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第2节
DNA 的结构
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？若时光倒流到1951年，根据当时已有的研究成果，我们能否足部摸索出DNA的结构？DNA的结构是怎样的？问题探讨12DNA双螺旋结构模型的构建DNA的结构碱基互补配对原则的应用31953年摘取桂冠的是两位年轻的科学家——美国生物学家沃森（J. D. Watson，1928—）和英国物理学家克里克（F. Crick，1916—2004），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。1、DNA双螺旋结构模型的构建阅读教材第48-49页，思考与讨论<DNA结构模型的构建>,并根据资料回答有关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？1、DNA双螺旋结构模型的构建【资料1】当时，科学界已经认识到：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。但是，人们并不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的。脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT1、DNA双螺旋结构模型的构建【资料2】英国物理学家威尔金斯（M. Wilkins，1916—2004）和他的同事富兰克林（R. E. Franklin，1920—1958）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱（图A）。沃森和克里克以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构。1、DNA双螺旋结构模型的构建【资料3】1950年，奥地利生物化学家查哥夫报道了他对来自人、猪、牛、羊、细菌和酵母菌等不同生物的DNA分析结果：虽然在不同生物的DNA之间，4中核苷酸的数量和相对比例很不相同，但无论在哪种物质的DNA中，都有A=T和C=G。1952年春天，查哥夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得知了一条重要信息：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。1、DNA双螺旋结构模型的构建【资料4】沃森和克里克构建了一个将碱基安排在双链螺旋内部，脱氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型（如右图）。在这个模型中，A与T配对，G与C配对，DNA两条链的方向是相反的。脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖P1、DNA双螺旋结构模型的构建结果发现：A—T碱基对与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，能够解释A、T、G、C的数量关系。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符。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。沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型1、DNA双螺旋结构模型的构建①DNA的基本单位是：脱氧核苷酸磷酸基团脱氧核糖含氮碱基脱氧核糖P含氮碱基CH2O1'2'3'4'5'HHOHHHH脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT(4种)C、H、O、N、P2、DNA的结构②DNA双螺旋结构的主要特点如下:（1）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）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=T和C=G。脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖P碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。5'5'3'3'DNA的结构模式图氢键碱基对2、DNA的结构脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖PDNA的结构模式图DNA的双螺旋结构模式图2、DNA的结构(1)研究表明：DNA结构的稳定性与四种碱基的含量有关：G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。这是为什么呢？脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖PG和C形成三个氢键，A和T只形成两个氢键。氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定。体现DNA分子的稳定性。2、思考与讨论(2)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呢？在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有4种：A-T、T-A、G-C、C-G。请同学们计算DNA分子有多少种？44000种脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖PDNA中的遗传信息蕴藏在哪里呢？碱基的排列顺序千变万化。2、思考与讨论碱基对的排列顺序代表遗传信息
种类：4n（n为碱基对的数目）
一般来说，一个较短的DNA分子有4000个碱基对，其排列顺序的组合是几近无穷的。
体现DNA分子的多样性。
2、思考与讨论
(3)为什么每个DNA结构模型都与众不同？不同生物的DNA是否也不同？DNA指纹技术在现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行DNA指纹鉴定。你能从下面的DNA指纹图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。体现DNA分子的特异性。2、思考与讨论③DNA分子的结构特性。
(2)多样性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
(3)特异性：如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。
(1)稳定性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。
④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。
2、DNA的结构
⑤制作DNA双螺旋结构模型
2、DNA的结构
DNA单链有关的计算
A1= , T1= , C1= , G1= 。
A1
C1
T1
G1
1链
DNA分子
2链
T2
G2
A2
C2
T2
A2
G2
C2
A= , C= 。
T
G
DNA双链有关的计算
A+C = = = = 。
A+G
T+C
T+G
50%
2、碱基互补配对原则
（A+G）/（T+C）=
（A+C）/（T+G）=
①两条链不互补的碱基之和相等。
（A+G）/（A+T+G+C）=
②两条链中不互补的碱基和与两条链碱基总数之比等于50%（1/2）。
（A1+T1）/（A2+T2）=
（G1+C1）/（G2+C2）=
③一条链中互补碱基的和等于另一条链中互补碱基的和。
1
1
1
1
1/2
2、碱基互补配对原则
（A1+G1）/（T1+C1）= a
则（A2+G2）/（T2+C2）=
④一条链中不互补碱基的和之比等于另一条链中这种比值的倒数。
⑤两条链中互补碱基和与两条链碱基总数之比，与任意一条链的
这种比值相等。
（A+T）/（A+T+G+C）= a
则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=
a
1/a
2、碱基互补配对原则
五种
元素
四种
碱基或脱氧核苷酸
三种
物质
二种
长链
一种
结构
C、H、O、N、P
A、G、C、T
磷酸基团、脱氧核糖、碱基
两条脱氧核苷酸长链
双螺旋结构
2、知识梳理
DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
外侧： 交替连接，构成
基本骨架，并按 方式排列成两条长链；
平面结构 内侧：两条链上的碱基通过 连成 ，
遵循 原则（A ,G ）
空间结构： 结构（右旋）
磷酸、脱氧核糖
反向平行
双螺旋
氢键
碱基对
＝T
≡C
碱基互补配对
2、知识梳理
DNA分子结构的双螺旋结构
(1) 性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
(2) 性：如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。
(3) 性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。
稳定
多样
特异
2、知识梳理
DNA分子结构的特性
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、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。 （ ）
2、练习与应用
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
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
2、练习与应用
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
2、练习与应用
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）

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