1、DNADNA雕塑雕塑激光打出的激光打出的DNADNA双螺旋结构双螺旋结构第第2 2节节 DNADNA的结构的结构雅典奥运会开幕式雅典奥运会开幕式北京中关村高科技园区北京中关村高科技园区威尔金斯和富兰克林威尔金斯和富兰克林提供提供_ _DNADNA是以是以4 4种种_为单位连接而成的为单位连接而成的长链，长链，分别含有分别含有_4 4种碱基种碱基沃森和克里克沃森和克里克推算出推算出DNADNA分子呈分子呈_结构结构尝试建立尝试建立多种不同的多种不同的模型：模型：双螺旋、三螺旋双螺旋、三螺旋被否定被否定查哥夫查哥夫提出提出DNADNA分子中分子中A A的的量等于量等于 ,C,C的量等于的量等于 。
2、构建构建DNA DNA 模型模型脱氧核苷酸脱氧核苷酸A A、T T、G G、C CDNADNA衍射图谱衍射图谱螺旋螺旋修正、修正、重建重建验证验证 DNADNA具有恒定的直径；能解释具有恒定的直径；能解释4 4种碱基的数量关系；制作的模型与种碱基的数量关系；制作的模型与DNADNA的的X X射线衍射照片推算出的射线衍射照片推算出的DNADNA双螺旋结构相符。双螺旋结构相符。T TG G一、一、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建 沃森和克里克沃森和克里克双螺旋结构双螺旋结构 阅读课本阅读课本P48-49P48-49内容，填写流程图。内容，填写流程图。沃森和克里克制作的沃森和克里
3、克制作的DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型现存于伦敦科学博物馆现存于伦敦科学博物馆 沃森和克里克默契配合，揭示了沃森和克里克默契配合，揭示了DNADNA的的双螺旋结构，是科学家合双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，他们的这种工作方式给予你作研究的典范，他们的这种工作方式给予你哪些启示？哪些启示？1 1、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；2 2、要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；、要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；3 3、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、研究小组成员在知识背景上最好
4、是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。和激情等。左一：威尔金斯左一：威尔金斯,左三：克里克左三：克里克,左五：沃森左五：沃森 19621962年，年，沃森、克里克和威尔金斯沃森、克里克和威尔金斯三人共同三人共同获得了获得了诺贝尔生理学或医学奖诺贝尔生理学或医学奖。二、二、DNADNA的结构：的结构：55335533(1)DNA(1)DNA是由是由_条条单单链链组成的，这两条链组成的，这两条链按按_平行平行方式盘旋成方式盘旋成双螺旋双螺旋结构结构。(2)DNA(2)DNA中的中的_和和_交替连接，交替连接，排列在排列在外外侧，构成侧，构成基本骨架基本骨架；_排列在排列在内侧。内侧。(3)(3
5、)两条链上的碱基通过两条链上的碱基通过_连接成碱基对，连接成碱基对，并且碱基配对具有一定规律：并且碱基配对具有一定规律：A A一定一定与与_配配对，对，G G一定一定与与_配对。碱基之间的这种一一配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作对应的关系，叫作_。1.DNA1.DNA双螺旋结构双螺旋结构结构的主要特点：结构的主要特点：反向反向两两脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸氢键氢键碱基互补配对碱基互补配对原则原则碱基碱基T TC C氢键氢键二、二、DNADNA的结构的结构553 3 33O OCHCH2 2OHOHH H磷酸基团碱基332 2H HH H1 14 45 5H HH H 脱氧核糖上脱氧核糖上
