高中生物学人教版（2019）必修2 3.2 DNA的结构(共34张PPT)

(共34张PPT)
科学家的实验研究提示了染色体是遗传物质的载体，DNA是主要的遗传物质。作为主要遗传物质的DNA，在分子结构和生物合成的方式上，满足了遗传物质多样化和基本恒定的双重要求。DNA是如何存储遗传信息的呢？
第二节 DNA的结构
DNA双螺旋结构
1
卡哥夫法则
2
萨顿假说：
遗传因子在染色体上
摩尔根:
果蝇杂交实验：
基因在染色体上
“生命的基本特征就是能够储存和传递信息，亦即遗传密码能够代代相传。基因是活细胞的关键组成部分，要懂得什么是生命，就必须知道基因是如何发挥作用的。” ——奥地利 埃尔温·薛定谔《生命是什么——生物细胞的物理学见解》
格里菲思:
肺炎双球菌转化实验
艾弗里:
肺炎双球菌体外转化实验
1952年
赫尔希和蔡斯：噬菌体侵染实验
1866年
1903年
1910年
1928年
1944年
孟德尔:
发表遗传定律相关论文
1869年
米歇尔
F · Miescher 1844-1895
（1）研究伤口脓细胞时从白细胞的细胞核中
分离出一种他称为“核素”（Nuclein，现
称核酸）的化学物质。
（2）生殖细胞富含核酸，核酸在各种细胞中广泛存在。
（3）细胞分裂前核酸含量会显著增加。
米歇尔：
首先发现核酸
1869年
米歇尔：
首先发现核酸
科塞尔
A · Kossel 1853-1927
1901年
1885至1901年间：Kossel和他的学生经水解和化学分析确认发现
核酸含有戊糖、磷酸、嘌呤和嘧啶 。
腺嘌呤：Adenine；鸟嘌呤：Guanine
胞嘧啶：Cytosine；胸腺嘧啶：Thymine；尿嘧啶：Uracil
科塞尔：
核酸含有嘌呤
和嘧啶
科塞尔：
1910年诺贝尔
生理学与医学奖
1869年
米歇尔：
首先发现核酸
1901年
科塞尔：
核酸含有嘌呤
和嘧啶
莱文
P.A.Levene
1869-1940
1934年
1920年： 莱文发现两种不同的核酸，即：DNA和RNA。
莱文：
核酸的基本构成单位是核苷酸
1934年： 莱文发现核酸哥被分解成含有一个嘌呤/嘧啶、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段,这样的组合称为“核苷酸”。
DNA由4种脱氧核苷酸构成
腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
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
脱氧
核糖
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA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
腺嘌呤脱氧核苷酸
脱氧核苷酸的种类
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
5’端
3’端
脱氧核苷酸分子如何形成DNA分子单链？
磷酸二酯键
H2O
DNA单链如何形成
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
不同生物DNA 4种碱基比例关系
DNA 的碱基组成有什么规律？
查格夫对DNA碱基构成的研究
（1）不同生物DNA分子嘌呤与嘧啶的物质的量大致相同。 即A+G=T+C
（2）腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的物质的量大致相同； 鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的物质的量大致相同。
查格夫数据
生物体 A T G C
大肠杆菌 26.0 23.9 24.9 25.2
酵母菌 31.3 32.9 18.7 17.1
鲱鱼 27.8 27.5 22.2 22.5
老鼠 28.6 28.4 21.5 21.5
人类 30.9 29.4 19.9 19.8
数据来自：美国《科学了现者<生物——生命的动力>第二版》上册329页
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
同种生物不同组织碱基组成有何规律？
（1）同种生物不同组织的DNA碱基组成基本相同。
（2）同种生物不同组织的DNA嘌呤与嘧啶的物质的量大致相同。
即A+G：T+C=1:1
精子
胸腺
肝
正常
癌
成分
卡格夫对DNA碱基构成的研究
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
1952年将这一理论分享给沃森和克里克
查格夫
E. Chargaff
1905—2002
DNA分子中嘌呤和嘧啶的总分子数量相等。
腺嘌呤A与胸腺嘧啶T数量相等，鸟嘌呤G与胞嘧啶C数量相等
DNA分子中的碱基A 与T、G与C哥能是配对存在的。
查格夫法则：
查哥夫法则
查格夫对DNA碱基构成的研究
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
查哥夫: 查哥夫法则
1952年将这一理论
分享给沃森和克里克
1950年
1951年
威尔金斯
M. Wilkins
1916-2004
富兰克林
R. E. Franklin
1920-1958
威尔金斯和富兰克林:
X射线衍射法观察到
清晰的DNA衍射图谱
X射线衍射技术
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
①
②
③
④
DNA衍射图谱说明什么问题
H Schmitzer, et al. The Physics Teacher, 2011,49:140-143.
