資源簡介

(共37張PPT)
3.2DNA的結構
問題探討:
1. 為什么DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息？
2. 你還能說出DNA鑒定技術在其他方面的應用嗎？
DNA是遺傳物質，攜帶有遺傳信息，不同個體的遺傳信息一般都有區別，因此，DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息。
可以進行親子鑒定；鑒別在地震等災害中遇難親屬的遺體等。
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
沃森（J.D. Wstson)&克里克（F. Crick）
卡文迪許實驗室
生物學家 物理學家
1869年
米歇爾：
首先發現核酸
科塞爾
A · Kossel 1853-1927
1901年
（1）1885至1901年間：
（2）Kossel和他的學生經水解和化學分析確認發現
核酸含有戊糖、磷酸、嘌呤和嘧啶 。
（3）腺嘌呤：Adenine；鳥嘌呤：Guanine
（3）胞嘧啶：Cytosine；胸腺嘧啶：Thymine；尿嘧啶：Uracil
科塞爾：
核酸含有嘌呤
和嘧啶
科塞爾：
1910年諾貝爾
生理學與醫學獎
經典遺傳學發展之路
1869年
米歇爾：
首先發現核酸
1901年
科塞爾：
核酸含有嘌呤
和嘧啶
萊文
P.A.Levene
1869-1940
1934年
1920年： 萊文發現兩種不同的核酸，即：DNA和RNA。
1934年： 萊文發現核酸可被分解成含有一個嘌呤/嘧啶、一個核糖或脫氧核糖和一個磷酸的片段,這樣的組合稱為“核苷酸”。
萊文：
核酸的基本構成單位是核苷酸
經典遺傳學發展之路
含氮堿基
磷酸
A
G
C
T
（一）DNA的基本單位－脫氧核苷酸
腺嘌呤
鳥嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
脫氧
核糖
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
（二）DNA的單鏈如何形成？
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
5’端
3’端
磷酸二酯鍵
H2O
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
威廉·勞倫斯·布拉格
威廉·勞倫斯和他的父親合作發展出X射線衍射（繞射）晶體圖學。
20世紀初
A
B
S
A
B
孔較大時
孔較小時
光的衍射
光沿直線傳播
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
20世紀初
a角度進行衍射
c角度進行衍射
b角度進行衍射
晶體空間結構和其X射線衍射圖譜的關系
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
1951年
威爾金斯在一場關于DNA演講上展示了兩張用X射線做的DNA衍射照片。
威爾金斯
沃森
現象：DNA呈現“X”形
推斷：DNA分子是螺旋的
……
兩條脫氧核苷酸長鏈如何排布呢？
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
思考：請結合磷脂雙分子層的排布方式，推測堿基排列在內部還是外部呢？
磷酸
親水
堿基
疏水
親水磷酸頭部
疏水脂肪酸尾部
磷脂分子
圖片資料:
水環境
水環境
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
1951年
富蘭克林發現提高空氣的濕度，發現DNA易吸收水分。所以她認為脫氧核糖核苷酸的親水磷酸基團應該位于DNA的外側，其余部分位于內側。這是解開DNA結構的重要線索。
富蘭克林
內側
外側
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
1951年
沃森與克里克推算出三股螺旋的DNA結構（磷酸排在內側，含氮堿基排在外側）。他們邀請威爾金斯和富蘭克林觀看，被兩人評價為“一無是處”，并告知他們含氮堿基應該排列在內側。沃森和克里克默默地記錄下了這個關鍵信息。
資料：X衍射照片測量分析，DNA雙鏈之間的距離是相同的，DNA直徑應該是2nm。
思考：堿基是同型配對還是異型配對呢？嘗試一下吧
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
1952年春天，奧地利生物化學家查哥夫（E.Chargaff，1905-2002）訪問了劍橋大學，沃森和克里克從他那里得知了一條重要信息：在DNA中，腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的含量；鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量
DNA來源 DNA的堿基組成（單位：每摩爾磷酸） A T G C
人（胸腺） 0.28 0.28 0.18 0.15
A=T G=C
牛胸腺 0.26 0.25 0.21 0.16
牛脾臟 0.26 0.24 0.21 0.17
酵母菌 0.24 0.25 0.14 0.14
禽結核桿菌 0.12 0.11 0.28 0.26
DNA分子具有多樣性和特異性
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
