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(共34張PPT)
第2節(jié) DNA 的結(jié)構(gòu)
課堂導(dǎo)入
在確信DNA 是生物體的遺傳物質(zhì)之后，人們更迫切的想知道：
DNA 是怎樣儲存遺傳信息的
又是怎樣決定生物性狀的
決定 ①相對穩(wěn)定
結(jié)構(gòu) 功能 ②攜帶信息
③復(fù)制傳遞
什么樣的結(jié)構(gòu)可以滿足這些功能
合作探究一.DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
資料1:當(dāng)時，科學(xué)家認(rèn)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、C、G 四種堿基。
A
T
c
G
合作探究一.DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
資料2:1951年11月，英國物理學(xué)家威爾金斯(M.Wilkins) 和同事富蘭克 林(R.E.Franklin)應(yīng)用X 射線衍射技術(shù)獲得了高質(zhì)量的DNA 衍射圖譜。
根據(jù)DNA 衍射圖譜，判斷DNA 是雙 螺旋結(jié)構(gòu)。
(富蘭克林的DNA 衍射圖譜---51號照片)
R.E.Franklin
M.Wilkins
合作探究 一 .DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
資料3:堿基具有疏水性，脫氧核糖和磷酸具有親水性。細(xì)胞中的DNA
處于液體環(huán)境中。 親水 P 疏水
N
P
N
P
N
P
N
P
N
N
P
N
P
N
P
N
P
N
疏水
N
N
P P
P P
P P
P P
P P
分子
親水
堿基如何配對;
請你推測堿基可能的配對方式：
不是相同的堿基兩兩相連，應(yīng)是嘌呤與嘧啶相連。
假說一：A與T配 對 ，C與G配對；
假說二：A與C配 對 ，G與T配對。
合作探究一.DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
資料4 DNA 螺旋的直徑是固定的，均為2 nm。
資料5 嘌呤堿基是雙環(huán)化合物；嘧啶堿基是單環(huán)化合物。
NH
N
CH
C N
N
胸腺嘧啶 (T)
腺嘌呤 (A)
鳥嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C)
N
HC
資料6:查哥夫?qū)Χ喾N生物的DNA做了堿基定量分析。 H N—H ……O CH H—N 一個堿基上的H原子和與之配對的 堿基上的電負(fù)性強(qiáng)的N原子或O原 子間存在一定的吸引力，形成氫鍵。 DNA來源 Sugar N A O T
N
Sugar
人 小麥 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99 0.4 0.4 1.09 1.08 1.1 母雞 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99 鯡魚 1.43 1.43 1.02 1.02 1.02
在DNA 中，腺嘌呤的量總是等于胸腺嘧啶的量；鳥嘌呤的量總是等于胞 嘧啶的量。A與T 配對，G 與C配對。
合作探究一.DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
合作探究一.DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
資料7:克里克還從富蘭克林書面報告中發(fā)現(xiàn)：
Only Crick Realized the Importance of Monoclinic Space Group C2
9 b
a
C-face-centered
a=2.2 nm
b=4.0 nm
c=2.8 nm
i u DN .T yst lf i n( e e)d DNA 兩條鏈的方向是相反的。
hexogonal structure,has the dimensions indicated(17)(one hexagon
in the rectangular ab face is highlighted).The C symmetry axis
requires that the DNA molecule must itself be dyadic and therefore
have two antiparallel polar strands (b).The dyad excludes the
possibiliy ofa single strand()as well as a triple strand (c).
