人教版生物必修讲义第二节DNA分子的结构(高考总复习).

1、课题课题 基本基本 单位单位 DNADNA结结 构构 碱基互补配对碱基互补配对 原则原则 构建构建 过程过程 1、19世纪世纪50年代科学界认识到年代科学界认识到DNA 的化学组成。的化学组成。 一、一、DNADNA双螺旋结构的构建双螺旋结构的构建 DNADNA的基本组成元素有哪些？的基本组成元素有哪些？ C、 H、 O、 N、 P DNADNA的基本组成单位是什么？由哪几种物质组成？的基本组成单位是什么？由哪几种物质组成？ 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 = = 含氮碱基含氮碱基 + + 脱氧核糖脱氧核糖 + + 磷酸磷酸 含氮碱基：含氮碱基：A A、T T、G G、C C 2、1951年威尔金斯展示

2、了年威尔金斯展示了DNA的的X射线的衍射图谱，射线的衍射图谱， 并且获得相关其数据并且获得相关其数据 3、沃森和克里克提出、沃森和克里克提出DNA双螺旋结构的初步构想。双螺旋结构的初步构想。 4、1952年查哥夫指出：腺嘌呤年查哥夫指出：腺嘌呤(A)的量总是等于胸的量总是等于胸 腺嘧啶腺嘧啶(T)的量（的量（A=T），鸟嘌呤），鸟嘌呤(G)的量总是等于的量总是等于 胞嘧啶胞嘧啶(C)的量的量(G=C). 5、1953年沃森和年沃森和 克里克发表论文克里克发表论文 核酸的分子结核酸的分子结 构模型脱氧核构模型脱氧核 糖核酸的一个结糖核酸的一个结 构模型构模型 2、上述资料中涉及到那些学科的知识和

3、、上述资料中涉及到那些学科的知识和 方法？这对你理解生物科学的发展有什么方法？这对你理解生物科学的发展有什么 启示？启示？ 主要涉及了物理学（主要是晶体学），生物化主要涉及了物理学（主要是晶体学），生物化 学、数学和分子生物学等学科的知识。学、数学和分子生物学等学科的知识。 涉及的方法主要有：涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，射线衍射结构分析方法， 其中包括数学计算法；构建模型的方法等等。其中包括数学计算法；构建模型的方法等等。 现代科学技术中许多成果的取得都是多学科交现代科学技术中许多成果的取得都是多学科交 叉运用的结果；反过来，多学科交叉的运用，又会叉运用的结果；反过来，多学科交叉

4、的运用，又会 促进学科的发展，诞生新的边缘学科，如生物化学、促进学科的发展，诞生新的边缘学科，如生物化学、 生物物理学等。生物物理学等。 要善于利用他人的研究成果和经验；要善于利用他人的研究成果和经验； 要善于与他人要善于与他人 交流和沟通，闪光的思想是在交交流和沟通，闪光的思想是在交 流与撞击中获得的；流与撞击中获得的； 研究小组成员在知识背景上最好是互补的；研究小组成员在知识背景上最好是互补的； 对所从事的研究要有兴趣和激情等。对所从事的研究要有兴趣和激情等。 3、沃森和克里克默契配合，发现、沃森和克里克默契配合，发现DNA双双 螺旋结构的过程，作为科学家合作的研究螺旋结构的过程，作为科学

5、家合作的研究 的典范，在科学界传为佳话。他们的这种的典范，在科学界传为佳话。他们的这种 工作方式给予你那些启示？工作方式给予你那些启示？ 脱氧脱氧 核糖核糖 含氮碱基含氮碱基 磷酸磷酸 A G C T DNA的基本单位 腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶 1 1、DNADNA的化学组成的化学组成 二、二、DNADNA分子的结构分子的结构 鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸 A 腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸 G C T A T G C 磷酸二酯键磷酸二酯键 A G C T 氢键氢键 A T G C DNA

6、 DNA分子是分子是 如何维系它的如何维系它的 结构稳定性？结构稳定性？ 碱基对之间碱基对之间 的氢键维系两的氢键维系两 条链的偶联；条链的偶联； 碱基对之碱基对之 间的相互作用间的相互作用 力力 3 3、DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构 构构 成成 方方 式式 位置位置双螺旋外侧双螺旋外侧双螺旋内侧双螺旋内侧 碱基对碱基对 主链主链(骨架骨架) 1 1）脱氧核糖与磷）脱氧核糖与磷 酸交替排列；酸交替排列； 2）两条主链呈）两条主链呈 反向平行；反向平行； 3）盘绕成规则）盘绕成规则 的双螺旋。的双螺旋。 1 1）主链上对应碱）主链上对应碱 基以基以氢键氢键连结成连结成 对；对； 2 2）

