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第三章 基因的本質(zhì)
第 2 節(jié)：DNA的結(jié)構(gòu)
人教版·必修2
2
DNA的結(jié)構(gòu)
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
DNA的結(jié)構(gòu)
制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
相關(guān)計算
坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑,以它簡潔而獨特的雙螺旋造型吸引著過往行人。你知道為什么將它作為高科技的標志嗎
DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，標志著生物學(xué)的研究進入分子水平，在生物學(xué)的發(fā)展中具有里程碑式的意義。
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是20世紀最為重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，和相對論、量子力學(xué)一起被譽為20世紀最重要三大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
01
問題探討
結(jié)構(gòu) 功能
在確信DNA是遺傳物質(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？
要解答這些問題先要搞清楚DNA的結(jié)構(gòu)
一、
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
1.建立者：
1953年，沃森和克里克
克里克:
物理學(xué)家,對X射線晶體衍射圖譜的分析十分熟悉。能夠幫助沃森理解晶體學(xué)原理。
沃森:
生物學(xué)家，可以幫助克里克理解生物學(xué)的內(nèi)容。
2.建立過程：
資料1：20世紀30年代，科學(xué)家認識到：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、C、G四種堿基。
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
堿基
磷酸
A:腺嘌呤
T:胸腺嘧啶
C:胞嘧啶
G:鳥嘌呤
脫氧(核糖)核苷酸
一、
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
A
G
C
T
腺嘌呤脫氧核苷酸
鳥嘌呤脫氧核苷酸
胸腺嘧啶脫氧核苷酸
胞嘧啶脫氧核苷酸
組成DNA的四種脫氧核苷酸
2.建立過程：
資料2：1951年11月，英國物理學(xué)家威爾金斯（M.Wilkins）和他的同事富蘭克林（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。
M.Wilkins
R.E.Franklin
一、
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
沃森和克里克據(jù)此推算出DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)。
“X”形意味著DNA分子是螺旋的
雙螺旋？三螺旋？
2.建立過程：
一、
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
2.建立過程：
資料3：1952年，奧地利生物化學(xué)家查哥夫（E.Chargaff）發(fā)現(xiàn)：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。
查哥夫法則：
在DNA中，腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量；
鳥嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。
一、
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
腺嘌呤（A）
胸腺嘧啶（T）
鳥嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
2.建立過程：
一、
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
據(jù)此，沃森和克里克構(gòu)建出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
①A-T與G-C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。
②能夠解釋A=T、G=C的數(shù)量關(guān)系。
③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。
2.建立過程：
1953年，沃森和克里克撰寫的論文在英國《自然》雜志上發(fā)表，引起極大的轟動。
1962，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。
一、
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
請你根據(jù)資料回答有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)方面的問題。
（1）DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？
（2）DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別
位于DNA的什么部位呢？
（3）DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什
么部位？
兩條鏈構(gòu)成，按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
DNA的基本骨架包括脫氧核糖和磷酸，它們排列在DNA的外側(cè)。
堿基通過氫鍵連接成堿基對，它們位于DNA的內(nèi)側(cè)。堿基配對有一定的規(guī)律：A與T配對；G與C配對。
思考 討論：
（1）DNA是由___條單鏈組成的，這兩條鏈按______方式盤旋成_______結(jié)構(gòu)反向平行雙螺旋兩CH2HOHHHHH堿基磷酸5’4’3’2’1’二、DNA的結(jié)構(gòu)5’3’5’3’游離的磷酸基團，稱作5′－端一個羥基(—OH)，稱作3′－端
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
脫氧核糖和磷酸交替連接，構(gòu)成基本骨架
(2)外側(cè)：
堿基
內(nèi)側(cè):
(3)堿基互補配對原則
兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接形成堿基對，且A一定與T配對、G一定與C配對，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。
氫鍵
堿基對
二、DNA的結(jié)構(gòu)
(4) 總結(jié)：“54321”
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(zhì)：
兩條長鏈：
一種螺旋：
規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)
磷酸、脫氧核糖、含氮堿基
反向平行的脫氧核苷酸鏈
二、DNA的結(jié)構(gòu)
堿基對的排列順序的千變?nèi)f化。
在生物體內(nèi)，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)們計算該DNA分子可能有多少種？
4 種
4000
（2）特異性
特定的DNA有特定的堿基對排列順序。
（3）穩(wěn)定性
具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
（1）多樣性
二、DNA的結(jié)構(gòu)
DNA的結(jié)構(gòu)特性：
鳥嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
胸腺嘧啶（T）
二、DNA的結(jié)構(gòu)
氫鍵越多，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，即含G、C堿基對比例越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。
雙鏈DNA分子中，嘌呤數(shù)=嘧啶數(shù)。即A+G=T+C
三、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
1、制作原理：
DNA由兩條脫氧核苷酸鏈組成，按反相平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；DNA中的磷酸基團與脫氧核糖交替連接，排列在外側(cè)；堿基依據(jù)堿基互補配對原則通過氫鍵連接成堿基對，排列在內(nèi)側(cè)。
2、制作過程：
脫氧核苷酸模型
核苷酸長鏈模型
DNA平面結(jié)構(gòu)模型
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
三、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
3、注意事項：
（1）制作磷酸、脫氧核糖和含氮堿基的模型材料時需要
注意各分子的大小及比例。
（2）磷酸、脫氧核糖和含氮堿基三者之間的連接部位要
準確。
（3）制作兩條長鏈時注意兩條鏈上的堿基總數(shù)要一致，
互補堿基之間接口要吻合，且這兩條鏈長度要相等、
方向相反。
四、相關(guān)計算
堿基互補配對原則
A與T，G與C配對，
則兩個互補的堿基數(shù)量相等：A=T，G=C
四、相關(guān)計算
相關(guān)推論
（1）規(guī)律1：
一個DNA雙鏈中，則A+G=T+C
即“嘌呤堿基總數(shù)=嘧啶堿基總數(shù)”
或“任意兩個不互補堿基之和恒等于堿基總數(shù)的50%”。
四、相關(guān)計算
相關(guān)推論
（2）規(guī)律2：
DNA雙鏈中，A+T或G+C在全部堿基中所占的比例等于其任意一條單鏈中A+T或C+G所占比例。
m
m
2m
四、相關(guān)計算
相關(guān)推論
（3）規(guī)律3：
DNA雙鏈中，一條單鏈的 的值，
與其互補鏈 的值相等，
也與整個DNA的 的值相等。
“每條單鏈及雙鏈中，互補堿基和之比均相等”
A1+T1
G1+C1
A+T
G+C
A2+T2
G2+C2
四、相關(guān)計算
相關(guān)推論
（4）規(guī)律4：
“兩條單鏈的不互補堿基和之比互為倒數(shù)”
A2+C2
T2+G2
A1+C1
T1+G1
=m
=
m
1
1、DNA分子是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式
盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
2、DNA分子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，且堿基配對具有一
定的規(guī)律：遵循堿基互補配對原則。
4、在DNA雙鏈中，A=T,G=C，且A、T之間形成兩個氫鍵，
G、C之間形成三個氫鍵。
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點：
小結(jié)

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