4
r
1
t
ber
cece
f
o
a
C
cr
he
A
2
A
re
n
g
a
F
圖9.克里克根據(jù)面心單斜C2 空間群推斷出DNA 雙鏈反平行。[Lydon,J.E. (2003)Liquid Crystals Today 12:1-9;Lucas,A.A.(2008)J.Chem.Educ.85:737-743]
On the Patterson function obuained,the lattie translations could be readily iden- tifed.On the basis of a unit cell defined by
a=22.0A
b=39.8A
c=28.1A
β=96.5°
the 66 independent relkctions oberved could all be indexed with an error of less than I percent
Thcun
ot, ch R IToaloolot. and
Feanis Cidk the snlicane .There a
douok bared arow ymbo( Thee k half al inervah (7Ay,rght angk to the sbre ai
indkaed in)Noe that the rpat dian bng
the hdi rqui compkle 0 turfd
strand for puralet amangment.but oely a180
tum for praldarrspment When Fancs Crisk
tealsed point. bule the mlculr modet
doubing he isst of he se phosphue duin
Fige6. he socg osp2 From the paemfabscmnt
rcdtm he non photopaph ofADNA
Roalnd Frankln dadsd thut hi or had the ipuce poupC2(Aypil depiaion.coventonal c
ognapbk mbok hion.of the amangmefm mctry dkments n this pc poop.TMs poctiom coropond the iw dom he hek Te ln handt par honhe angcmntfmobf anis in the it a and de nghthand_ide ho the rngmst of ymmtry dkmente Te+d ybok
5 3 5° C
31 5 |3
(b) (c)
a
b
rekr ditane aboe and he pan the
p Tyndate ht he mott wt scu in puin
ray of fo oas lalkcated by the
monoclinic unit
cell
of A-DNA
9 元
3°
5
C2
合作探究一.DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
堿基安排在雙螺旋內(nèi)部，脫氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋外部。 A與T 配 對 ，G 與C 配 對 ，DNA 兩條鏈的方向是相反的。
用金屬制作的模型與X射線衍 射照片比較，模型與基于照片 推算出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)相符。
沃森和克里克搭建的
DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
提出者：沃森和克里克
主要內(nèi)容：
(1)DNA 是 由兩條單鏈組成的，這兩條 鏈反向平行。
(2)DNA 中 的脫氧核糖和磷酸交替連接， 排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架。
(3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接。
堿基互補(bǔ)配對： A一定與T配 對 ，G一定與
C配 對 。
P 5 3
,
Tv
d
G3
>a
c 9
>d
A1
d
G
d
T v
d
A 1
5 a
歸納總結(jié)：DNA 分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)
P
P
P
P
3
P :
P
脫氧核糖上與堿基相連的的碳叫做 1'-C , 與磷酸基團(tuán)相連的碳叫做 5'-C ;
DNA 的一條單鏈具有兩個末端， 一端有
