3.2 DNA的结构 课件 (共32张PPT)

(共32张PPT)
第2节
DNA的结构
SW生老师
1.DNA的基本单位：
脱氧核苷酸
3.核苷酸的组成：
2.元素组成：
C、H、O、N、P
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
T 胸腺嘧啶
4.含氮碱基
回顾
一分子磷酸基团、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。你知道为什么将它作为高科技的标志吗
上网查阅有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。
问题探讨
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA结构的主要特点
DNA结构的特性
DNA分子结构中的数量关系
制作DNA双螺旋模型
目录
20世纪30年代
1951年
1952年
根据查哥夫的发现
1953年
科学家认识到DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基。
威尔金斯和富兰克林获得了DNA-X射线的衍射图谱。沃森和克里克据此搭建出很多种不同的DNA双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定了。
查哥夫提出了查哥夫法则：在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。（A=T , G=C）
沃森和克里克重新构建模型：将碱基安排在双螺旋内部，将磷酸-脱氧核糖骨架排在螺旋外部，A与T配对，G与C配对，DNA的两条链的方向是相反的。
沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构一脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。
DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的。
M.Wilkins
R.E.Franklin
“X”形意味着DNA分子是螺旋的
富兰克林和威尔金斯给DNA拍了多张Ｘ射线衍射图谱，他们发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
DNA衍射图谱
来源 碱基的相对含量 腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T
人 30.9 19.9 19.8 29.4
牛 27.9 22.7 22.1 27.3
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9
大肠杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6
奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）发现：在DNA中，腺嘌呤（A）的量等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量等于胞嘧啶(C)的量。
查哥夫
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克基于威尔金斯和富兰克林的DNA衍射图谱和查哥夫定律，最终成功构建DNA双螺旋结构模型。
沃森（左）和克里克（右）
1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森
思考 讨论
1.请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。
（1）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
（2）DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
DNA是由两条链构成的。这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律：A与T配对；G与C配对。
2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？
思考 讨论
★要善于利用他人的研究成果和经验；
★要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；
★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。
C
T
T
G
A
C
A
G
5’
5’
3’
3’
（1）由_____条单链按_________
方式盘旋成________结构。
反向平行
双螺旋
2
5’
3’
5’
3’
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
3',5'-磷酸二酯键
有一个游离的磷酸基团，称作5′-端
有一个羟基(-OH)，称作3′-端
二、DNA结构的主要特点
磷酸
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
（2）外侧：___________和______交替连接，构成基本骨架；内侧:______
碱基
脱氧核糖
（3）碱基互补配对原则
两条链上的碱基通过 连接形成 ，且A只和 配对、G只和 配对，碱基之间的一一对应的关系，就叫作 。
氢键
T
C
碱基互补配对原则
碱基对
碱基对
氢键
1、多样性
①DNA分子中碱基对排列顺序多种多样；
②每个碱基对有4种可能性；
③n个碱基对的排列顺序是4n种。
eg. 100个碱基对的排列顺序是4100种
三、DNA结构的特性
2、特异性
每种DNA有区别于其他的DNA的特定的碱基排列顺序。
3、稳定性
①DNA分子的结构相对稳定，一般不容易改变；
②DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替排列的顺序稳定不变，碱基对的数量和排列顺序稳定不变。
③两条链间碱基互补配对的方式不变。
C、G的比例越高，双螺旋结构越稳定，热稳定性越强。
目的要求
通过制作模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。
材料用具
1.制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时,须注意各分子的大小比例。
2.磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。
3.制作两条长链时，注意每条链上碱基总数要一致，碱基对间应是互补配对的，两条链方向是相反的。
模型设计
四 、制作DNA双螺旋模型
成果展示
1、DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
2、DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
3、你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
（1）靠DNA碱基对之间的氢键维系两条链的偶联；
（2）在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力。
从碱基互补配对原则出发去思考。
五、DNA分子结构中的数量关系
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
注意：
A1＝T2、T1＝A2、G1＝C2、C1＝G2
1、双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T、C＝G，且嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
2、DNA双链中，两个不互补的碱基之和占碱基总数的比值相等，并为碱基总数的，即(A＋G)/(A＋G＋T＋C)＝(T＋C)/(A＋G＋T＋C)＝(A＋C)/(A＋G＋T＋C)＝(T＋G)/(A＋G＋T＋C)＝。
例1、一个DNA分子含有200个碱基，其中腺嘌呤（A）有40个，则G有多少个（ ）
A. 10个 B. 40个 C.50个 D. 60个
例2、一个DNA分子含有100个碱基对，其中腺嘌呤（A）有40个，则G有多少个（ ）
A. 10个 B. 40个 C.50个 D. 60个
例3、在一条DNA双链中，碱基总数为50个，其中A有10个，那么T+G占碱基总数的多少多少？
D
D
1/2
3、双链DNA分子中，任意两个不互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，双链中为1。即：
一条链上：(A1＋C1)/(T1＋G1)＝a
互补链上：(A2＋C2)/(T2＋G2)＝1/a
双链中：(A＋C)/(T＋G)＝1
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
注意：
A1＝T2、T1＝A2、G1＝C2、C1＝G2
4、双链DNA分子中，任意两个互补碱基之和的比值在任意一条链及整个DNA分子中都相等。即：
一条链上：(A1＋T1)/(C1＋G1)＝b
互补链上：(A2＋T2)/(C2＋G2)＝b
双链中：(A＋T)/(C＋G)＝b
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
注意：
A1＝T2、T1＝A2、G1＝C2、C1＝G2
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
注意：
A1＝T2、T1＝A2、G1＝C2、C1＝G2
5、不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即（A＋T）/（C+G）的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
注意：
A1＝T2、T1＝A2、G1＝C2、C1＝G2
6、若＝b%，则＝%
7、若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例无法确定，但最大值为2c%，最小值为0。
例4、某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。下列叙述正确的是( )
A．该DNA分子的另一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4
B．该DNA分子共有腺嘌呤60个
C．该DNA分子共有鸟嘌呤160个
D．其中一条链中(A＋G)/(T＋C)＝4/6，则双链中(A＋G)/(T＋C)＝6/4
B
例5、某DNA分子中，胞嘧啶与鸟嘌呤共占碱基总量的46%，其中一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的28%，则另一条链上腺嘌呤占此链碱基总数的比例为( )
A．46%　B．26% C．54%　D．24%
B
例6、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DNA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的关系图，下列正确的是( )
C
课堂小结
课后练习
1. DNA两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基。（ ）
(2)在DNA的双链结构中，碱基的比例总是(A+G)/(T+C)=1。（ ）
√
√
2.下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩的名称。
①_____________
②_____________
③_____________
④_____________
⑤_____________
⑥_____________
⑦_____________
⑧_____________
⑨_____________
⑩_____________
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
脱氧核糖
磷酸
脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
3.在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b，则 （ ）
A. b≤0.5 B.b≥0.5
C. 胞密定为a(1/2b-1)个 D. 胞密定为b(1/2a-1)个
4.一条DNA单链的序列是5'-GATACC-3'，那么它的互补链的序列是 ( ）
A. 5'-CTATGG-3'
B. 5'-GATACC-3'
C. 5'-GGTATC-3'
D. 5'-CCATAG-3'
C
C