资源简介

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第二节
DNA的结构
第三章 基因的本质
目录
1.DNA双螺旋结构模型的构建
2.DNA的结构
3.制作DNA双螺旋结构模型
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。
问题探讨
巴拿马螺丝塔
莫斯科进化大厦
深圳世茂前海中心
学习目标
1.概述DNA结构的主要特点
2.通过DNA结构模型的构建提高探究能力、合作能力和动手能力
3.按照碱基互补配对原则进行碱基计算
知识回顾——DNA的结构
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。
脱氧核糖
磷酸
含氮碱基
脱氧核苷酸
A
G
C
T
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
胞嘧啶脱氧核糖核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
4种
DNA双螺旋结构模型的构建
1.建立者
沃森（生物学家）和克里克（物理学家）
我能帮你理解生物学内容
我能帮你理解晶体学原理
DNA双螺旋结构模型的构建
2.建立过程
（1）DNA呈螺旋结构
1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯和同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
X意味着DNA分子是螺旋的
DNA双螺旋结构模型的构建
（2）DNA双螺旋结构模型的构建
DNA是螺旋结构
双螺旋？
三螺旋？
搭建的多种模型都被否定
×
×
DNA双螺旋结构模型的构建
1952年，奥地利生物化学家查哥夫发现：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。据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。脱氧核糖-磷酸骨架排列在外侧，碱基在内侧，A和T配对、C和G配对。
男
女
男
尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋
被否定
查哥夫提出DNA分子中A的量总是等于T，C的量总是等于G
修正、重建
沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型
DNA具有恒定的直径，能解释4种碱基的数量关系
制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符
验证
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA双螺旋结构模型的构建
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。
威尔金斯
克里克
沃森
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA的结构特点
（1）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
“链”
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1'-C
与磷酸基团相连的碳叫作5'-C
5'
3'
3'
5'
DNA的结构
DNA的结构
DNA的结构特点
（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
（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、G与 C配对
嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系。
“内外”
5'
3'
3'
5'
“配对”
DNA的结构
DNA的结构特性
（1）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
5'
3'
3'
5'
G C比例越高，DNA的热稳定性越高
DNA的结构
（2）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分子特异性的应用
亲子鉴定与个体识别
物种鉴定与生物多样性研究等
DNA的结构
（3）多样性
碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化
【思考】在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。计算DNA分子有多少种？
44000
种类
数目
双链DNA碱基数目的相关计算规律
1.根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
A1＋A2＝ ；G1＋G2＝ .
即：双链中A＝ ，G＝ ；
A＋G＝ ＝ ＝ ＝ .
T1＋T2
C1＋C2
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
1/2（A＋G＋T＋C）
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
【规律】双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半
根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。
双链DNA碱基数目的相关计算规律
=
A1+T1
N1
A2+T2
=
N2
A+T
N
=
C1+G1
N1
C2+G2
=
N2
C+G
N
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
N
N1
N2
A2＋T2
G2＋C2
【规律】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，简记为“补则等”
双链DNA碱基数目的相关计算规律
根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。
请据此完成以下推论：
若 ，则 = .
即两者的关系是_____________。
T1+G1
= m
A1+C1
T2+G2
A2+C2
m
1
互为倒数
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
N
N1
N2
【规律】非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”
【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
【材料用具】
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等
制作DNA双螺旋结构模型
【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 中每个脱氧核苷酸之间是在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？又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双螺旋结构模型
制作DNA双螺旋结构模型
课堂小结
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
五种元素
四种碱基
一种螺旋
三种物质
两条长链
C、H、O、N、P
A、T、C、G
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
规则的双螺旋结构
两条反向平行的脱氧核苷酸链
DNA的结构
随堂小测
1.下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA结构模型构建方面的突出贡献的说法，错误的是( )
A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA的电子显微镜图像
B.沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型
C.沃森和克里克提出了A与T配对、C与G配对的正确关系
D.查哥夫发现A的量等于T的量、C的量等于G的量
解析：威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱,A错误;沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型,B正确;查哥夫为沃森和克里克提供了“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”的重要信息,沃森和克里克据此提出了A与T配对,C与G配对的正确关系,C、D正确。
A
随堂小测
2.如图所示为DNA分子的某一片段，下列相关叙述正确的是( )
A.构成DNA分子的基本单位是⑦
B.DNA中⑤的相对含量越多结构越稳定
C.图中④的种类由③决定，共有5种
D.⑥构成DNA分子的基本骨架
解析：图中⑦是脱氧核苷酸链，构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，应是④，A项错误；⑤表示碱基C、G之间的氢键，DNA分子中其相对含量越多结构越稳定，B项正确；图中④是脱氧核苷酸，其种类由③碱基决定，共有A、G、C、T四种，C项错误；⑥是碱基对，脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架，D项错误。
B
随堂小测
3.某双链（α链和β链）DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%，α链中腺嘌呤占28%。下列关于该DNA分子中各碱基数量及其相互关系的叙述，错误的是( )
A.β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
B.β链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等，均是28%
C.α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%，占双链DNA分子的8%
D.α链中（G+C）/（A+T）=14/11，β链中（A+T）/（G+C）=11/14
解析：A、DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%，则腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占全部碱基总数的44%，互补碱基之和在单双链中比值相等，A正确；B、根据鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比例不能确定每条链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例，两者不一定是等分的，B错误；C、α链中胸腺嘧啶所占的比例是1-56%-28%=16%，则占双链中的比例是16%÷2=8%，C正确；D、根据碱基互补配对原则，α链中的G与链中的C配对，α链中的C与链中的G配对，同理A与T也是一样，因此若α链中（G+C）/（A+T）=14/11，则β链中（A+T）/（G+C）=11/14，D正确。
B
THANKS
谢谢观看

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