資源簡介

(共35張PPT)
第二節 DNA分子的結構和復制
第二章 遺傳的分子基礎
第1課時
1962年諾貝爾生理學或醫學獎與DNA分子有關，在頒發時，英國科學家富蘭克林已經在四年前因病去世。很多科學家為富蘭克林的英年早逝感到惋惜，認為不該忘記她為DNA分子結構模型的建立所做出的杰出貢獻。那么，富蘭克林為DNA分子結構模型的建立做出了哪些貢獻呢？
課前引入
積極思維
富蘭克林為DNA分子結構模型的建立做出了什么貢獻？
富蘭克林拍攝的DNA的X射線衍射圖
X衍射技術是用X光透過物質的結晶體，使其在照片底片上衍射出晶體圖案的技術。這個方法可以用來推測晶體的分子排列。
為推算出DNA分子呈螺旋結構的結論，提供了決定性的實驗依據。
積極思維
肺炎鏈球菌有哪些主要特征？
20世紀50年代，科學界掀起了對DNA的研究熱潮。當時，兩位年輕科學家在富蘭克林關于DNA分子X射線衍射圖的啟發下，最終揭示了DNA分子結構。他們所建立的DNA分子結構模型具有哪些特點呢？
孟德爾:
提出“遺傳因子”遺傳規律
薩頓假說：
遺傳因子在染色體上
摩爾根:
果蠅雜交實驗——基因在染色體上
“生命的基本特征就是能夠儲存和傳遞信息，亦即遺傳密碼能夠代代相傳。基因是活細胞的關鍵組成部分，要懂得什么是生命，就必須知道基因是如何發揮作用的 ——薛定諤《生命是什么？》
格里菲思:
肺炎雙球菌轉化實驗
艾弗里:
肺炎雙球菌體外轉化實驗
1952年
赫爾希和蔡斯：噬菌體侵染實驗
1866年
1903年
1910年
1928年
1944年
1896年
約翰遜:
將“遺傳因子”改為“基因”
經典遺傳學發展之路
1869年
（1）研究傷口膿細胞時從白細胞的細胞核中分離出一種他稱為“核素”（Nuclein，現稱核酸）的化學物質。
（2）生殖細胞富含核酸，核酸在各種細胞中廣泛存在。
（3）細胞分裂前核酸含量會顯著增加。
米歇爾：
首先發現核酸
米歇爾F · Miescher 1844~1895
經典遺傳學發展之路
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；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
腺嘌呤
鳥嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
脫氧
核糖
經典遺傳學發展之路
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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
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
20世紀初
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
1951年
……
兩條脫氧核苷酸長鏈如何排布呢？
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
水環境
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
1951年
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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。
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
1951年
20世紀40年代后期，科學家有用電子顯微鏡觀察，并通
過計算得出DNA分子的直徑約為2nm。
思考：堿基是同型配對還是異型配對呢？嘗試一下吧。
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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。
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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）
1952年
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
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
沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
1962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1962年沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
C
T
T
G
A
C
A
G
5’
5’
3’
3’
（1）由 條單鏈按_________方式盤旋成_______結構
反向平行
雙螺旋
2
3',5'-磷酸二酯鍵
DNA分子的雙螺旋結構
和 交替連接，構成基本骨架；
磷酸
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
（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分子的雙螺旋結構
（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分子的雙螺旋結構
氫鍵
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
堿基對
DNA分子的雙螺旋結構
穩定性
多樣性
特異性
DNA分子堿基對的排列順序千變萬化。
特定的DNA分子具有特定的堿基排列順序。
外側的脫氧核糖和磷酸的相間排列方式不變，內側堿基配對方式穩定不變。
邊做邊學：設計和制作DNA分子雙螺旋結構模型
實踐：
1.一位同學用不同顏色的紙片制作了一
2.小組同學分析該模型的優缺點后，再種簡號的DNA分子結構模型。確定本組的制作計劃，并分工準備各種材料。
3.繪制DNA分子雙螺旋結構模型的設計圖，確定模型的大小（如高度與直徑的比例）、維系立體構型的方式等。
建議：先考慮模型和DNA分子各部分結構的數量關系，再考慮空間關系。
4.用準備好的各種材料分別制作相關配件（如脫氧核糖、磷酸、堿基），再將各種配件整合在一起，逐步完成DNA分子雙螺旋結構模型的制作。
5.根據設計圖，檢查已經完成的DNA分子雙螺旋結構模型，對模型的不足之處加以修正。
6.全班展示制作的模型，開展小組內自評和小組之間的互評。
(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
DNA分子的雙螺旋結構
(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)）。
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
DNA分子的雙螺旋結構
(4)在雙鏈DNA分子的兩條互補鏈中，非互補堿基之和的比例__________。
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分子的雙螺旋結構
五種元素：
C、H、O、N、P
四種堿基：
A、G、C、T，相應的有四種脫氧核苷酸
三種物質：
磷酸、脫氧核糖、含氮堿基
兩條長鏈：
兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈
一種螺旋：
規則的雙螺旋結構
課堂小結
【巧學助記】DNA分子結構的“五、四、三、二、一
隨堂小測
2.一個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_____
1.某雙鏈DNA分子的堿基中，鳥嘌呤占30%，則胸腺嘧啶為_____
20%
60個
3.若DNA的一個單鏈中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互補鏈和整個DNA分子中分別是多少？
0.4 0.4
4.在DNA的一個單鏈中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互補鏈和整個DNA分子中分別是多少？
2.5 1
5.從某生物組織中提取DNA進行分析，其4種堿基數的比例是鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基總數的46%。又知該DNA的一條鏈(H鏈)，所含的堿基中有28%是腺嘌呤，問與H鏈互補的另一條鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基數的( )
A.42% B.27% C.26% D.14%
C
6.從某生物組織提取的DNA成分中，鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基含量的46%，已知1號鏈的堿基中28%是腺嘌呤，22%是胞嘧啶。
（1）全部堿基中腺嘌呤占_____%
（2）與1號鏈相對應的2號鏈中，腺嘌呤占該鏈全部堿基_____%
27
26
隨堂小測
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