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第2節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)
第三章 基因的本質(zhì)
課題導(dǎo)入
DNA的基本單位是：脫氧核苷酸磷酸基團脫氧核糖含氮堿基脫氧核糖P含氮堿基CH2O1'2'3'4'5'HHOHHHH脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT(4種基本單位)C、H、O、N、P(5種元素)(3種物質(zhì))【教材48頁】當時，科學(xué)界已經(jīng)認識到：DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、G、C 4種堿基。但是，人們并不清楚這4種脫氧核苷酸是如何構(gòu)成DNA的。脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT（1）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是由誰揭示的？閱讀教材第48-49頁，思考與回答以下問題：（2）研究DNA結(jié)構(gòu)的常用方法？（3）DNA中堿基之間的數(shù)量關(guān)系？是如何配對的？（5）DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？（4）DNA的兩條鏈中排列在內(nèi)側(cè)和外側(cè)的是什么結(jié)構(gòu)？基本骨架是什么？1.1953年摘取桂冠的是兩位年輕的科學(xué)家——美國生物學(xué)家沃森（J. D. Watson，1928—）和英國物理學(xué)家克里克（F. Crick，1916—2004），DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示是劃時代的偉大發(fā)現(xiàn)，在生物學(xué)的發(fā)展中具有里程碑式的意義。2.研究DNA結(jié)構(gòu)常用的方法是X射線晶體衍射法。推算出DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)。英國物理學(xué)家威爾金斯（M. Wilkins，1916—2004）和他的同事富蘭克林（R. E. Franklin，1920—1958）應(yīng)用X射線衍射技術(shù)獲得了高質(zhì)量的DNA衍射圖譜（圖A）。DNA衍射圖譜
三螺旋
彈簧衍射圖
雙螺旋
DNA不止一條鏈
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
資料1：科學(xué)家們推測，是雙鏈或者多鏈對單鏈的衍射造成干擾，造成光斑的缺失這一現(xiàn)象。
資料2：富蘭克林通過數(shù)學(xué)計算發(fā)現(xiàn)：
若DNA為3條鏈，則含水量為樣品實測值的1/10；若DNA為2條鏈，則與樣品實際含水量相符。
單螺旋
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
鯡魚 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
3.1952年，化學(xué)家查哥夫?qū)NA分子進行了定量分析，研究數(shù)據(jù)如下：
（1）在DNA中，腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量；鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量。
資料3：嘌呤雙環(huán)，嘧啶單環(huán)，DNA螺旋直徑恒定為2nm。鳥嘌呤腺嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶資料4：格里菲斯計算堿基間的吸引力發(fā)現(xiàn)，A吸引T，G吸引C。（1）嘌呤與嘧啶配對（2）A與T配對C與G配對資料5：DNA外部為溶液環(huán)境，堿基具有疏水性，磷酸和脫氧核糖具有親水性。
堿基分布在DNA分子的內(nèi)部
將堿基安排在雙鏈螺旋內(nèi)部，脫氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部
說明DNA兩條單鏈呈中心對稱
資料6：富蘭克林拍的衍射圖譜翻轉(zhuǎn)180°后的圖譜與未翻轉(zhuǎn)的一模一樣。
翻轉(zhuǎn)180°
DNA的兩條鏈是方向相反的
結(jié)果發(fā)現(xiàn)：A—T堿基對與G—C堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有恒定的直徑，能夠解釋A、T、G、C的數(shù)量關(guān)系。當他們把這個用金屬材料制作的模型與拍攝的X射線衍射照片比較時，發(fā)現(xiàn)模型與基于照片推算出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)相符。1962年，沃森、克里克和威爾金斯三人因這一研究成果共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。沃森和克里克搭建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖P5'5'3'3'DNA的結(jié)構(gòu)模式圖氫鍵堿基對堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系，叫作堿基互補配對原則。DNA的空間結(jié)構(gòu)
沃森和克里克搭建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
DNA分子結(jié)構(gòu)的“五、四、三、二、一”
五種
元素
四種
堿基或脫氧核苷酸
三種
物質(zhì)
二種
長鏈
一種
結(jié)構(gòu)
C、H、O、N、P
A、G、C、T
磷酸基團、脫氧核糖、堿基
兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈
雙螺旋結(jié)構(gòu)
配對關(guān)系:
A=T G≡C
外側(cè)： 交替連接，構(gòu)成
基本骨架，并按 方式排列成兩條長鏈；
平面結(jié)構(gòu) 內(nèi)側(cè)：兩條鏈上的堿基通過 連成 ，