6、与碱基相连的碳叫作与碱基相连的碳叫作1-C1-C,与磷酸与磷酸基团相连的碳叫作基团相连的碳叫作5-C5-C。DNA DNA的一条单链具有两个末端，一端的一条单链具有两个末端，一端有一个游有一个游离的磷酸基团离的磷酸基团，这一端称作，这一端称作 端端，另一端，另一端有一个有一个羟基（羟基（-OH),-OH),称作称作 端。端。从双链的一端起始，一条单链是从双链的一端起始，一条单链是从从5 5-端到端到3 3-端端的，另一条单链则是从的，另一条单链则是从 的。的。DNA DNA的两条单链走向的两条单链走向 。5-5-3-3-553-3-端到端到5-5-端端相反相反例题例题.下列关于下列关于DNAD
7、NA分子结构的叙述正确的是分子结构的叙述正确的是()A.DNAA.DNA分子是以分子是以4 4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构B.DNAB.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基C.DNAC.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对D.DNAD.DNA分子一条链上的相邻碱基通过分子一条链上的相邻碱基通过磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸相连相连脱氧核糖脱氧核糖-磷酸磷酸-脱氧核糖脱氧核糖C C 要能画出DNA结构片段 一条链上相邻碱基通过一条链上相邻碱基通
8、过 相连。相连。沃森和克里克构建的是沃森和克里克构建的是 模型。模型。DNADNA的初步水解产物为的初步水解产物为4 4种种 ，彻底水解产物，彻底水解产物为磷酸、脱氧核糖、为磷酸、脱氧核糖、4 4种含氮碱基。种含氮碱基。观察分析观察分析物理物理脱氧核苷酸脱氧核苷酸每个每个DNADNA片段中，游离的磷酸基团有片段中，游离的磷酸基团有 个，多数磷酸个，多数磷酸连接连接 个脱氧核糖，多数脱氧核糖与个脱氧核糖，多数脱氧核糖与2 2个磷酸相连。个磷酸相连。两两2 2脱氧核糖脱氧核糖-磷酸磷酸-脱氧核糖脱氧核糖两条链两条链的碱基之间靠的碱基之间靠 连接，连接，A A与与T T形成形成_ _ 个个氢键，氢键
9、，G G与与C C形成形成_个个氢键。氢键。两两三三氢键氢键氢键越多，结合力越强。氢键越多，结合力越强。G G和和C C的含量越多，的含量越多，DNADNA的结构越稳定。的结构越稳定。利用利用提供提供的的材料材料或或纸片、铁丝等纸片、铁丝等构建构建DNADNA双螺旋结构模型。双螺旋结构模型。磷酸磷酸提示：提示：DNADNA平面结构旋转平面结构旋转即可得到一个即可得到一个DNADNA双螺旋双螺旋结构模型。结构模型。合作构建合作构建脱氧核糖脱氧核糖化学键化学键四种碱基四种碱基碱基对的排列顺序碱基对的排列顺序千变万化；千变万化；脱氧核苷酸数目不同。脱氧核苷酸数目不同。由由n n个碱基对构成的个碱基对
10、构成的DNADNA分子，可能具有分子，可能具有 种碱基对排列方式。种碱基对排列方式。(2)(2)特异性特异性：(3)(3)稳定性稳定性：具有规则的双螺旋结构。具有规则的双螺旋结构。(1)(1)多样性：多样性：每个每个DNADNA分子都有特定的碱基排列顺序。分子都有特定的碱基排列顺序。磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对的配对方式不变。碱基对的配对方式不变。2 2、DNADNA的特性的特性4 4n n学以致用 两个随机个体的两个随机个体的DNADNA序列相同的概率微乎序列相同的概率微乎其微。因此，其微。因此，DNADNA可以像指纹一样用来识别身可以像指纹一样用
11、来识别身份，这种方法份，这种方法就是就是DNADNA指纹技术指纹技术。用合适的酶。用合适的酶将样品将样品DNADNA切成片段，再用电泳的方法将这些切成片段，再用电泳的方法将这些片段按大小分开，最后形成片段按大小分开，最后形成DNADNA指纹图。指纹图。（1 1）你能从右面的）你能从右面的DNADNA指纹图判断出怀疑对象指纹图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？中谁是罪犯吗？（2 2）DNADNA指纹技术还有哪些应用？指纹技术还有哪些应用？怀疑对象怀疑对象 1 1亲子鉴定、死者遗骸的鉴定、亲子鉴定、死者遗骸的鉴定、案件侦破案件侦破等。等。建立汶川地震遇难人员身份识别建立汶川地震遇难人员身份识别DNADN
