第二节 DNA分子的结构

(共38张PPT)
课题
基本单位
DNA结构
碱基互补配对原则
构建过程
1、19世纪50年代科学界认识到DNA 的化学组成。
一、DNA双螺旋结构的构建
DNA的基本组成元素有哪些？
C、 H、 O、 N、 P
DNA的基本组成单位是什么？由哪几种物质组成？
脱氧核苷酸 = 含氮碱基 + 脱氧核糖 + 磷酸
含氮碱基：A、T、G、C
2、1951年威尔金斯展示了DNA的X射线的衍射图谱，并且获得相关其数据
3、沃森和克里克提出DNA双螺旋结构的初步构想。
4、1952年查哥夫指出：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量（A=T），鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量(G=C).
5、1953年沃森和克里克发表论文《核酸的分子结构模型－脱氧核糖核酸的一个结构模型》
2、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启示？
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。
涉及的方法主要有：X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。
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。
要善于利用他人的研究成果和经验；
要善于与他人 交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；
研究小组成员在知识背景上最好是互补的；
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DNA双螺旋结构的过程，作为科学家合作的研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你那些启示？
脱氧
核糖
含氮碱基
磷酸
A
G
C
T
DNA的基本单位－脱氧核苷酸
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
1、DNA的化学组成
二、DNA分子的结构
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
脱氧核苷酸的种类
A
腺嘌呤脱氧核苷酸
G
C
T
A
T
G
C
四种脱氧核苷酸聚合形成多核苷酸链
磷酸二酯键
A
G
C
T
2、DNA分子的平面结构
氢键
A
T
G
C
DNA分子是如何维系它的结构稳定性？
①碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；
②碱基对之间的相互作用力
3、DNA的双螺旋结构
构成方式
位置
双螺旋外侧
双螺旋内侧
碱基对
主链(骨架)
1）脱氧核糖与磷酸交替排列；
2）两条主链呈反向平行；
3）盘绕成规则的双螺旋。
1）主链上对应碱基以氢键连结成对；
2）碱基互补配对（A— T，G— C）
4、DNA多样性和特异性
1）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出相同符号A或B，又可以写成A和B，它们由左向右的书写类型有多少种？
四种：AA、BB、AB、BA
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？
4 种 4n(n表示碱基对数)
4000
碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，从而能够储存了大量的遗传信息。
2）特异性
每个DNA分子中的碱基对都有特定排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。
3) 稳定性
DNA分子中的脱氧核糖和磷酸基团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。
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。
则在DNA双链中： A = T ， G = C
可引申为：
①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
A+G=T+C 即A+G/T+C=1
②双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G 2 +C2
=
=
例题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%
③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。
A1+G1
T1 +C1
= a
T2 +C2
A2 +G2
= 1/a
A 1+C1
T 1 +G1
T2 +G2
A2 +C2
=
例题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？
2.5 1 ;
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
④双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+T是整个DNA分子A+T的一半。
A+T
A+T+G+C
A1 +T1 +G1 +C1
A1 +T1
=
=
A2 +T2 +G2 +C2
A2 +T2
=
A1 +T1
（A+T）
1
2
=
=
A2 +T2
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
例题3、某双链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。
24%
（G+C）
1
2
G1 +C1
G2 +C2
=
=
A＋T=54% G+C=46%
例题 4、在含有四种碱基的DNA区段中，有腺嘌呤a个，占该区段全部碱基的比例为b，则 （ )
b≤0.5 B. b≥0.5
C.胞嘧啶为a(1/2－b) D.胞嘧啶为b(1/2 － a)
C
例题5、分析一个DNA分子时，发现30%的脱氧核苷酸含有A，由此可知，该分子中一条链上G含量的最大值可占此链碱基总数的多少？
40%
化学组成单位
双螺旋结构
基本单位——脱氧核苷酸
种类
四种
主要特点
碱基互补配对原则
DNA分子的多样性、特异性和稳定性
①由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
②外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 ，碱基排列在内侧。
③DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
碱基4种、碱基对2种、排列顺序不同
—A —A —C —C— G —G—A— T—
—T —T —G —G —C —C —T —A—
DNA的结构
DNA双螺旋结构的构建
1、某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
2、一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应是_____
3、 DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____
20%
60个
29%
练习：
5.已知在DNA分子中的一条单链(A+G)/(T+C)= m 时,求:
(1)在另一互补链中这一比例是多少
1/m
(2) 这个比例关系在整个分子中又是多少
1
(3)在另一互补链中这一比例是多少
n
(4)这个比例在整个DNA分子中又是多少
n
当在一单链中,如果(A+T)/(G+C)=n 时,求:
6:从某生物组织中提取DNA进行分析,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46% ,又知DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤,问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的 ( )
Ａ、26%　　　 Ｂ、24% 　 Ｃ、14% Ｄ、11%　
A
基础知识简答
1、沃森和克里克于 年提出了著名的 模型，为合理地解释遗传物质的 奠定了基础。
2、DNA又称 ，组成它的基本单位是
（由一分子 、一分子 、一分子 组成）。组成DNA的碱基共有 种（符号表示为 ），脱氧核苷共有 种（名称是① 、② 、
③ 、④ ）。
1953
DNA双螺旋
各种功能
脱氧核糖核酸
脱氧核苷酸
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
4
A T G C
4
胞嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
4、下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
P
P
P
P
A
C
T
G
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
脱氧核糖
磷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
有关DNA中的碱基计算
1、与DNA结构有关的碱基计算
（A+G）/（T+C）=
（A+C）/（T+G）=
1
1
①
两条链不互补的碱基之和相等。
（A+G）/（A+T+G+C）=
1 / 2
②
两链中不互补的碱基和与两链碱基总数之比等于50%（1/2）。
（A1+T1）/（A2+T2）=
（G1+C1）/（G2+C2）=
（A1+G1）/（T1+C1）= a，
则（A2+G2）/（T2+C2）=
1
1
1 / a
③
④
一条链中互补碱基的和等于另一条链中互补碱基的和。
一条链中不互补碱基的和之比等于另一条链中这种比值的倒数。
（A+T）/（A+T+G+C）=a，
则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=
a
⑤
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。
二、DNA分子的结构
DNA的基本组成元素有哪些？
C、 H、 O、 N、 P
DNA的基本组成单位是什么？由哪几种物质组成？
脱氧核苷酸 = 含氮碱基 + 脱氧核糖 + 磷酸
脱氧
核糖
含氮碱基
磷酸
脱氧核苷
脱氧核苷酸
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%
③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。
A1+G1
T1 +C1
= a
A 1+C1
T 1 +G1
T2 +G2
A2 +C2
=
④双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+T是整个DNA分子A+T的一半。
A+T
A+T+G+C
A1 +T1 +G1 +C1
A1 +T1
=
=
A2 +T2 +G2 +C2
A2 +T2
=
A1 +T1
（A+T）
1
2
=
=
A2 +T2
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
T2 +C2
A2 +G2
= 1/a
同理：
G+C
A+T+G+C
=
=
A1 +T1 +G1 +C1
G1 +C 1
A2 +T2 +G2 +C2
G2 +C2
（G+C）
1
2
G1 +C1
G2 +C2
=
=
3、某双链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。
24%
4、某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的34%，其中一条链上的C占该链碱基总数的28%，那么，对应的另一条互补链上的C占该链碱基总数的比例是多少？
38%