3.2 DNA分子的结构

1、 这是这是2020世纪继爱因斯坦发现相对论之后的又一世纪继爱因斯坦发现相对论之后的又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入分子的层划时代发现，它标志着生物学的研究进入分子的层次。因为这项次。因为这项“生物科学中最具有革命性的发现生物科学中最具有革命性的发现”，两位科学家获得了两位科学家获得了19621962年度诺贝尔生理学或医学奖。年度诺贝尔生理学或医学奖。 1953年，美国科学年，美国科学家沃森和英国科学家克家沃森和英国科学家克里克，共同提出了里克，共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型分子的双螺旋结构模型。一、一、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建1、沃森、克里克在构建模型

2、过程中，利用、沃森、克里克在构建模型过程中，利用他人哪些经验和成果？他人哪些经验和成果？1）、）、DNA物质组成物质组成2）、维尔金斯、富兰克林）、维尔金斯、富兰克林DNA X射线衍射线衍 射图谱及有关数据射图谱及有关数据3）、查可夫）、查可夫碱基量的关系：碱基量的关系：AT CG1951年，生物物理学家威尔金斯用年，生物物理学家威尔金斯用X射线衍射线衍射技术射技术对对DNA结构进行研究，发现结构进行研究，发现DNA是一种是一种螺旋结构螺旋结构。女物理学家富兰克林在女物理学家富兰克林在1951年底拍到年底拍到了一张十分清晰的了一张十分清晰的DNA的的X射线衍射照片射线衍射照片。(英，英，R.E

3、.Franklin, 19201958）脱氧核苷酸脱氧核苷酸1、DNA的化学组成基本单位：基本单位：P脱氧核糖含氮碱基磷酸脱氧核糖含氮碱基脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸元素组成：元素组成：C H O N P 组成脱氧核苷酸的碱基碱基：胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（）胸腺嘧啶（T）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（）鸟嘌呤（G）因此，脱氧核苷酸也有因此，脱氧核苷酸也有4种种腺膘呤脱氧核苷酸腺膘呤脱氧核苷酸A胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸C鸟膘呤脱氧核苷酸鸟膘呤脱氧核苷酸GT胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸ATGC磷酸二酯键磷酸二酯键AGCT氢键氢键碱基互补配对原则碱基互补配对原则 A与与T配对配对

4、 ；G与与C配对配对 AACCGGATTTGGCCTAAT之间形成之间形成2个氢键个氢键CG之间形成之间形成3个氢键个氢键DNA碱碱基基互互补补配配对对情情况况图图解解以下四个双链以下四个双链DNA分子中分子中A. A占25% B. T占30% C. G占40% D. C占15% DNA平面结构基本单位基本单位：脱氧核苷酸脱氧核苷酸AATTGCATDNA分子的结构特点一分子的结构特点一DNADNA双链反向平行：双链反向平行： 双核苷酸链的外侧骨架双核苷酸链的外侧骨架一条为：一条为： 磷磷脱脱磷磷脱；脱；另一条为：脱另一条为：脱磷磷脱脱磷；磷； 两条链上的两条链上的脱氧核苷酸数目相等，长度一样，

5、排列脱氧核苷酸数目相等，长度一样，排列反向平行。反向平行。 1.由由2条链按条链按反向平行反向平行方式盘绕成双螺旋结方式盘绕成双螺旋结构；构；AAATTTGGGGCCCATC两条长链上的两条长链上的脱氧核脱氧核糖与磷酸交替排列糖与磷酸交替排列的的顺序顺序稳定不变，稳定不变，具有具有结构的结构的。DNA分子的结构特点二分子的结构特点二AAATTTGGGGCCCATC比较不同组的比较不同组的DNA模型有什么不同？模型有什么不同？DNA中的中的遗传信息遗传信息蕴藏在哪儿蕴藏在哪儿?【思考】【思考】碱基对的排列顺碱基对的排列顺序不同序不同碱基对的排列顺序碱基对的排列顺序中中AAATTTGGGGCCCA