DNA來源 DNA的堿基組成（單位：每摩爾磷酸） A/G T/C A/T G/C
人（胸腺） 0.28 0.28 0.18 0.15
不同生物的DNA都滿足A=T G=C
鯡魚 0.26 0.25 0.21 0.16
小麥 0.26 0.24 0.21 0.17
結核分枝桿菌 0.24 0.25 0.14 0.14
DNA分子具有多樣性和特異性
DNA來源 豬 牛 器官 肝 脾 胰 肺 腎 胃
A+T/G+C 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30
同種生物DNA堿基組成相同；
不同生物DNA堿基組成不同
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
A:G T:C A:T G:C 嘌呤：嘧啶
牛 1.29 1.43 1.04 1.00 1.1
人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.0
小麥 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99
酵母 1.67 1.92 1.03 1.20 1.0
母雞 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99
沙雷氏菌 0.7 0.7 0.95 0.86 0.9
鯡魚 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
不同生物DNA 4種堿基比例關系
DNA 的堿基組成有什么規律？
（1）不同生物DNA分子嘌呤與嘧啶的物質的量大致相同。 即A+G=T+C
（2）腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的物質的量大致相同；
鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的物質的量大致相同。
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
瑞典的科學家證明DNA是不對稱的，而且發現DNA分子的兩條鏈的距離是固定的。
1951年，奧地利生物化學家卡伽夫對各種不同來源的DNA堿基成分進行了精密的分析，發現：DNA中堿基會相互配對，而且A與T的數量相等，C與G的數量相等。
古倫德1948年提出了堿基間以氫鍵相連。
DNA中堿基A與T以2個氫鍵相連，G與C以3個氫鍵相。
（堿基互補配對原則）
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
1952年
奧地利生物化學家查加夫來到沃森和克里克的實驗室，兩人得到了一個關鍵信息：DNA中堿基會相互配對，而且A與T的數量相等，C與G的數量相等。
查加夫
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
A
T
C
G
氫鍵
氫鍵
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
1951年：DNA呈現“X”形，旋轉180°成像不變
威爾金斯
沃森
推斷：DNA分子雙螺旋可能是反向平行的
富蘭克林給ＤＮＡ拍了好多張Ｘ射線衍 射圖譜， 她發現ＤＮＡ在翻轉１８０°后圖譜看起來還是一樣
兩條脫氧核苷酸是同向平行還是反向平行呢？
用你手中的模型嘗試一下吧~
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
DNA雙螺旋結構模型的構建
Construction of DNA double helix structure model
沃森和克里克的 核酸的分子結構
1953年4月25日
羅莎琳的胸腺核苷酸酸鈉鹽的分子構象
威爾金斯的脫氧戊糖核酸的分子結構
DNA雙螺旋結構模型的構建Construction of DNA double helix structure model1962年，沃森、克里克和威爾金斯三人共同獲得了諾貝爾生理學和醫學獎。左一：威爾金斯 左三：克里克左五：沃森DNA的結構The structure of DNACTTGACAG5’5’3’3’（1）由條單鏈按_________方式盤旋成_______結構反向平行雙螺旋23',5'-磷酸二酯鍵1、DNA雙螺旋結構磷酸
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
DNA的結構
The structure of DNA
1、DNA雙螺旋結構
和 交替連接，構成基本骨架；
(2) 外側：
堿基
內側:
脫氧核糖
(3)堿基互補配對原則
兩條鏈上的堿基通過 連接形成
，且A只和 配對、G只和 配對，堿基之間的一一對應的關系，就叫作
。
氫鍵
氫鍵
T
C
堿基互補配對原則
堿基對
堿基對
DNA的結構
The structure of DNA
1、DNA雙螺旋結構
(4) 總結：
氫鍵
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
堿基對
五種元素：
C、H、O、N、P
四種堿基：
A、T、C、G
三種物質：
兩條長鏈：
一種螺旋：
規則的雙螺旋結構
磷酸、脫氧核糖、含氮堿基
兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈
氫鍵關系:
A=T G≡C
DNA的結構
The structure of DNA
2、DNA的結構特性
