DNA分子的结构2015.4.20

1、知识点回顾知识点回顾绝大多数生物（真核生物，原核生物，绝大多数生物（真核生物，原核生物，DNADNA病毒）的病毒）的遗传物质是遗传物质是 ，少数生物（，少数生物（RNARNA病毒）的遗传物病毒）的遗传物是是 。生物体的主要遗传物质是。生物体的主要遗传物质是 。DNADNADNADNARNARNAS S型细菌中存在型细菌中存在“转化因子转化因子”DNADNA是使是使R R型细菌产生稳定遗传变化的物质型细菌产生稳定遗传变化的物质DNADNA是真正的遗传物质是真正的遗传物质DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质19281928年格里菲斯的肺炎双球菌转化实验证明年格里菲斯的肺炎双球菌转化实验证明

2、19441944年艾弗里的体外转化实验证明：年艾弗里的体外转化实验证明： 1952 1952赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染实验赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染实验 DNADNA雕塑雕塑阅读故事，思考回答1.1.沃森和克里克开始研究沃森和克里克开始研究DNADNA结构时，科学界对结构时，科学界对DNADNA已有的认识是什么？已有的认识是什么？ 2.2.沃森、克里克在前人已有的认识上，采用什沃森、克里克在前人已有的认识上，采用什么方法研究么方法研究DNADNA结构？结构？ 3.3.沃森和克里克先后分别提出了怎样的模型？沃森和克里克先后分别提出了怎样的模型？ 资料资料1：20世纪世纪30年代，科学家认识到：组成年

3、代，科学家认识到：组成DNA分子的元素是分子的元素是基本单位是基本单位是 。脱氧核苷酸脱氧核苷酸一、一、DNADNA模型建构模型建构碱基碱基磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖C C、 H H、 O O、 N N、 P PG鸟嘌呤鸟嘌呤A腺嘌呤腺嘌呤T胸腺嘧啶胸腺嘧啶C胞嘧啶胞嘧啶课堂活动课堂活动:画出一个脱氧核苷酸画出一个脱氧核苷酸ACT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G脱氧核苷酸的种类脱氧核苷酸的种类资料资料2：DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。一、一、DN

4、ADNA模型建构模型建构两个脱氧核苷酸通过两个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键磷酸二酯键连接连接X衍射技术是用衍射技术是用X光透过光透过物质的结晶体，使其在物质的结晶体，使其在照片底片上衍射出晶体照片底片上衍射出晶体图案的技术。这个方法图案的技术。这个方法可以用来推测晶体的分可以用来推测晶体的分子排列。子排列。DNA的的X射线衍射图射线衍射图资料资料3： 1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供了供了DNA的的X射线衍射图谱射线衍射图谱 。发现发现DNA是一种是一种 结构结构，且是由且是由不止一条链不止一条链所构成的所构成的螺旋螺旋推算出推算出DNADNA呈螺旋结

5、构呈螺旋结构碱基位于螺旋的外部模型碱基位于螺旋的外部模型失败失败重新构建磷酸重新构建磷酸脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双螺旋（碱基安排在螺旋内部的双螺旋（相同碱基配相同碱基配对对）失败失败【模型建构【模型建构3】 DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP两条链中的碱基是排在两条链中的碱基是排在侧，还是在侧，还是在侧？侧？【模型建构【模型建构3】 DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP

6、4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构【模型建构3】 DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构【模型建构3】 DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构【模型建

7、构3】 DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构【模型建构3】 DNA双链双链连接两条链的连接两条链的碱基如何配对碱基如何配对?资料资料4：1952奥地利著名生物化学家查哥夫研究奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出得出：（1）A=T，G=C。（2)同种生物体细胞中同种生物体细胞中DNA的含量是相同的，不同种生物的含量是相同的，不同种生物的碱基含量是不同的的碱基含量是不同的; 几种生物的几种生物的DNA碱基组成碱基组成(%)组成单位长链19531953年年4 4月月252

8、5日，克里克和沃森在自然杂日，克里克和沃森在自然杂志上发表了志上发表了DNA的的双螺旋结构，从而带来了遗双螺旋结构，从而带来了遗传学的彻底变革传学的彻底变革，更宣告了更宣告了分子生物学分子生物学的诞生。的诞生。3.4nm3.4nm2nm2nm0.34nm【模型建构【模型建构4】 DNA双螺旋结双螺旋结构构碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？啶碱不与嘧啶碱配对呢？这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。而嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。而DNA分分子的两条链的距离