7、碱基互补配对）碱基互补配对 （A A T T，G G C C） 4 4、DNADNA多样性和特异性多样性和特异性 1 1）多样性）多样性 同学们尝试两个符号牌的排列方式，这两个符号牌可以写同学们尝试两个符号牌的排列方式，这两个符号牌可以写 出相同符号出相同符号A A或或B B，又可以写成，又可以写成A A和和B B，它们由左向右的书写类型，它们由左向右的书写类型 有多少种？有多少种？ 四种：四种：AAAA、BBBB、ABAB、BABA 在生物体内，一个最短在生物体内，一个最短DNADNA分子也大约有分子也大约有40004000个碱基对，个碱基对， 碱基对有：碱基对有：A AT T、T TA A

8、、G GC C、C CG G。请同学们计算。请同学们计算DNADNA分子分子 有多少种？有多少种？ 4 种种 4n(n表示碱基对数表示碱基对数) 4000 碱基对排列顺序的千变万化，构成了碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNADNA分子分子 的多样性，从而能够储存了大量的遗传信息。的多样性，从而能够储存了大量的遗传信息。 2 2）特异性）特异性 每个每个DNADNA分子中的碱基对都有分子中的碱基对都有特定排列顺序特定排列顺序， 又构成了每一个又构成了每一个DNADNA分子的特异性。分子的特异性。 3) 3) 稳定性稳定性 DNA DNA分子中的分子中的脱氧核糖脱氧核糖和和磷酸基团磷酸基团交替连

9、接的交替连接的 方式不变，两条链之间碱基互补配对的方式不变。方式不变，两条链之间碱基互补配对的方式不变。 设设DNADNA一条链为一条链为1 1链，互补链为链，互补链为2 2链。根据碱基互补配对原则链。根据碱基互补配对原则 可知：可知：A A1 1=T=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， GG2 2 =C =C1 1。 则在则在DNADNA双链中：双链中： A = T A = T ， G = CG = C 可引申为：可引申为： 嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数 A+G=T+C A+G=T+C 即即A+G/T+C=1A+G/T

10、+C=1 双链双链DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C等于其中任何等于其中任何 一条链的一条链的A+T/G+CA+T/G+C。 A A 1 1T T 2 2 T T 1 1A A2 2 GG 1 1C C 2 2 C C 1 1 GG 2 2 DNADNA双链双链 A+TA+T G+CG+C A A1 1+T+T1 1 GG1 1+C+C1 1 A A2 2 +T +T2 2 G G 2 2 +C +C2 2 = = = 例题例题1 1、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？ 解析：解析：因为 因为DNADNA分子中，分子中

11、，A+G=T+CA+G=T+C。所以，。所以，A=50%A=50%23%=27%23%=27% 双链双链DNADNA分子中，互补的两条链中分子中，互补的两条链中A+G/T+CA+G/T+C互互 为倒数。为倒数。 A A1 1+G+G1 1 T T1 1 +C +C1 1 = a = a T T2 2 +C +C2 2 A A2 2 +G +G2 2 = 1/a = 1/a A A 1 1+C1+C1 T T 1 1 +G +G1 1 T T2 2 +G +G2 2 A A2 2 +C +C2 2 = = 例题例题2 2、在、在DNADNA的一个单链中，的一个单链中， A+G/T+C=0.4A+

12、G/T+C=0.4，上述比例在其，上述比例在其 互补链和整个互补链和整个DNADNA分子中分别是分子中分别是 多少？多少？ 2.5 1 ; 2.5 1 ; A A 1 1T T 2 2 T T 1 1A A2 2 GG 1 1C C 2 2 C C 1 1 GG 2 2 DNADNA 双链双链 双链双链DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整个占整个 DNADNA分子碱基总数的百分比等于其中任分子碱基总数的百分比等于其中任 何一条链中何一条链中A+TA+T占该链碱基总数的百分占该链碱基总数的百分 比，其中任何一条链比，其中任何一条链A+TA+T是整个是整个DNADNA分分 子子A+TA+T