遵循 原則（A ,G ）
空間結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)（右旋）
磷酸、脫氧核糖
反向平行
雙螺旋
氫鍵
堿基對
＝T
≡C
堿基互補配對
DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)
【課后實踐】: 制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
(1)研究表明：DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與四種堿基的含量有關(guān)：G和C的含量越多，DNA的結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。這是為什么呢？脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖PG和C形成三個氫鍵，A和T只形成兩個氫鍵。氫鍵越多，結(jié)合力越強，DNA的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。體現(xiàn)DNA分子的穩(wěn)定性。(2)DNA只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能夠儲存足夠量的遺傳信息呢？在生物體內(nèi)，一個最短的DNA分子也大約有4000個堿基對，堿基對有4種：A-T、T-A、G-C、C-G。請同學(xué)們計算DNA分子有多少種？44000種脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖PDNA中的遺傳信息蘊藏在哪里呢？堿基的排列順序千變?nèi)f化。堿基對的排列順序代表遺傳信息
種類：4n（n為堿基對的數(shù)目）
一般來說，一個較短的DNA分子有4000個堿基對，其排列順序的組合是幾近無窮的。
體現(xiàn)DNA分子的多樣性。
(3)為什么每個DNA結(jié)構(gòu)模型都與眾不同？不同生物的DNA是否也不同？DNA指紋技術(shù)在現(xiàn)代刑偵領(lǐng)域中，DNA指紋技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根頭發(fā)等樣品，刑偵人員就可以進行DNA指紋鑒定。你能從下面的DNA指紋圖判斷出懷疑對象中誰是罪犯嗎？此外，DNA指紋技術(shù)還可以用于親子鑒定、死者遺骸的鑒定等。體現(xiàn)DNA分子的特異性。③DNA分子的結(jié)構(gòu)特性。
(2)多樣性：如n個堿基對構(gòu)成的DNA具有4n種堿基對排列順序。
(3)特異性：如每個DNA分子都有其特定的堿基對排列順序。
(1)穩(wěn)定性：如兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變，堿基對構(gòu)成方式不變等。
④意義：
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。
DNA單鏈有關(guān)的計算
A1= , T1= , C1= , G1= 。
A1
C1
T1
G1
1鏈
DNA分子
2鏈
T2
G2
A2
C2
T2
A2
G2
C2
A= , C= 。
T
G
DNA雙鏈有關(guān)的計算
A+C = = = = 。
A+G
T+C
T+G
50%
（A+G）/（T+C）=
（A+C）/（T+G）=
①兩條鏈不互補的堿基之和相等。
（A+G）/（A+T+G+C）=
②兩條鏈中不互補的堿基和與兩條鏈堿基總數(shù)之比等于50%（1/2）。
（A1+T1）/（A2+T2）=
（G1+C1）/（G2+C2）=
③一條鏈中互補堿基的和等于另一條鏈中互補堿基的和。
1
1
1
1
1/2
（A1+G1）/（T1+C1）= a
則（A2+G2）/（T2+C2）=
④一條鏈中不互補堿基的和之比等于另一條鏈中這種比值的倒數(shù)。
⑤兩條鏈中互補堿基和與兩條鏈堿基總數(shù)之比，與任意一條鏈的
這種比值相等。
（A+T）/（A+T+G+C）= a
則（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=
a
1/a
DNA分子結(jié)構(gòu)的特性
(1) 性：如n個堿基對構(gòu)成的DNA具有4n種堿基對排列順序。
(2) 性：如每個DNA分子都有其特定的堿基對排列順序。
(3) 性：如兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變，堿基對構(gòu)成方式不變等。
穩(wěn)定
多樣
特異
1.下面是DNA的結(jié)構(gòu)模式圖，請寫出圖中①~⑩的名稱。
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
脫氧核糖
磷酸
胸腺嘧啶脫氧核苷酸
堿基對
氫鍵
一條脫氧核苷酸
鏈片段
思考：這個DNA片段有多少個游離的磷酸基團（沒有形成磷酸二酯鍵的磷酸基團）？
2個
當堂訓(xùn)練
2、某DNA片段含腺嘌呤35個、胞嘧啶55個，則該DNA片段共含有堿基數(shù)是 （ ）
A．120 B．140 C．160 D．180
3、決定DNA遺傳特異性的是（ ）
A.脫氧核苷酸鏈上磷酸和脫氧核糖的排列順序
B.嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù)
C.堿基互補配對原則
D.堿基對特定的排列順序
D
D
當堂訓(xùn)練
當堂訓(xùn)練
4.下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中，不正確的是(　　)
A．每個DNA分子中通常都含有四種脫氧核苷酸
B．DNA分子的兩條鏈反向平行
C．DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連，且A與T配對，G與C配對
D．DNA分子長鏈的每個脫氧核糖上均連接著一個磷酸和一個堿基
D
5.某DNA片段一條鏈上的堿基序列為5'-GAATTC一3'，則其互補鏈的堿基序列是（ ）
A.5'- CUUAAG-3' B.3'- CTTAAG-5'
C.5'-CTTGAA-3' D.3'-CAATTG-5'
B

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