9、是固定的。子的两条链的距离是固定的。为什么只能是为什么只能是A A配配T T，G G配配C C，不能是，不能是A A配配C C，G G配配T T？(1)A的量总是等于的量总是等于T的的量量,G的量总是等于的量总是等于C的的量量.二、二、DNADNA模型分析模型分析1.DNA分子中，外侧由什分子中，外侧由什么连接而成？内侧是什么？么连接而成？内侧是什么？2.两条链之间碱基的连接两条链之间碱基的连接有什么规律？有什么规律？3.构成构成DNA的两条链有怎的两条链有怎样的关系？样的关系？PPPPA AT TC CG GP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPA AC C

10、T TG G磷酸脱氧核糖含氮碱基DNA的平面结构的平面结构102345012345DNADNA模型分析模型分析氢键磷酸二酯酯键AT氢键氢键AT碱基互补配对原则碱基互补配对原则磷酸二磷酸二酯键酯键脱氧核脱氧核苷酸苷酸碱基对碱基对 嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对碱基对，且且A只和只和T配对、配对、C只和只和G配对，这种碱基之间配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则碱基互补配对原则。 思考思考1：结构中结构中的哪个结构是的哪个结构是稳定不变的稳定不变的?哪哪个结构是千变个结构是千变万化的？万化的？ 比较不同组的比较不同组

11、的DNA模型有什么不同模型有什么不同？ DNA中的遗传信息蕴藏在哪儿中的遗传信息蕴藏在哪儿?碱基对的排列顺序不同碱基对的排列顺序不同碱基对的排列顺序中碱基对的排列顺序中【思考【思考2】DNADNA分子的特点：分子的特点：多样性：多样性：一个最短的一个最短的DNADNA分子也有分子也有40004000个碱基对，可个碱基对，可能的排列方式就有能的排列方式就有 特异性：特异性：稳定性：稳定性：中的中的脱氧核糖和磷酸交替连接脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变的方式不变，两条链间，两条链间碱基互补配对碱基互补配对的原则的原则不变。（即结构的稳定性）不变。（即结构的稳定性）DNADNA分子碱基对的排列顺序千

12、变万化。分子碱基对的排列顺序千变万化。特定的特定的DNADNA分子具有特定的碱基排列顺序。分子具有特定的碱基排列顺序。4n(n表示碱基对数表示碱基对数)4 440004000种。种。课堂练习：1、DNA完全水解，得到的化学物质是（ ）A氨基酸，葡萄糖，含氮碱基 B氨基酸，核苷酸，葡萄糖C核糖，含氮碱基，磷酸 D脱氧核糖，含氮碱基，磷酸2、下列制作DNA螺旋模型中，连接正确的是（ ）DD巧学助记巧记DNA的分子结构五(种元素)、四(种碱基或脱氧核苷酸)、三(种物质或小分子)、二(条长链)、一(种双螺旋结构)讨论讨论4:4:上述资料中涉及到哪些学科的知识和方法？这对上述资料中涉及到哪些学科的知识和

13、方法？这对你理解生物科学的发展有什么启示？你理解生物科学的发展有什么启示？讨论讨论5:5:沃森和克里克默契配合，建构了沃森和克里克默契配合，建构了DNA双螺旋结构双螺旋结构模型，作为科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。模型，作为科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。这给予你哪些启示？这给予你哪些启示？1.1.善于学习和借鉴他人的研究成果和经验；善于学习和借鉴他人的研究成果和经验；2.2.善于与他人交流、沟通和合作；善于与他人交流、沟通和合作；3.3.大胆设想，科学推理，百折不挠，锲而不舍的精神。大胆设想，科学推理，百折不挠，锲而不舍的精神。物理学物理学、生物化学生物化学、数学数学和和分子

14、生物学分子生物学；多学科交叉运用，推动了生物学的发展。多学科交叉运用，推动了生物学的发展。子曰：子曰： 三人行必有我师焉。三人行必有我师焉。学学会会学学习习学学会会借借鉴鉴学学会会合合作作请完成请完成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中碱基计算的一