13、的一半。的一半。 A+TA+T A+T+G+CA+T+G+CA A1 1 +T +T1 1 +G +G1 1 +C +C1 1 A A1 1 +T +T1 1 = = = A A2 2 +T +T2 2 +G+G2 2 +C +C2 2 A A2 2 +T +T2 2 = = A A1 1 +T +T1 1（A+TA+T） 1 1 2 2 = = =A A2 2 +T+T2 2 A A 1 1T T 2 2 T T 1 1A A2 2 GG 1 1C C 2 2 C C 1 1 GG 2 2 DNADNA双链双链 例题例题3 3、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，A A与与T T之和占

14、整个之和占整个DNADNA碱基总数碱基总数 的的54%54%，其中一条链上，其中一条链上G G占该链碱基总数的占该链碱基总数的22%22%。求另一条链上。求另一条链上 G G占其所在链碱基总数的百分含量。占其所在链碱基总数的百分含量。 24%24% （G+CG+C） 1 1 2 2 GG1 1 +C +C1 1GG2 2 +C +C2 2= = = A AT=54% G+C=46% T=54% G+C=46% 例题例题 4 4、在含有四种碱基的、在含有四种碱基的DNADNA区段中，有腺嘌呤区段中，有腺嘌呤a a个，个， 占该区段全部碱基的比例为占该区段全部碱基的比例为b b，则，则 （ ) )

15、 b0.5 B. b0.5b0.5 B. b0.5 C.C.胞嘧啶为胞嘧啶为a(1/2a(1/2b) D.b) D.胞嘧啶为胞嘧啶为b(1/2 b(1/2 a)a) C C 例题例题5 5、分析一个、分析一个DNADNA分子时，发现分子时，发现30%30%的脱氧核苷酸含的脱氧核苷酸含 有有A A，由此可知，该分子中一条链上，由此可知，该分子中一条链上GG含量的最大值可占此含量的最大值可占此 链碱基总数的多少？链碱基总数的多少？ 40%40% 化学组化学组 成单位成单位 双双 螺螺 旋旋 结结 构构 基本单位基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸 种类种类四种四种 主要主要 特点特点 碱基互补配对碱基互补

16、配对 原则原则 DNADNA分子的多分子的多 样性、特异性样性、特异性 和稳定性和稳定性 由两条反向平行的脱氧核苷酸长链由两条反向平行的脱氧核苷酸长链 盘旋而成。盘旋而成。 外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构 成基本骨架成基本骨架 ，碱基排列在内侧。，碱基排列在内侧。 DNADNA分子两条链上的碱基通过氢键分子两条链上的碱基通过氢键 连接成碱基对。连接成碱基对。 碱基碱基4 4种、碱基对种、碱基对2 2种、排种、排 列顺序不同列顺序不同 A A A A C C C C G G GGA A T T T T T T G G G G C C C C T T A A DNAD

17、NA 的的 结结 构构 DNADNA双螺旋结构的构建双螺旋结构的构建 1 1、某双链、某双链DNADNA分子的碱基中，鸟嘌呤分子的碱基中，鸟嘌呤 占占30%30%，则胸腺嘧啶为，则胸腺嘧啶为_ 2 2、一个、一个DNADNA分子的碱基中，腺嘌呤占分子的碱基中，腺嘌呤占 20%20%，那么在含有，那么在含有100100个碱基对的个碱基对的DNADNA分分 子中，胞嘧啶应是子中，胞嘧啶应是_ 3 3、 DNADNA分子的一条单链中，分子的一条单链中，A=20%A=20%， T=22%T=22%，求整个，求整个DNADNA分子中分子中G= _G= _ 20% 60个个 29% 5.5.已知在已知在D

18、NADNA分子中的一条单链分子中的一条单链 (A+G)/(T+C)= m(A+G)/(T+C)= m 时时, ,求求: : (1)(1)在另一互补链中这一比例是多少在另一互补链中这一比例是多少? ? 1/m (2) (2) 这个比例关系在整个分子中又是这个比例关系在整个分子中又是 多少多少? ? 1 (3)(3)在另一互补链中这一比例是多少在另一互补链中这一比例是多少? ?n (4)(4)这个比例在整个这个比例在整个DNADNA分子中又是多少分子中又是多少? ? n 当在一单链中当在一单链中, ,如果如果(A+T)/(G+C)=n(A+T)/(G+C)=n 时时, , 求求: : 6:6:从某