6、TC长链中的长链中的碱基对的排碱基对的排列顺序列顺序千变万化，具千变万化，具有有DNA分子的结构特点三分子的结构特点三以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的DNADNA照片。照片。DNADNA的空间结构的空间结构DNA的结构模式图从图中可见DNA具有规则的双螺旋空间结构放大DNADNA的空间结构的空间结构（1 1） DNADNA分子是有分子是有 条链组成，条链组成， 盘盘旋成旋成 结构。结构。AAATTTGGGGCCCATCDNA分子的结构特点分子的结构特点（3）内侧：两条链上的）内侧：两条链上的碱基通过碱基通过 连结起连结起来，形成来，形成 ，且遵，且遵循循 原

7、则。原则。氢键氢键碱基互补配对碱基互补配对碱基对碱基对（2）外侧：）外侧：脱氧核糖和脱氧核糖和磷酸磷酸交替连接形成交替连接形成 键键 构成构成 ；双螺旋双螺旋反向平行反向平行2 2请完成请完成DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构构成方式构成方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1）脱氧核糖与）脱氧核糖与磷酸交替排列；磷酸交替排列；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）主链上对应碱基）主链上对应碱基以氢键连结成对；以氢键连结成对；2）碱基互补配对）碱基互补配对（AT，GC）；）；DNA的特性：的特性： 1

8、 1、稳定性稳定性(双螺旋结构双螺旋结构) 2 2、多样性：、多样性：碱基对的碱基对的数目数目和和排列顺序排列顺序不同；不同； 3 3、特异性：、特异性：不同的不同的DNADNA有特定的碱基对排列有特定的碱基对排列顺序顺序 不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。 一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。因此生物体也具有因此生物体也具有稳定性、稳定性、多样性多样性和和特异性。特异性。化学组成：化学组成：基本组成单位：四种脱氧核苷酸基本组成单位：四种脱氧核苷酸一分子含氮碱基一分子含氮碱基一分子脱氧核糖一分子脱氧核糖一分子磷酸一分子磷酸空间结构

9、空间结构规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构两条脱氧核苷酸长链两条脱氧核苷酸长链碱基对碱基对氢键氢键碱基互补配对原则碱基互补配对原则分子结构的多样性分子结构的多样性, ,稳定性和特异性稳定性和特异性碱基互补配对原则的应用碱基互补配对原则的应用设设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

10、：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 A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2G G 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链A AG=TG=TC AC AC=TC=TGG即（即（A AGG）（）（T TC C） （A AC C）（）（T TGG）11H链链h链链（互补链）（互补链）双链双链（DNA分子）分子）配对配对碱基碱基非非配对碱配对碱基基A + GT + CA + TG + Caabba1【课堂反馈课堂反馈】1 1下面是下面是DNADNA的分子结构模式图，说出图中的分子结构模式图，说出图中1 11010的的名称。名称。 123

11、45678109GTCA1. 胞嘧啶胞嘧啶2. 腺嘌呤腺嘌呤3. 鸟嘌呤鸟嘌呤4. 胸腺嘧啶胸腺嘧啶5. 脱氧核糖脱氧核糖6. 磷酸磷酸7. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸8. 碱基对碱基对9. 氢键氢键10. 一条脱氧核苷酸链的片段一条脱氧核苷酸链的片段拓展题： 你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。 A T ，G C A+T+G+C=1 A + G T + C A + G T C （ ） （ ） 50也可以写成以下形式：

12、也可以写成以下形式：A + GT C1（ ）（ ）（ ）（ ）规律概括：在规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之双链中，任意两个不互补碱基之和和 ，并为碱基总数的，并为碱基总数的 。A+T+C+GA+T+C+GA + C T + GA + C T + G相等相等501 1、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，G G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%2 2、在、在DNADNA的一个单链中，的一个单链中，A+G/T+C=0.4A+G