12、A数据库数据库2.某研究小组用下图所示的某研究小组用下图所示的6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物、代表氢键的连接物若干，成功搭建了一个完整的基之间的连接物、代表氢键的连接物若干，成功搭建了一个完整的DNA分子模型，分子模型，模型中有模型中有4个个T 和和6个个G。下列有关说法正确的是（。下列有关说法正确的是（）A.代表氢键的连接物有代表氢键的连接物有24个个 B.代表胞嘧啶的卡片有代表胞嘧啶的卡片有4个个 C.脱氧核糖和磷酸之间的连接物有脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个个 D.理论上能搭建出理论上能搭建出410种不
13、同的种不同的DNA分子模型分子模型1.制作制作DNA双螺旋结构模型时，各双螺旋结构模型时，各“部件部件”间需要连接。右图中连接错误的是间需要连接。右图中连接错误的是()BC巩固练习连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的是连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的是 。磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键在每一种碱基对都数量充足的情况下能搭建出410种种 胞嘧啶（胞嘧啶（C C）腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）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2 2、下图是、下图是DNADNA分
14、子结构模式图，用文字填出分子结构模式图，用文字填出110110的名称。的名称。4 4.一条一条DNADNA单链的序列是单链的序列是5-GATACC-35-GATACC-3，那么它的互补链的序列是，那么它的互补链的序列是()()A.5-CTATGG-3 B.5-GATACC-3 A.5-CTATGG-3 B.5-GATACC-3 C.5-GGTATC-3 D.5-CCATAG-3 C.5-GGTATC-3 D.5-CCATAG-3【课后练习】【课后练习】P P5252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可知：链。根据碱基互补配对原则可知：A
15、 A1 1=T=T2 2 ，T T1 1=A=A2 2，G G1 1=C=C2 2 ，C C1 1=G=G2 2。则在则在双链双链DNADNA中：中：A=T A=T，G=CG=C。三、三、DNADNA分子中的碱基数量的计算分子中的碱基数量的计算A+G=T+C=A+C=T+G=A+G=T+C=A+C=T+G=碱基总数的碱基总数的50%50%例例1 1：某生物细胞：某生物细胞DNADNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占1818%，那么，那么鸟嘌呤的分子数占（鸟嘌呤的分子数占（）A.9 A.9%B.18 B.18%C.32 C.32%D.64 D.64%C C规律规律：在
16、双链在双链DNADNA中中 总数与总数与 总数相等，即总数相等，即A AG G等于等于T TC C嘌呤碱基嘌呤碱基嘧啶碱基嘧啶碱基A A1 1+T+T1 1（A+TA+T）1 12 2=A A2 2 +T+T2 2例例2 2、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占占该链碱基总数的该链碱基总数的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是多少？占其所在链碱基总数的百分含量是多少？24%24%（G+CG+C）1 12 2G G1 1+C+C1 1G
17、G2 2+C+C2 2=A+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1GG1 1+C+C1 1A A2 2+T+T2 2GG2 2+C+C2 2=规律规律：互补碱基之和的比例在任意一条链及整个互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNADNA分子中都相同，即若分子中都相同，即若在一条链中在一条链中(A+T)/(G+C)(A+T)/(G+C)m m，在互补链及整个，在互补链及整个DNADNA分子中分子中(A+T)/(G+C)(A+T)/(G+C)m m。A A1 1+G+G1 1T T1 1+C+C1 1=a=aT T2 2+C+C2 2A A2 2+G+G2 2=1/a=1/aA A1 1+
