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第3章 基因的本质
第2节 DNA的结构
学习目标与任务
1.阅读分析DNA双螺旋结构模型的构建过程，说出DNA的结构特点。
2.阐明碱基互补配对原则，并据此计算给定条件下DNA双链中的碱基含量。
3.列举DNA作为遗传物质必须具备的特性。
4.认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。
温故知新：
DNA是主要的遗传物质。
DNA如何储存遗传信息？
DNA如何决定生物的性状？
DNA的结构
？
DNA双螺旋结构模型的构建
1953年，美国生物学家沃森（J. D. Watson)和英国物理学家克里克（F. Crick)提出DNA双螺旋结构模型。这一伟大发现，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。
【思考与讨论】
阅读教材第48~49页“思考·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？
一、DNA模型的构建
1.DNA的基本单位是 。
脱氧核苷酸
1分子磷酸
1分子脱氧核糖
1分子含氮碱基
1分子脱氧核苷酸 = + + 。
【模型建构1】脱氧核苷酸
P
脱氧核糖
含氮碱基
A
C
T
腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
G
脱氧核苷酸的种类
一、DNA模型的构建
1.DNA的基本单位是 脱氧核苷酸。
2.DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。
【模型建构2】脱氧核苷酸链
英国生物物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林利用X射线衍射技术，获得了高质量的DNA衍射图谱。沃森和克里克以此为主要依据，推算出DNA呈螺旋结构。
一、DNA模型的构建
【模型建构3】螺旋
一、DNA模型的构建
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种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G=C。
1952年春天，他访问卡文迪什实验室时，向沃森和克里克详细解释了这一规律。
一、DNA模型的构建
【模型建构4】DNA双链
沃森和克里克构建了一个将碱基安排在双链内部的模型，其中，A与T配对，C与G配对，两条链的方向相反。
一、DNA模型的构建
【模型建构5】DNA双螺旋
A
G
T
碱基对
另一碱基对
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、G只和C配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则。
氢键
一、DNA模型的构建
同时期的科学家提出，核苷酸与核苷酸之间是通过磷酸二酯键连接的。
C1
C2
C3
C4
C5
一、DNA模型的构建
5’→3’
5’→3’
【反向平行】
(1)每个双链DNA片段中磷酸∶脱氧核糖∶碱基=1∶1∶1。
(2)每个双链DNA片段中有2个游离的磷酸基团。除游离的磷酸基团外,每个磷酸基团与2个脱氧核糖相连。
(3)DNA单链上相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接,互补链中配对碱基通过氢键相连。
(4)A与T之间有2个氢键,G与C之间有3个氢键。DNA分子中氢键的数目越多,结构越稳定,故G—C碱基对越多,DNA热稳定性越强。
左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森
1953年3月7日，沃森和克里克构建出新的DNA模型，在这个模型中，DNA是一个双螺旋结构，螺旋内部的碱基之间通过氢键连接成碱基对，磷酸在外周。
沃森、克里克和威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔生理学或医学奖
一、DNA模型的构建
构建者:沃森和克里克。
构建过程
（1）DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。
（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起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。
DNA双螺旋结构的主要特点
DNA双螺旋结构的特点
项目 特点
整体 由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
排列 外侧 脱氧核糖和磷酸交替连接,构成基本骨架
内侧 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对
碱基互补配对原则 A与T配对、G与C配对
特别提醒 原核细胞中的DNA分子、真核细胞细胞器中的DNA分子为双链环状结构,环状DNA分子无游离的磷酸基团。
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。
同学们知道原因吗？
G与C形成三个氢键，A与T只形成两个氢键。氢键越多，结合力越强，DNA的结构越稳定。
二、DNA的特性
在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4 000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？
4 种
4000
DNA中的遗传信息蕴藏在哪儿
【思考】
你注意到了吗？
两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。
长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。
碱基对的排列顺序代表遗传信息
种类：4n（n为碱基对数目）
一般来说，一个较短的DNA分子有4 000个碱基对，其排列顺序的组合是几近无穷的。
例：假如一个基因只有17个碱基组成，那么这种排列有多少种可能？
417种。大约为172亿种。
二、DNA的特性
小结：
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中：
多样性－－碱基排列顺序的千变万化
特异性－－碱基的特定的排列顺序
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。
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。
则在DNA双链中： A = T ， G = C
可引申为：
嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
A+G=T+C=50%
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
三、碱基互补配对原则的应用
（A+G）/（T+C）=
（A+C）/（T+G）=
1
1
①
两条链不互补的碱基之和相等。
（A+G）/（A+T+G+C）=
1 / 2
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）=
1
1
③
一条链中互补碱基的和等于另一条链中互补碱基的和。
有关DNA中的碱基计算
（A1+G1）/（T1+C1）=a，
则（A2+G2）/（T2+C2）=
1 / a
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。
（A+T）/（A+T+G+C）=a，
则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=
a
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。
有关DNA中的碱基计算
若双链DNA中，一条链的碱基组成和比例为A∶T∶C∶G = 1∶2∶3∶4，则另一条链相应的碱基比是
A．1∶2∶3∶4
B．4∶3∶2∶1
C．2∶1∶4∶3
D．1∶1∶1∶1
√
【即时反馈】
化学组成单位
双螺旋结构
基本单位——脱氧核苷酸
种类
四种
主要
特点
碱基互补配对原则
DNA的多样性和特异性
①由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
②外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 ，碱基排列在内侧。
③DNA两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
碱基对的排列顺序不同
—A —A —C —C— G —G—A— T—
—T —T —G —G —C —C —T —A—
DNA的结构
下课
Thanks!
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