DNA分子的结构

(共33张PPT)
第2节 DNA分子的结构
是世界上曾获得两次诺贝尔奖的四位得主之一,也是唯一一位两次独自获奖的得主：诺贝尔化学奖和和平奖
L.C.Pauling （1901－1994）
美国加州理工学院
氨基酸链的α螺旋状结构
富兰克琳（R.E.Franklin）
（1920－1958年）
威尔金斯（M.Willikins）
（1916－2004年）
Franklin拍摄的
DNA的X衍射图
Franklin是最早认定DNA具有双螺旋结构的科学家，不仅运用X射线衍射技术拍摄到了清晰而优美的DNA照片，为探明其结构提供了重要依据，她还精确地计算出DNA分子内部结构的轴向与距离。
英国　伦敦国王学院
克里克（ Francis Crick）
沃森（James Watson）
英国 剑桥大学卡文迪什实验室
（1916－2004年）
（1928－ ）
背景
当时科学界对DNA的认识是：DNA分子是以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四种碱基。
请写出DNA的基本单位，并尝试连接成长链。
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1’
2’
3’
4’
含氮碱基
脱氧
核糖
磷酸
5’
DNA的基本单位——脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
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(4种)
A
脱氧
核糖
磷酸
G
脱氧
核糖
磷酸
C
脱氧
核糖
磷酸
T
脱氧
核糖
磷酸
3’
含氮碱基
脱氧
核糖
磷酸
5’
DNA的基本单位——脱氧核苷酸
.
.
.
.
.
.
脱氧核苷酸连接成长链
3’
含氮碱基
脱氧
核糖
磷酸
5’
3’
含氮碱基
脱氧
核糖
磷酸
5’
3’
含氮碱基
脱氧
核糖
磷酸
5’
脱氧核苷酸之间靠磷酸连接（3,5-磷酸二酯键）
资料一
1951年11月，沃森听了富兰克林关于DNA结构的学术报告。随后沃森和克里克以富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA分子呈螺旋结构。但由于沃森过于自信，在听报告时没做任何笔记，记不清富兰克林测量的DNA样品中水的精确含量。两人就这样带着这一关键性的错误信息开始了充满激情的工作。几星期后，沃森和克里克构建出三螺旋结构模型。
这个模型很快被威尔金斯和富兰克林否定了。因为DNA分子中水的含量几乎是沃森假定的十倍。
资料二
1953年2月8日，克里克和沃森从威尔金斯那里拿到了一份关于DNA研究报告的副本。这份报告里面有许多重要的线索，其中包括DNA的结构具有特殊的对称性。意味着DNA分子是由反向的两条链组成。
1953年2月14日，在富兰克林不知情的情况下，威尔金斯对沃森出示了一幅富兰克林于1952年5月获得的B-型DNA清晰X射线衍射照片。根据X射线的数据和密度的测量表明：DNA是双螺旋结构，碱基位于双螺旋内侧，脱氧核糖—磷酸骨架在外侧。
O
A
P
O
T
P
O
C
P
O
G
P
资料三
T
C
A
G
内侧的碱基之间如何配对呢？沃森和克里克首先想到的是同种碱基配对，可是，有化学家指出他们的这种配对方式违反了化学规律。
美国生物化学家查哥夫（Erwin Chargaff）
A = T G = C
T
C
A
G
氢键
保存于纽约科学博物馆的模型
1953年2月28日，第一个DNA双螺旋结构的分子模型终于诞生了
DNA空间结构模型的诞生
　 整个发现过程，就如同一个猜谜游戏，沃森和克里克利用别人已提供的线索，在最快的时间内求得了正确答案。难怪布拉格在为《双螺旋》写序时戏称他俩是“站在巨人的脚趾上”，用该书译者的话来说，他们连爬上巨人肩膀上的功夫都没花，此言妙极。有人可能会说他们不劳而获，其实是混淆了艰苦的工作与艰苦的思维之间的关系。沃森和克里克的成功凭借的是一种稀缺的想像力，而不是艰苦的实验数据收集，这决不是投机取巧。对此，别人只能望尘莫及。
沃森、克里克、威尔金斯获1962年的诺贝尔生理学或医学奖
富兰克林(1920-1958),死于卵巢癌
二、DNA分子的结构
C
A
T
G
G
T
A
C
由磷酸和脱氧核糖在外侧构成基本骨架：
内侧碱基：氢键
DNA分子的立体结构
三、尝试制作DNA双螺旋结构模型
预期目标：
能够结合DNA双螺旋结构模型的制作过程，从以下几方面概述DNA分子结构的主要特点：
1.DNA基本单位怎样连接成长链？
2.两条链的位置关系？怎样在模型上体现？
3.碱基通过什么结构连接形成碱基对？碱基配对遵循的原则？
4.螺旋方式有几种？
特别提醒：碱基的排列顺序是一定的吗？
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
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
1
1
①
双链中两个不互补的碱基之和相等。
推理：
两链中不互补的碱基和与两链碱基总数之比等于50%（1/2）。
推论：
=
T + C