18、C+C1 1T T1 1+G+G1 1T T2 2+G+G2 2A A2 2+C+C2 2=例例3 3：DNADNA分子中一条单链中，（分子中一条单链中，（A+GA+G）/（T+CT+C）=0.4=0.4，则互补链中则互补链中和整个和整个DNADNA分子中该比值分别是（分子中该比值分别是（）A.0.4A.0.4和和0.6 0.6 B.2.5B.2.5和和1.0 1.0 C.0.4C.0.4和和0.4 0.4 D.0.6D.0.6和和1.01.0B规律规律：非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNADNA分分子中为子中为1 1，即若
19、在，即若在DNADNA分子的一条链中（分子的一条链中（A+GA+G）/（T+CT+C）a a，则在其互补链，则在其互补链中（中（A+GA+G）/（T+CT+C）1/a1/a，而在整个，而在整个DNADNA分子中（分子中（A+GA+G）/（T+CT+C）1 1。A+GA+GT+CT+C=1 11 1下图为一段下图为一段DNADNA空间结构和平面结构示意图，请据图回答：空间结构和平面结构示意图，请据图回答：(1)(1)从图一中可以看出从图一中可以看出DNADNA具有规则的具有规则的 结结构，从图二中可以看出构，从图二中可以看出DNADNA是由是由 条平行且走条平行且走向向 的长链组成。的长链组成。
20、在真核细胞中，在真核细胞中，DNADNA的主的主要载体是要载体是 。(2)(2)图二中图二中1 1代表的化学键为代表的化学键为 。与图二中。与图二中碱基碱基2 2相配对的碱基是相配对的碱基是 (填中文名称填中文名称)；由；由3 3、4 4、5 5组成的结构称为组成的结构称为 脱氧核苷酸。脱氧核苷酸。(3)(3)不同生物双链不同生物双链DNADNA中嘌呤碱基总数与嘧啶碱基中嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数的比值为总数的比值为 。(4)(4)若在一单链中，若在一单链中，(A(AT)/(GT)/(GC)C)n n时，在另一时，在另一互补链中上述比例为互补链中上述比例为 ，在整个，在整个DNADNA中上述中
21、上述比例为比例为 。(5)(5)若含有若含有400400个碱基的某个碱基的某DNADNA片段中，氢键共有片段中，氢键共有550550个，则该个，则该DNADNA片段中腺嘌呤有片段中腺嘌呤有 个。个。双螺旋双螺旋两两相反相反染色体染色体氢键氢键鸟嘌呤鸟嘌呤腺嘌呤腺嘌呤1 1n nn n50502.某研究小组测定了多个不同双链某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是的关系图，下列正确的
22、是()C3.某生物核酸的碱基组成，嘌呤碱基占某生物核酸的碱基组成，嘌呤碱基占52%，嘧啶碱基占，嘧啶碱基占48%，此生物一定，此生物一定不是（不是（）A 噬菌体噬菌体 B 大肠杆菌大肠杆菌 C 青霉青霉 D 烟草花叶病毒烟草花叶病毒A嘌呤不等于嘧啶，含有RNA 3甲生物核酸的碱基组成为嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遗传物质的碱基组成为嘌呤占34%、嘧啶占66%，则甲、乙生物可能是()A发菜、变形虫 B玉米、T2噬菌体C硝化细菌、绵羊 D乳酸菌、SARS病毒答案：D解析：甲生物核酸的碱基组成中嘌呤数不等于嘧啶数，可能是含有DNA和RNA，也可能是只含有RNA一种核酸；乙生物遗传物质的碱基组成
23、中嘌呤数不等于嘧啶数，说明只含有RNA，而上述答案中，只有D中SARS病毒的遗传物质是RNA。DNADNA的双螺的双螺旋结构旋结构两条两条反向平行的反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成脱氧核苷酸长链盘旋而成外侧由外侧由脱氧核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸交替连接构成交替连接构成基本骨架基本骨架，碱基碱基排列在排列在内侧内侧两条链上的碱基通过两条链上的碱基通过氢键氢键连接成碱基对连接成碱基对DNADNA的特性：的特性：多样性、特异性和稳定性多样性、特异性和稳定性第第2 2节节 DNADNA的结构的结构作业：1.完成课本P52练习（第3题）；2.完成练习册练习。DNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建者