从衍射图谱获取的信息：
①X 形说明DNA结构是螺旋形的；
②菱形说明DNA分子是长链；
③直线的间距是DNA分子重复单元（一个完整的螺旋）的间距；
④缺少了两条直线，是这是因为另一条螺旋的干扰。
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
在DNA分子中碱基如何配对？
同种碱基配对与DNA分子的直径不符。
只有双环和单环之间彼此配对
才能保证双链之间距离相等。
腺嘌呤 A
鸟嘌呤 G
胞嘧啶 C
胸腺嘧啶 T
腺嘌呤 A
胸腺嘧啶 T
鸟嘌呤 G
胞嘧啶 C
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
沃森的笔记 指出存在三个氢键的哥能性
沃森-克里克配对：
一个由两个氢键维系的腺嘌呤-胸腺嘧啶对的形状，竟然与一个至少由两个氢键维系的鸟嘌呤-胞嘧啶对相同。看来，所有的氢键都是自发形成的，不需要人为干预，两个碱基对就会自然呈现出相同的形状。
注：鲍林和科里确认鸟嘌呤和胞嘧啶之间存在三个氢键
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
DNA分子的结构
克里克绘制的
DNA结构草图
DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘绕形成双螺旋结构。
DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。
两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，它的组成有一定的规律，碱基互补配对原则。
双螺旋直径为2nm；螺距3.4nm；
相邻碱基对间距为0.34 nm；
每一个螺旋周期包含10对碱基
DNA双螺旋结构
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
1953年，沃森和克里克使用硬纸板和铁片搭建了 DNA双螺旋结构模型
克里克绘制的
DNA结构草图
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
威尔金斯、克里克和沃森：
1962年诺贝尔生理学与医学奖
瑞典斯德哥尔摩音乐厅，诺贝尔奖颁奖典礼上的合影。
左一：威尔金斯；左三：克里克；右二：沃森
富兰克林于1958年
因卵巢癌去世，无缘诺贝尔奖。
与DNA双螺旋失之交臂的鲍林
莱纳斯·鲍林
Linus. C. Pauling
1901-1994
鲍林和科里1953年发表于
《美国国家科学院院刊》(PNAS)
的文章指出DNA为三螺旋结构。
插图是三螺旋结构的俯视图。
内侧为三条脱氧核糖和磷酸构成的骨架，外侧
为含氮碱基。
沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型
DNA 双螺旋结构示意图
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型
一、DNA双螺旋结构的构建
第2节
DNA的结构
（1）DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A(腺嘌呤）一定与T(胸腺嘧啶）配对；G(鸟嘌呤）一定与C(胞嘧啶）配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。
沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型
二、DNA的结构及其特点
第2节
DNA的结构
1. 结构模型
DNA 双螺旋结构示意图
DNA 分子平面结构示意图
二、DNA的结构
下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
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
5
6
1.多样性
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。
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。
2.特异性
人的基因组约含有30亿个碱基对。
人的DNA分子有多少种排列组合形式：43,000,000,000
二、DNA的结构及其特点
第2节
DNA的结构
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
哥知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。
则在DNA双链中： A = T ， G = C
哥引申为：
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
G2 +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%
三、碱基数目及含量的相关计算
第2节
DNA的结构
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
A1+C1
T1+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 ;
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
三、碱基数目及含量的相关计算
第2节
DNA的结构
练习：
1.若一个DNA分子鸟嘌呤占18%，那么这个DNA分子的腺嘌呤比例是 。
2. 若DNA分子中含有碱基1200个，其中腺嘌呤有280个，那么胞嘧啶的数量有 。
32%
320
三、碱基数目及含量的相关计算
第2节
DNA的结构
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%
练习：
3.在一个双链DNA分子中，含有20%的胸腺嘧啶。已知一条链中的胞嘧啶占该链的20%，则另一条链中的胞嘧啶占该链的多少？
4. 如果一个DNA分子的一条链中C的含量为22%，G的含量为16%，那么整个DNA分子中A占多少？
40%
31%
三、碱基数目及含量的相关计算
第2节
DNA的结构