一個游離的磷酸基團(tuán)，這一端稱為5'-端 ， 另一端有一個羥基(- OH), 稱作3'-端；
DNA 的兩條單鏈的走向相 反，從雙鏈
的一端起始， 一條單鏈?zhǔn)菑?'-端到
3'-端的，另一條則是從3'-端到5'-端的；
磷酸基團(tuán)
堿基
5o
T==>A
T: A
T---- 2A
TA
G
5'_
二、 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
3 '
3'
二、DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)
3' 1.DNA 是由 兩 條單鏈組成的，這兩條鏈
按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；
2.DNA 中的脫氧核糖和_磷酸_交替連接， 排列在外 側(cè)，構(gòu)成_基本骨架 ；堿基 排列在內(nèi) 側(cè) ；
3.兩條鏈上的堿基通過_氫鍵 連接成
堿基對，并且堿基配對具有一定的規(guī)律：
A 一定與T _ 配對；A = T
G 一定與C 配對；G = C
堿基之間的這種 — 一對應(yīng)的關(guān)系，
叫 作堿基互補(bǔ)配對原則。
5' G=C 比例越高，DNA 的熱穩(wěn)定性越高
當(dāng)堂訓(xùn)練
1.下面是DNA 的結(jié)構(gòu)模式圖，請寫出圖中①~⑩的名稱。
5 脫氧核糖 6- 磷酸
7 胸腺嘧啶脫氧核苷酸 8 堿基對
2 腺嘌呤 (A)
4 胸腺嘧啶(T)
一條脫氧核苷酸 鏈片段
9
⑤
⑥
⑩
⑧-
G ①
胞嘧啶(C)
鳥嘌呤 (G)
氫鍵 10
9 ⑧
④
T
c
A
1
3
1.①是左邊鏈的3' -端，這一端末端的基團(tuán)為羥 基 ；
②是右邊鏈的5'_端 ，這一端末端的基團(tuán)為磷酸基團(tuán) ；
2. ③和④中，③ _是真正的脫氧核苷酸，
名稱是_腺嘌呤脫氧核苷酸；
3.⑤的名稱是一條脫氧核苷酸鏈的片段
4. 一個DNA 分子有2 _個游離的磷酸基團(tuán)，位于兩條 鏈的 5 ' 端
一個脫氧核糖上連著_1或2 個磷酸基團(tuán)；
一個磷酸基團(tuán)上連著1 或 2個脫氧核糖；
一個脫氧核糖上連著1 _ 個堿基；
DNA 兩條鏈之間相鄰的堿基由氫鍵連接，一條鏈 中相鄰的堿基通過脫氧核糖-磷酸基團(tuán)-脫氧核糖 連接。
④
A
①
T
G
②
③
⑤
隨堂練習(xí)
①每個DNA 的片段中，游離的磷酸基團(tuán)有2個。
②A-T 間有2個氫鍵，C—C間有3個氫鍵
③脫氧核糖數(shù)=磷酸數(shù)=含氮堿基數(shù)
單鏈中相 通過脫氧核糖一磷酸一脫氧核糖 鄰堿基： 連接
互補(bǔ)鏈中
相鄰堿基： 通過氫鍵相連
5o
氫鍵
3',5'-磷酸二酯鍵
TA
3'
二、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
數(shù)量關(guān)系 位置關(guān)系
3'
5'
二、DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
1、穩(wěn)定性：空間結(jié)構(gòu)：兩條鏈反向平行盤旋成 規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
基本骨架：磷酸與脫氧核糖交替連接作為基本骨架。
內(nèi)側(cè)堿基：遵循堿基互補(bǔ)配對通過氫鍵連接形成堿基對。
2、多樣性：堿基對(脫氧核苷酸)的排列順序干變?nèi)f化，
構(gòu)成了DNA 分子的多樣性。
在生物體內(nèi)，一個最短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(xué)們計算DNA 分子有多少種 14000種
3、特異性：每種DNA 有別于其他DNA, 具有特定的堿基排列順序。
D 與d 基因不同
的根本原因是
什么
因此可以利用DNA 指紋來識別身份
探究 ·實踐 制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
1、實驗?zāi)康模耗承┩ㄟ^制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，加深對DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 的認(rèn)識和理解。
2、材料用具
曲別針、泡沫塑料、紙片、扭扭棒、牙簽、橡皮泥、鐵絲等常用物品
6種：磷酸、脫氧核糖、4種堿基
四種 堿基
脫氧核糖
磷酸
探究 ·實踐 制 作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