24、：者：沃森、克里克沃森、克里克1 1分子脱氧核苷酸由分子脱氧核苷酸由1 1分子分子_+1 1分子分子_+1 1分子分子_构成。构成。2020世纪世纪3030年代，科学家认识到：年代，科学家认识到：DNADNA是由是由4 4种种_为单位连接而成的长链。为单位连接而成的长链。（_种）种）4ATCG腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶磷酸脱氧核糖含氮碱基脱氧核苷酸脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶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一、一、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建 回眸历史回眸历史威尔
25、金斯威尔金斯19511951年年，威尔金斯和富兰克林，威尔金斯和富兰克林用用X X射线衍射技术获得射线衍射技术获得DNADNA衍射图谱衍射图谱19511951年年秋天，美国秋天，美国生物学家生物学家沃森沃森和英国物理学家和英国物理学家克里克克里克首次在首次在剑桥大学卡文迪什实验室剑桥大学卡文迪什实验室相遇。相遇。沃森沃森（右）（右）和克里克（左）和克里克（左）根据威尔金斯和富兰克林提供的根据威尔金斯和富兰克林提供的DNADNA衍射图谱衍射图谱获得获得的数据，的数据，克里克克里克利用物理晶体学原理帮助利用物理晶体学原理帮助沃森推算沃森推算出出DNADNA呈螺旋结构呈螺旋结构，而且不止由一条链构成
26、。，而且不止由一条链构成。沃森和克里沃森和克里克尝试搭建了很多种不同的模型，但都被否定了克尝试搭建了很多种不同的模型，但都被否定了。1952 1952年，年，奥地利生物化学奥地利生物化学家查哥夫家查哥夫访问剑桥大学带来的访问剑桥大学带来的重要信息重要信息：在在DNADNA中，中，腺嘌呤腺嘌呤(A A)的量的量=胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T T)的量的量,鸟鸟嘌呤嘌呤(G G)的量的量=胞嘧啶胞嘧啶(C C)的量。的量。查哥夫查哥夫 得知查哥夫的研究，沃森和克里克得知查哥夫的研究，沃森和克里克又兴奋起来又兴奋起来。科学家。科学家富兰克林富兰克林还发现，还发现，将将DNADNA晶体翻转晶体翻转180180
27、度获得的度获得的X X射线衍射图射线衍射图仍然是一样的。仍然是一样的。沃森与克里克沃森与克里克在获知这在获知这一信息后，一信息后，意识到这两条链的分子应该意识到这两条链的分子应该是反向排列的是反向排列的。沃森和克里克沃森和克里克重新制作模型：重新制作模型：含氮碱基排列在脱氧核苷含氮碱基排列在脱氧核苷酸链的内侧，并让酸链的内侧，并让A A和和T T配对，配对，G G和和C C配对，两条链相配对，两条链相反的反的DNADNA双螺旋结构双螺旋结构模型模型。(AT碱基对与GC碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径。)该模型与该模型与DNADNA衍射图谱完全相符。衍射图谱完全相符
28、。沃森和克里克制作的沃森和克里克制作的DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型沃森（左）和克里克（右）沃森（左）和克里克（右）现存于伦敦科学博物馆现存于伦敦科学博物馆 1953 1953年，沃森年，沃森(2 24 4岁岁)和克里克和克里克(36(36岁岁)，在，在自然自然杂志上发表了论文杂志上发表了论文核酸的分子结构核酸的分子结构脱氧核糖核酸的一个结构模型，引起极大的轰动。脱氧核糖核酸的一个结构模型，引起极大的轰动。左一：威尔金斯左一：威尔金斯 左三：克里克左三：克里克 左五：沃森左五：沃森 19621962年，年，沃森、克里克和威尔金斯沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得了三人共同获得了诺贝尔生理学或医学奖诺贝尔生理学或医学奖。