13、/T+C=0.4，上，上述比例在其互补链和整个述比例在其互补链和整个DNADNA分子中分别是多少？分子中分别是多少？若若DNADNA的一个单链中，的一个单链中，A+T/G+C=0.4A+T/G+C=0.4，上述比，上述比例在其互补链和整个例在其互补链和整个DNADNA分子中分别是多少？分子中分别是多少？2.5 1 ; 2.5 1 ; 0.4 0.40.4 0.43 3、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，A A与与T T之和占整个之和占整个DNADNA碱基总数的碱基总数的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。求另一条链上链上

14、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。解析一：解析一：设设DNADNA分子碱基总数为分子碱基总数为100100.已知：已知：A+T=54A+T=54，则，则G+C=46G+C=46所以，所以，G G1 1+C+C 1 1 =G =G 2 2 +C +C 2 2 =23 =23已知：已知：G G 1 1 = =10022%=1112所以所以, C 2=G 1=11则则: G 2=2311=12G 2A 2 +T 2 +G 2 +C 2=1212100= 24%解析二解析二:已知已知A+T总总= 54%,则则= 46%G+C总总所以所以G1+C 11/2总总= 46%.

15、已知已知1/2总总G 1= 22%所以所以1/2总总C 1= 46%22%= 24%因为因为 G2=C1所以所以1/2总总G 2= 24%24%24%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，占该区段全部碱基的比例为个，占该区段全部碱基的比例为b b，则，则 （ ) ) b0.5 B. b0.5b0.5 B. b0.5C.C.胞嘧啶为胞嘧啶为a(1/2ba(1/2b1) D.1) D.胞嘧啶为胞嘧啶为b(1/2a b(1/2a 1)1)C C5 5、某某DNA分子中含有分子中含有 30%的腺嘌呤，则该的腺嘌呤，则该DNA分子分子的一条链上鸟

16、的一条链上鸟 嘌呤嘌呤最多最多可占此链碱基总数的可占此链碱基总数的_。 40%6 6、双链、双链DNADNA分子的一个片段中，含有腺分子的一个片段中，含有腺嘌嘌呤呤200200个，个，占占DNADNA分子碱基总数的分子碱基总数的2020，则这个片段中含胞嘧啶，则这个片段中含胞嘧啶（ ） A A150150个个 B B200200个个 C C400400个个 D D300300个个D7、一个、一个DNA分子的分子的一条链一条链（a链）上，腺嘌呤链）上，腺嘌呤A比鸟嘌呤比鸟嘌呤G多多40，该链腺嘌呤该链腺嘌呤A与鸟嘌呤与鸟嘌呤G之和占之和占DNA分子碱基总数分子碱基总数的的24，则此则此DNA分子

17、的另一条链（分子的另一条链（b链）上，胸腺嘧啶链）上，胸腺嘧啶T占该链碱基的数目多少？占该链碱基的数目多少？A1+G1=48%（单（单1） A1=G1+40%G1G1+40%G1+G1=48% G1=20%A1=48%20288 8、由、由120120个碱基组成的个碱基组成的DNADNA分子片段，可因其碱基分子片段，可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息，其种对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息，其种类数最多可达类数最多可达 （ ） A A、4 4120 120 B B、1201204 4 C C、4 460 60 D D、60604 4C C5.5.已知在已知在DNADNA分子中

18、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多少这个比例关系在整个分子中又是多少? ?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? ?n6:6:从某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, ,其四种碱基数的比例其四种碱基数的比例 是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的是鸟嘌呤与

19、胞嘧啶之和占全部碱基数的46% ,46% ,又知又知DNADNA的的 一条链一条链(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, ,问与问与H H链相对应链相对应 的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的 ( )( )、26%26%、24% 24% 、14% 14% 、11%11%A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: :基础知识简答基础知识简答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 模型，模型，为合理地解释遗传物质的为合理地解释遗传物质的 奠定了基础。奠定了基础。2、DNA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