3、制作步驟
(1)組裝“脫氧核苷酸模型”
利用材料制作若干個脫氧核糖、磷酸和堿基，組裝成若干個脫氧核苷酸。
(2)制作“多核苷酸長鏈模型”
將若干個脫氧核苷酸依次穿起來，組成兩條多核苷酸長鏈。注意兩條長鏈 的單核苷酸數(shù)目必須相同，堿基之間能夠互補(bǔ)配對。
(3)制作DNA 分子平面結(jié)構(gòu)模型
按照堿基互補(bǔ)配對的原則，將兩條多核苷酸長鏈互相連接起來，注意兩條 鏈的方向相反。
(4)制作DNA 分子的立體結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu))模型
把DNA分子平面結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一下，即可得到一個DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
探究 ·實踐 制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
探究 · 實踐
在雙鏈DNA中，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則：
①A=T,G=C,
②A+G=T+C (嘌呤數(shù)=嘧啶數(shù))
③A+C=T+ G (任意兩個不互補(bǔ)的堿基之和相等)
任意兩個不互補(bǔ)的堿基之和比值為1)
規(guī)律 一：任意兩個不互補(bǔ)的堿基之和相等，并為堿基總數(shù)的 50%(1/2)
( A+G) 或 (A+C) 或(T+G)或(T+C)/(A+T+G+C )= 1/2
三、DNA 分子中有關(guān)堿基的計算規(guī)律
DNA雙
A
T
G
C
1鏈
鏈
2
A
C
G
2鏈
④
例1:已知一個含150個磷酸的雙鏈DNA 分子中有腺嘌
呤25個，請問此DNA 分子中有多少個胞嘧啶
50
例 2 :某雙鏈DNA 的分子中，鳥嘌呤的分子數(shù)占堿基 總數(shù)的22%,那么胸腺嘧啶的分子數(shù)占堿基總數(shù)的
A、22% B、2 8%
C、78% D、50%
三、有 關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
1鏈 2鏈
DNA雙 鏈
三、有關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
補(bǔ)充1:雙鏈DNA 中 ，A+T 與G+C 不一定相等；
補(bǔ)充2:雙鏈DNA 中，嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)；
單鏈DNA 、RNA 或DNA+RNA, 則嘌呤數(shù)不一定等于嘧啶數(shù)。
若在一個生物體內(nèi)嘌呤≠嘧啶是什么原因 有單鏈核酸存在 DNA雙 鏈
例 3 :不同的雙鏈DNA 分子，下列的相關(guān)比值中有可能
不同的是( )
A、A/T B、A+T)/(G+C)
C 、G/C D、(A+G)/(T+C)
例 4 :某生物鳥嘌呤：胞嘧啶=3:1,則該生物不可能是( )
A.大腸桿菌 B.艾滋病病毒. T2 噬菌體 D.人體細(xì)胞 1鏈 2鏈
則：⑤(A +T )%=(A +T )%=(A+T)%
規(guī)律二：在DNA 雙 鏈 中 ，雙 鏈DNA 中互補(bǔ)堿基和與堿基總
數(shù)之比，與任意一條鏈的這種比值相等。
1 鏈 中 ：
2鏈中：
整個DNA中 ：
三、有關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
1鏈 2鏈
DNA雙 鏈
例 5 :在雙鏈DNA 分子中 ，G和C之和占全部堿基的 4 8 % , 其 中一條鏈的A 占該鏈堿基總數(shù)的24%,則另 一條鏈中的A 占 該鏈堿基總數(shù)的百分比為( )
A、24% B、26% C、28% D、76%
例 6 :在雙鏈DNA 分子中 ，A與T之和占全部堿基總數(shù)的 42%,若其中 一條鏈的C占該鏈堿基總數(shù)的24%, T占30%,則另 一條鏈上C、T分別占該鏈堿基總數(shù) 的 ( )
A√3 4%12% B、42%12%
C、58%34% D、34%30%
DNA雙 鏈
G
三 、有 關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
1鏈 2鏈
⑥ 若 a 則 a G+C=a
例 7 :DNA 的一個單鏈中(A+T)/(G+C)=0.4, 上 述
比例在其互補(bǔ)單鏈和整個DNA 分子中分別是( )
A、0.4和0.5 B、0√ 和0.4
C、2.5和1.0 D、0.4和1.0