A + G
=
T + G
A + C
=
A+T+G+C
A+G
2
1
1
1
②
一条链中互补碱基的和等于另一条链中对应的互补碱基的和。
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。
A1+G 1
T 1 +C 1
T 2 +C 2
A 2 +G 2
=
A 1+C 1
T 1 +G 1
T 2 +G 2
A 2 +C 2
=
T 2 +C 2
A 2 +G 2
③
A1+G 1
T 1 +C 1
= a，则
=
a
1
=
A2+T2
A1+T1
=
G2+C2
G1+C1
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
a
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。
A+T
A+T+G+C
A 1 +T 1 +G 1 +C 1
A 1 +T 1
=
=
A 2 +T 2 +G 2 +C 2
A 2 +T 2
=
A 1 +T 1
（A+T）
1
2
=
=
A 2 +T 2
④
=a，则
A+T+G+C
A+T
=
A1+T1+G1+C1
A1+T1
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
★双链DNA分子中相互配对碱基（A与T、G与C）的和的比值等于其中任何一条链的相应比值。
A + T
G + C
A 1+T 1
G 1+C 1
A 2 +T 2
G 2 +C 2
=
=
同理：
G+C
A+T+G+C
=
=
A 1 +T 1 +G 1 +C 1
G1 +C 1
A 2 +T 2 +G 2 +C 2
G 2 +C 2
（G+C）
1
2
G 1 +C1
G 2 +C 2
=
=
推理：
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
碱基比率的规律性
在双链DNA分子中，根据碱基互补配对原则（即A=T，G=C）可推出以下比例关系：
①常数关系：
（A+G）双链=50﹪，（T+C）双链=50﹪；
A+T+G+C=1；（A+G）/（T+C）=1
②倒数关系：
如某单链中（A+G）/（T+C）= k，则其互补链中（A+G）/（T+C）=1/k。
③等数关系：
（A+T）单链=（A+T）互补链=1/2（A+T）双链
（G+C）单链=（G+C）互补链=1/2（G+C）双链
知识小结
有关DNA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 0.4
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。
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 =
×100×22%=11
1
2
所以, C 2=G 1=11
则: G 2=23–11=12
G 2
A 2 +T 2 +G 2 +C 2
=
12
1
2
×100
=
24%
解析二:
已知
A+T
总
= 54%,
则
= 46%
G+C
总
所以
G1+C 1
1/2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%
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%
5、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(1/2b－1) D.胞嘧啶为b(1/2a － 1)
C
6、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%
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%
4、（2000上海）由120个碱基组成的DNA分子片段，
可因其碱基对组成和序列的不同而携 带不同
的遗传信息，其种类数最多可达 （ ）
A、4120 B、1204 C、460 D、604
C
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
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
当在一单链中,如果(A+T)/(G+C)= n 时,求:
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
3、 DNA的双螺旋结构是由 平行的 长链 而成，
排在外侧的 和 交替连接构成基本骨架，通过 连
接起来的 排列在内侧。碱基对的组成规律是 与 配
对， （A）一定与 （T）配对， （G）
一定与 （C）配对，反之亦然，这种一一对应的关系叫
做 原则。
4、 DNA的碱基只有 种，碱基对只有 种，而分子结构具
有 性，这完全是碱基对的 千变万化的结果。
两条
脱氧核糖核酸
盘旋
脱氧核糖
磷酸
氢键
碱基对
嘌呤
嘧啶
腺嘌呤
胸腺嘧啶
鸟嘌呤
胞嘧啶
碱基互补配对
4
两
多样
排列次序