15、般规律中碱基计算的一般规律1.1.双链双链DNADNA分子中分子中互补的碱基的量相等互补的碱基的量相等即即A AT T、CCG (G (最基本的规律最基本的规律) ) 3.双链双链DNA分子中两不互补的碱基之和比值相等分子中两不互补的碱基之和比值相等 即（即（A+G）/（T+C）（）（A+C）/（T+G）=12.双链双链DNA分子中任意两不互补的碱基之和占碱基总量的分子中任意两不互补的碱基之和占碱基总量的50 即：（即：（A+C）=（T+G）%=50%4.DNA4.DNA分子的一条链上（分子的一条链上（A+ TA+ T）（）（C+ GC+ G）= a= aDNA分子的一条链上（分子的一条链上（

16、A+ C）/（T+ G）b(通常不等通常不等1)DNADNA分子中（分子中（A+T)/(G+C)A+T)/(G+C)比值等于每条单链中的比值。比值等于每条单链中的比值。 则该链的互补链上相应比例为则该链的互补链上相应比例为a a则该链的互补链上相应比例为则该链的互补链上相应比例为1 1b b。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。根据碱链。根据碱基互补配对原则基互补配对原则可知：可知： A A1 1 = T= T2 2 A A2 2 = T= T1 1 G G1 1 = C = C2 2 G G2 2 = C = C1 1且在且在DNADNA双链中：双链中：

17、A = T A = T ， G = CG = CA A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学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。中概括出一些规律。A=T G=CA=T G=C A+G=T+CA+G=T+C 也可以写成以下形式：也可以写成以下形式： 规律概括：在规律概括：在DNADNA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

18、碱基总数的 。A+GA+G( )=T+GT+G( )=50%A+GA+G T+C T+C =( )( )( )=( )( )( )=1A+T+G+CA+T+G+CA+CT+GT+GA+C相等相等一半一半7、碱基互补配对原则碱基互补配对原则A+TG+CA2 +T2G2 +C2A1+T1G1+C1=n=n双链双链DNA分子中，两互补碱基相等；任意两个不分子中，两互补碱基相等；任意两个不互补碱基之和恒等，各占碱基总数的互补碱基之和恒等，各占碱基总数的50%,且不互补且不互补碱基之和的比值等于碱基之和的比值等于1( A+G)/(T+C)=(A+C)/(T+G)=(T+C)/(A+G)=(T+G)/(A

19、+C)=1双链双链DNA分子中分子中A+T/G+C等于其中等于其中任何一条链的任何一条链的A+T/G+C。规律总结：规律总结：A1T2T1A2G1CC1G2A=T， C=G A+G=T+C =A+C=T+G= 50%=n双链双链DNA分子中，互补的两条链中分子中，互补的两条链中A+G/T+C互互为倒数。即两不互补碱基之和的比值等于另一互为倒数。即两不互补碱基之和的比值等于另一互补链中这一补链中这一 比值的倒数比值的倒数.1nA2+G2T2+C2=双链双链DNA分子中，分子中，A+T占整个占整个DNA分子碱基分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该占该链

20、碱基总数的百分比。链碱基总数的百分比。A+TA+T+G+C=A1T2T1A2G1C2C1G2A2 +T2 +G2 +C2A2 +T2=A1 +T1 +G1 +C1A1 +T1=m%m%m%T1+C1=n A1+G1有关有关DNA中的碱基计算中的碱基计算1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？解析：因为DNA分子中，A+G=T+C。所以，A=50%23%=27%2、在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？2.5 1 ; 0.4 0.43、某双

21、链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。解析一：设DNA分子碱基总数为100.已知：A+T=54，则G+C=46所以，G1+C 1 =G 2 +C 2 =23已知：G 1 =10022%=1112所以, C 2=G 1=11则: G 2=2311=12G 2A 2 +T 2 +G 2 +C 2=1212100= 24%解析二:已知A+T总= 54%,则= 46%G+C总所以G1+C 11/2总= 46%.已知1/2总G 1= 22%所以1/2总C 1= 46%22%= 24%因为 G2=C1所以1/2总G 2= 24%24%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？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。推导后，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 + G T + C A + G T C （ ） （ ） 50也可以写成以下形式：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+