變式：某雙鏈DNA 分子一條鏈上(A+T)/(G+C) 的值為0.3 則在整個DNA 分子中A:T:G:C 為( )
A.1:1:1:1 B.2:2:3:3
C2:3:10:10 D.10:10:3:3
規(guī)律三：在DNA 雙鏈中， 一條單鏈的A+T/G+C 的值，與互
補(bǔ) 鏈 的A+T/G+C 的值及整個DNA 分 子 中A+T/G+C 的值相等。
DNA雙鏈
1鏈 2鏈
三、有關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
補(bǔ)則等，不補(bǔ)則倒
例 8 :DNA 的一個單鏈中(A+G)/(T+C)=0.4,
比例在其互補(bǔ)單鏈和整個DNA 分子中分別是( )
A、0.4和0.5 B、2.5和0.4
C.2 .5和1.0 D 、0.4 和1.0
三、有 關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
規(guī)律四：在DNA 雙鏈中，任意不互補(bǔ)堿基和之比在DNA 的兩
條單鏈中 互 為倒 數(shù)，在整 個DNA 分 子中此比為1
DNA雙 鏈
則 1/b A+G=1
1鏈 2鏈
上述
⑦若
不同生物的DNA 的(A+T)/(G+C) 的值一樣嗎
DNA雙鏈
規(guī)律六：某堿基在雙鏈中所占的比例等于它在
每條單鏈中所占比例的平均值。
規(guī)律五：不同生物的DNA 分子中互補(bǔ)配對的堿基之和的比值 不同，即(A+T)/(G+C) 的值不同，該比值體現(xiàn)了不同生物 DNA 分子的特異性。
⑧A%=1/2(A %+A %)
例 9 :在雙鏈DNA 的一條鏈中A 占22%,另 一 條鏈中 A 占24%,在整個DNA 分子中，A 占 23%
三、有關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
T1
G1
C1
A2
C
G2
不一樣
A1 T2
1 2
例 1 0 :在一個雙鏈DNA 分子中A 占 2 2 % , 則A 在其 中一條單鏈中的數(shù)值能確定嗎
能確定范圍嗎 不能
能確定范圍，0%≤A ≤44%;
三、有關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
規(guī)律七：若已知A 在雙鏈中所占的比例為c%, 則A 在單鏈
中所占的比例無法確定，但最大值為2c%, 最小值為0 ;
DNA雙 鏈
例 1 1 :在某雙鏈DNA 中，堿基總數(shù)為1000,其中腺嘌 呤200個，則該DNA 分子中有1300 個氫鍵； A T
T
A
易錯提醒： G
C
(1)看清單雙鏈：所求的堿基占單鏈中的比例還是 C
G
雙鏈中的比例。 1鏈
2鏈
(2)看清“個”或“對”:題干中給出的數(shù)量是多 少"對”堿基還是多少"個"堿基。
三、有關(guān)DNA 中的堿基計算規(guī)律
規(guī)律八： DNA 分子的總氫鍵數(shù)=2(A-T 堿基對數(shù))+3 (G-C 堿基對數(shù))
DNA雙 鏈
1.DNA 兩條單鏈的堿基數(shù)量關(guān)系是構(gòu)建DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)。
判斷下列相關(guān)表述是否正確。
(1)DNA 兩條單鏈不僅堿基數(shù)量相等，而且都有A、T、G、C 四種堿基。
( 2 ) 在DNA 的雙鏈結(jié)構(gòu)中，堿基的比例總是(A+G)/(T+C)=1。
練習(xí)與應(yīng)用
2.在含有4種堿基的DNA 區(qū)段中，腺嘌呤有a個，占該區(qū)段全部堿
基的比例為b, 則 ( C )
A.b≤0.5
B.b≥0.5
C.胞嘧啶為a(1/2b-1)個
D.胞嘧啶為b(1/2a-1) 個
練習(xí)與應(yīng)用
3.一條DNA 單鏈的序列是5'-GATACC-3', 那么它的互補(bǔ)鏈的序列是
A.5'-CTATGG-3' B.5'-GATACC-3
C.5'-GGTATC-3' D.5'-CCATAG-3'
練習(xí)與應(yīng)用
( C
堿基互補(bǔ)配對原則對遺傳信息的傳遞具有什么意義
DNA的復(fù)制，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，DNA 兩條鏈的堿基
之間有準(zhǔn)確的—一對應(yīng)關(guān)系，保證了遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性。
拓展應(yīng)用

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