19、生物组织中提取从某生物组织中提取DNADNA进行分析进行分析, ,其其 四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之 和占全部碱基数的和占全部碱基数的46% ,46% ,又知又知DNADNA的一条的一条 链链(H(H链链) )所含的碱基中所含的碱基中28%28%是腺嘌呤是腺嘌呤, ,问问 与与H H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链相对应的另一条链中腺嘌呤占该 链全部碱基数的链全部碱基数的 ( )( ) 、26%26% 、24% 24% 、14% 14% 、11%11% A 基础知识简答基础知识简答 1 1、沃森和克里克于、沃森和克里克于 年提出了著名的年提出了著名的 模

20、型，为合理地解释遗传物质的模型，为合理地解释遗传物质的 奠定了基础。奠定了基础。 2 2、DNADNA又称又称 ，组成它的基本单位是，组成它的基本单位是 （由一分子（由一分子 、一分子、一分子 、 一分子一分子 组成）。组成组成）。组成DNADNA的碱基共有的碱基共有 种种 （符号表示为（符号表示为 ），脱氧核苷共有），脱氧核苷共有 种（名称是种（名称是 、 、 、 ）。）。 1953 1953 DNADNA双螺旋双螺旋 各种功能各种功能 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖 含氮碱基含氮碱基 4 4 A T G CA T G C4 4 胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶

21、脱氧核苷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸 4 4、下图是、下图是DNADNA分子结构模式图，用文字填出分子结构模式图，用文字填出1 11010的名称。的名称。 P P P P A C T G1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 胞嘧啶（胞嘧啶（C C）腺嘌呤（腺嘌呤（A A） 鸟嘌呤（鸟嘌呤（GG）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T） 脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸 碱基对碱基对 氢键氢键 一条脱氧核苷酸链的片段一条脱氧核苷酸链的片段 有关有关DNA

22、中的碱基计算中的碱基计算 1、与、与DNA结构有关的碱基计算结构有关的碱基计算 （A+GA+G）/ /（T+CT+C）= =（A+CA+C）/ /（T+GT+G）= = 1 1 1 两条链两条链不互补的碱基不互补的碱基之和相等。之和相等。 （A+GA+G）/ /（A+T+G+CA+T+G+C）= =1 / 21 / 2 两链中不互补的碱基和与两链碱两链中不互补的碱基和与两链碱 基总数之比等于基总数之比等于50%50%（1/21/2）。）。 （A1+T1）/（A2+T2）= （G1+C1）/（G2+C2）= （A1+G1）/（T1+C1）= a， 则（则（A2+G2）/（T2+C2）= 1 1

23、1 / a 一条链中一条链中互补碱基互补碱基的和等于另一条链中的和等于另一条链中 互补碱基的和。互补碱基的和。 一条链中一条链中不互补碱基不互补碱基的和之比等于另一的和之比等于另一 条链中这种比值的倒数。条链中这种比值的倒数。 （A+T）/（A+T+G+C）=a， 则（则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）= a 两条链中互补碱基和与两条链碱基总数两条链中互补碱基和与两条链碱基总数 之比，与任意一条链的这种比值相等。之比，与任意一条链的这种比值相等。 二、二、DNADNA分子的结构分子的结构 DNADNA的基本组成元素有哪些？的基本组成元素有哪些？ C、 H、 O、 N、 P DNADN

24、A的基本组成单位是什么？由哪几种物质的基本组成单位是什么？由哪几种物质 组成？组成？ 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 = = 含氮碱基含氮碱基 + + 脱氧核糖脱氧核糖 + + 磷酸磷酸 脱氧脱氧 核糖核糖 含氮碱基含氮碱基 磷酸磷酸 脱氧核苷脱氧核苷 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 1 1、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？ 解析：解析：因为因为DNADNA分子中，分子中，A+G=T+CA+G=T+C。所以，。所以， A=50%A=50%23%=27%23%=27% 双链双链DNADNA分子中，互补的两条链中分子中，互补的两条链中A+G/T+CA+G/T+C互互 为倒数。为倒数。 A A1 1+G+G1 1 T T1 1 +C +C1 1 = a = a A A 1 1+C1+C1 T T 1 1 +G +G1 1 T T2 2 +G +G2 2 A A2 2 +C +C2 2 = = 双链双链DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整个占整个DNADNA 分子碱基总数的百分比等于其中任何一分子碱基总数的百分比等于其中任何一 条链中条链中A+TA+T占该链碱基总数的百分比，占该链碱基总数的百分比， 其中任何一条链其中任何一条链A+TA+T是整个是整个DNADNA分子分子 A+T