堿基對的排列順序的千變萬化。
在生物體內，最短DNA分子也大約有4000個堿基對，堿基對有：A—T、T—A、G—C、C—G。請同學們計算DNA分子有多少種？
4 種
4000
2）特異性
堿基對的特定排列順序。
3）穩定性
具有規則的雙螺旋結構。
1）多樣性
3、DNA雜交技術的應用
DNA雜交技術可以用于兩個物種親緣關系的判斷，若兩個物種的DNA樣本經處理后形成的DNA互補區段越多，則兩個物種的親緣關系_____。
越近
如圖：設DNA一條鏈為1鏈，互補鏈為2鏈。根據堿基互補配對原則
（1）1鏈和2鏈上的哪些堿基數量總是相等的？兩條鏈的堿基數目是否相等？
（2）在DNA雙鏈中，哪些堿基數量總是相等的？
（3）在1鏈上，A1等于T1嗎？G1和C1的數量一樣嗎？
（4）已知：雙鏈DNA中，A和T之和占全部堿基的m%，其中一條α鏈中C占該鏈堿基數的比例為n%。則另一條β鏈中C占β鏈堿基的百分比是？
（5）若一個雙鏈DNA分子的G占整個DNA分子堿基的27%，并測得DNA分子的一條鏈上的A占這條鏈堿基的18%，則另一條鏈上的A的比例為？
（6）在一個雙鏈DNA分子中，堿基總數為m，腺嘌呤堿基數為n，則脫氧核苷酸數、磷酸基團數、堿基總數？堿基之前的氫鍵數？兩條鏈中A+T數量為？G的數量為？
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
DNA的計算
DNA computing
DNA的計算
DNA computing
(1) A=T，G=C，即：兩個互補的堿基數量相等
A1+T1=A2+T2=n%
所以A+T=A1+A2+T1+T2= =n%
互補堿基之和的比例在整個DNA分子中以及任何一條鏈中都相等
(2)設雙鏈DNA分子的一條鏈上A1+T1=n%，則A+T、A2+T2的比例是多少？
在不同的DNA分子中，上述比例是否一樣？
不一樣，因為DNA分子具備特異性
(3)在DNA雙鏈中，任意兩個非互補堿基和的比例_______，并為堿基總數的_____（教材P52概念檢測(2)）。
DNA的計算
DNA computing
恒等
50%
在雙鏈DNA分子中：∵ A = T G = C
∴A+G =T+C
也可寫成：
∴A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T)
=1
=
A+G
T+C
T+G
A+C
A+C
T+G
T+C
A+G
=
=
=50%
任意兩個非互補堿基和的比例為1，則可能為雙鏈
若為雙鏈，則任意兩個非互補堿基和的比例為1
(4)在雙鏈DNA分子的兩條互補鏈中，非互補堿基之和的比例__________。
DNA的計算
DNA computing
互為倒數
A1+G1
T1+C1
在一條鏈中，
= m
A1+G1
T1+C1
則，
= m
=
T2+C2
A2+G2
A2+G2
T2+C2
在互補鏈中，
= 1/m
DNA的計算
DNA computing
(5)在雙鏈DNA分子中，某堿基占雙鏈DNA堿基總數的百分比，等于此種堿基在兩條鏈中比值的______
A
A+T+G+C
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
+
A1 +A2
A1+T1+G1+C1
A2
A1+T1+G1+C1
+
A1
A1+T1+G1+C1
A
(A+T+G+C)×1/2
=
=
=
=
一半
A
A+T+G+C
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
+
=
( )
1/2
隨堂練習
In-class practice
1.一個DNA分子的堿基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100個堿基對的DNA分子中，胞嘧啶應是______個。
2.DNA分子的一條單鏈中，A=20%，T=22%，求整個DNA分子中G= _____
60
29%
3.經測定,青蛙體細胞中一段DNA分子中A有600個,占全部堿基總數的24%。那么,該DNA片段中C所占比例和數量分別是(　　)
A.24%,600個 B.24%,650個
C.26%,640個 D.26%,650個
D
隨堂練習
In-class practice
4.已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數的40%，其中一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數的40%和15%。下列有關敘述正確的是(　　)
A．在它的互補鏈中，T與C之和占該鏈堿基總數的55%
B．在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數的20%和25%
C．若該DNA分子含有1000個堿基對，則堿基之間的氫鍵數為2600個
D．該DNA分子中(C＋G)/（A＋T）＝3/2
隨堂練習
In-class practice
5．某DNA分子含有1000個堿基對，其中A的含量為30%，α鏈中G的含量為30%，下列與該DNA分子有關的敘述正確的是（ ）
A．由于堿基互補配對，DNA分子中C與G的和一定占50%
B．該DNA分子的兩條單鏈中(A＋C)/(T＋G)的值一定相等
C．該DNA分子的α鏈中堿基A所占的比例在0～40%范圍內
D．該DNA分子中含有的氫鍵數為2.4×103個

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