
H
H
C
C
HN
C
C
N
O
H
O
H
CH3
腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T)
一、DNA双螺旋结构模型的构建
3. 构建过程
② 推测DNA为螺旋结构
英国生物物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
沃森和克里克主要以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构。
沃森和克里克尝试搭建了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定了。
富兰克林拍摄的DNA衍射图谱
“X”形意味着DNA分子时螺旋的
一、DNA双螺旋结构模型的构建
3. 构建过程
③ 查哥夫法则
在DNA中，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。
A与T配对，G与C配对
查哥夫法则给了沃森和克里克什么启示？
一、DNA双螺旋结构模型的构建
3. 构建过程
④ DNA双螺旋模型搭建成功
碱基安排在双链螺旋内部。
A与T配对，G与C配对（碱基互补配对原则）
DNA两条链的方向相反
脱氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型
T
A
C
G
G
C
A
T
G
C
G
C
A
T
5
3
5
3
一、DNA双螺旋结构模型的构建
3. 构建过程
成功证据1
A-T碱基对于G-C碱基对具有相同的形状和直径
DNA分子具有恒定的直径
④ DNA双螺旋模型搭建成功
解释A=T、C=G的数量关系
一、DNA双螺旋结构模型的构建
3. 构建过程
成功证据2
④ DNA双螺旋模型搭建成功
用金属材料制作的模型
推算出的DNA双螺旋结构
相符
一、DNA双螺旋结构模型的构建
3. 构建过程
⑤ 获得诺奖
1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载，引起了极大地轰动。
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。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
4. 讨论
(1) DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
DNA由两条链构成的。它的立体结构为：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的基本骨架是由哪些物质组成的？他们分别位于DNA的什么部位？
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
4. 讨论
(3) DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
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一定与T配对；G一定与C配对。
(4) 沃森和克里克默契配合，揭示了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？
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。
二、DNA的结构
1. DNA双螺旋结构特点
T
A
C
G
G
C
A
T
G
C
G
C
A
T
5
3
5
3
特点1：
DNA是由两条单链组成的，这两条按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
二、DNA的结构
1. DNA双螺旋结构特点
特点1：
DNA是由两条单链组成的，这两条按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
H
碱基
H
H
H
OH
H
CH2
磷酸基团
1
2
3
4
5
DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作3 -端，另一端有一个羟基，称作5 -端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条链是从5 -端到3 -端的，另一条单链则是从3 -端到5 -端的。
反向平行
二、DNA的结构
1. DNA双螺旋结构特点
特点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。
T
A
C
G
G
C
A
T
G
C
G
C
A
T
二、DNA的结构
1. DNA双螺旋结构特点
特点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：
T
A
C
G
G
C
A
T
G
C
G
C
A
T
腺嘌呤(A)一定与胸腺嘧啶(T)配对
鸟嘌呤(G)一定与胞嘧啶(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。
二、DNA的结构
2. DNA分子结构层次
元素组成
C、H、O、N、P
小分子
磷酸
脱氧核糖
碱基
单体
3
H
OH
2
1
4
5
A
T
C
G
脱氧核苷酸（4种）
平面结构
立体结构
二、DNA的结构
3. DNA分子结构特性
多样性
n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基排列顺序
特异性
每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序
稳定性
两条链的磷酸与脱氧核苷酸交替排列的顺序不变，碱基对的配对方式不变
二、DNA的结构
4. DNA分子中数量关系与位置关系
(1) A与T之间形成2个氢键；
C与G之间形成3个氢键。
(2) 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
二、DNA的结构
4. 注意
(3) 一个双链DNA分子（非环状）
有2个游离的磷酸基团。
(4) 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
三、DNA分子中碱基的数量关系
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
1. 基本数量关系
A1=T2
T1 = A2
C1 = G2
G1 = C2
A1+ T1 = A2 +T2, C1+ G1 = C2 +G2 ，
则(A1+ T1)/(C1+ G1)= (A2+ T2)/(C2+ G2)= (A+ T)/(C+ G)
A1+ G1 = A2 +C2, C1+ T1 = G2 +A2 ，
则(A1+ G1)/(C1+ T1)= (T2+ C2)/(G2+ A2)
三、DNA分子中碱基的数量关系
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
2. 基本规律
① 嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数相等，即A+G = T+C。
② 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。
即若在一条链中
A+T
G+C
= m,
则在互补链及整个DNA分子中
A+T
G+C
= m。
三、DNA分子中碱基的数量关系
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
2. 基本规律
③ 非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子
中为1，即：
若在一条链中
A+G
T+C
= a,
则在互补链中
A+G
T+C
= 1/a,
而在整个DNA
中
A+G
T+C
= 1.
三、DNA分子中碱基的数量关系
1 链
2 链
A1
T1
C1
G1
T2
A2
G2
C2
2. 基本规律
④ 某种碱基在DNA分子中所占比例，等于这种碱基在DNA每条链中所
占比例和的平均数。
如：DNA中A占n%，则
A1+A2
2
= n% 。
三、DNA分子中碱基的数量关系
3. 典例示范
真核细胞某DNA分子中碱基A占全部碱基的30%，下列叙述正确的是
该DNA一定存在于细胞核内的染色体上
该DNA的一条链中，(C+G):(A+T) = 3 : 2
该DNA分子中一条链上的磷酸和脱氧核糖通过氢键连接
该DNA分子中，(A+G) : (T+C) = 1 : 1
四、探究·实践：制作DNA双螺旋结构模型
1. 目的要求
通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解
2. 模型设计
制作模型前首先应该进行设计，并考虑以下问题：
① 分别用哪几种材料来代表组成DNA的磷酸、脱氧核糖和碱基？这3种物质是在什么部位相互连接的？怎样将这几种材料正确地连接起来？
② DNA种每个脱氧核苷酸之间是什么部位相互连接的？怎样将脱氧核苷酸正确地连接起来？
③ 在模型中，如何体现DNA的两条链是反向平行的？由怎样体现两条链的碱基之间互补配对？
四、探究·实践：制作DNA双螺旋结构模型
3. 讨论
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？
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 DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；
在DNA双螺旋结构种，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了碱基对平面垂直方向的相互作用力。
模型制作举例
四、探究·实践：制作DNA双螺旋结构模型
3. 讨论
③ 你能够根据DNA的结构特点，设想DNA
的复制方式吗？
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来去思考
模型制作举例
五、练习与应用
一. 概念检测
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、C、G四种碱基。
(2) 在DNA的双链结构种，碱基的比例总是(A+G)/(T+C)=1。
五、练习与应用
一. 概念检测
2. 下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。
G
A
T
C
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
① _____________；
② _____________；
③ _____________；
④ _____________；
⑤ _____________；
⑥ _____________；
⑦ _____________；
⑧ _____________；
⑨ _____________；
⑩ _____________；
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
脱氧核糖
磷酸
脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
五、练习与应用
一. 概念检测
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 -GGTACC-3 D. 5 -CCATAG-3
五、练习与应用
二. 拓展应用
碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义？
提示：学生还未学习DNA的复制，因此，不一定能说出碱基互补配对原则在DNA复制过程中的意义。教师可引导学生根据互补配对原则，推测DNA的复制方式，进而引导学生思考碱基互补配对原则对遗传信息传递的意义（根据碱基互补配对原则，DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，保证了遗传信息传递的准确性）。

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