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(共32张PPT)
第三章 基因的本质
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双螺旋结构的发现是20世纪最为重大的科学发现之一，和相对论、量子力学一起被誉为20世纪最重要三大科学发现。
DNA双螺旋结构模型的构建
建立者
沃森和克里克
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。
沃森:
生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。
沃森和克里克搭建
DNA双螺旋结构模式图
晚年沃森和克里克在双螺旋结构
模型前的最后一次合影
DNA双螺旋结构模型的构建
建立过程
原料基础
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。
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
P
A
P
T
P
G
P
C
DNA双螺旋结构模型的构建
建立过程
原料基础
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、C、G四种碱基。
DNA的空间结构是什么样子的呢？
P
A
P
T
P
G
P
C
DNA双螺旋结构模型的构建
建立过程
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。
M.Wilkins
R.E.Franklin
“X”形意味着DNA分子是螺旋的
DNA双螺旋结构模型的构建
建立过程
模型初步构建
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
三股螺旋的DNA结构
碱基外侧排列模型
磷酸与脱氧核糖亲水，碱基疏水，碱基外侧排列模型正确吗？
DNA双螺旋结构模型的构建
建立过程
模型初步构建
沃森和克里克尝试搭建了很多种不同的双螺旋、三螺旋结构
碱基外侧排列模型
碱基内侧排列模型
碱基内侧同型配对模型
DNA双螺旋结构模型的构建
建立过程
配对原则
奥地利生物化学家查哥夫得出：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。
查哥夫
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 27.9 22.7 22.1 27.3
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9
大肠杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6
A与T配对，C与G配对
DNA双螺旋结构模型的构建
建立过程
反向排列
富兰克林和威尔金斯给DNA拍了多张X射线衍射图谱，他们发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
翻转180°
DNA的两条链是方向相反的
DNA双螺旋结构模型的构建
建立过程
模型构建
沃森和克里克搭建了一个碱基在双螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋外部，A与T配对，G与C配对。
沃森和克里克搭建
DNA双螺旋结构模型
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。
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
建立过程
1953年，沃森和克里克撰写的论文 核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型 在英国杂志《自然》上发表，引起极大的轰动。
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。
DNA双螺旋结构模型的构建
沃森
克里克
威尔金斯
富兰克林
查哥夫
③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。
①要善于利用他人的研究成果和经验；
②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；
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那些启示？
DNA的结构
阅读教材50页第一自然段，结合科学史探究过程，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
两条单链
反向平行
双螺旋结构
链数：
方向：
结构：
碱基通过氢键连接成碱基对
G
C
A
T
脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧
碱基排列在内侧
立体结构
基本
骨架
配对
遵循碱基互补配对原则
结构组成
DNA的结构
结构组成
5'
5'
3'
一个羟基(—OH)，称作3′-端
游离的磷酸基团，称作5′-端
立体结构
平面结构
3'
DNA的结构
结构组成
3,5磷酸二酯键
3,5磷酸二酯键
DNA的结构
结构组成
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
多样性：脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序千变万化。
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，请计算DNA分子有多少种？
44000
DNA的结构
结构特性
特异性：每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。
DNA的结构
稳定性：两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架。
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。
结构特性
多样性：脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序
千变万化。
特异性：每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，
构成了DNA分子的特异性。
DNA的结构
DNA指纹技术
人的遗传信息主要分布于染色体的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指纹一样用来识别身份，这种方法就是DNA指纹技术。
制作DNA双螺旋结构模型
实验目的：某些通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
四种碱基
磷酸、脱氧核糖、4种碱基
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。
准备材料
磷酸
脱氧核糖
制作DNA双螺旋结构模型
制作脱氧核苷酸模型
①磷酸、脱氧核糖、含氮碱基是在什么部位互相连接的？
②怎样将这几种材料正确地连接起来？
制作DNA双螺旋结构模型
制作脱氧核苷酸长链模型
①DNA中每个脱氧核苷酸之间是在什么部位相互连接的？
②怎样将脱氧核苷酸正确地连接起来？
制作DNA双螺旋结构模型
制作DNA平面结构模型
①DNA的两条链如何分布，在模型中如何体现？
②怎样体现两条链的碱基之间互补配对？
制作DNA双螺旋结构模型
制作DNA立体结构模型
有关DNA中的碱基计算规律
基本原则：双链DNA中，A=T，C=G。
Ⅰ.在双链DNA分子中，A=T、C=G，则A+G=T+C，即嘌呤碱基总数等于嘧啶总数。
基本规律
Ⅱ.在双链DNA分子中，互补的两个碱基之和（如A+T或C+G）占全部碱基的比等于其任何一条单链中此两种碱基所占的比值。
=
A1+T1
T2+A2
=
T+A
单链碱基数m
单链碱基数m
双链碱基数2m
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1
2
有关DNA中的碱基计算规律
基本原则：双链DNA中，A=T，C=G。
Ⅲ.在DNA双链中，一条单链的（A1+G1）/(T1+C1)的值，与另一条互补单链的（A2+G2）/(T2+C2)的值互为倒数，即两条链中不配对的碱基之和的比值互为倒数。
基本规律
Ⅳ.在DNA双链中，一条单链的(A1+T1)/(G1+C1)的值，与另一条互补单链的(A2+T2)/(G2+C2)的值相等，也与整个DNA分子中(A+T)/(G+C)的值相等。
=
A1+G1
T1+C1
a
=
A2+G2
T2+C2
1/a
C2+G2
=
C+G
A1+T1
C1+G1
T2+A2
=
T+A
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1
2
有关DNA中的碱基计算规律
基本原则：双链DNA中，A=T，C=G。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1
2
Ⅴ.若A1占单链的比例为b%，则A1占双链的比例为(b/2)%。
基本规律
Ⅵ.若已知A占双链的比例为c%，则A1占单链的比例无法确定，但最大值为2c%，最小值为0。
Ⅶ.不同生物分DNA分子中互补配对的碱基之和的比例不同，即(A+T)/(C+G)的值不同，该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
有关DNA中的碱基计算规律
解题步骤
第一步
确定题中已知的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子中一条链上碱基的比例
第二步
画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基比例
第三步
根据碱基互补配对原则及其规律进行计算
有关DNA中的碱基计算规律
解题步骤
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
有关DNA中的碱基计算规律
解题步骤
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

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