3.2 DNA的结构 课件（31张ppt）【新教材】2020-2021学年高一生物人教版（2019）必修二

DNA的结构
The structure of DNA
沃森和克里克
目录
01
02
03
DNA双螺旋结构模型的构建
DNA的结构
习题巩固
Construction of DNA double helix structure model
The structure of DNA
Exercises to consolidate
在确信DNA是生物体的遗传物质之后，人们更迫切的想知道：
DNA是怎样储存遗传信息的？
又是怎样决定生物性状的？
要回答这些问题，
首先需要弄清楚DNA的结构。
结构决定功能
DNA双螺旋结构模型的构建
01
Construction of DNA double helix structure model
回顾对DNA的认识
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
1.DNA的基本单位：
脱氧核苷酸
3.核苷酸的组成
2.元素组成：
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
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
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
A
磷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
C
磷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
T
磷酸
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
G
磷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
20世纪初
1951-1952
1952
1951年
DNA的结构单位：
四种脱氧核苷酸
科赛尔、琼斯、列文
沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构，
尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败
（配对违反化学规律）
物理模型
X射线衍射技术
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
查哥夫
在DNA中，
腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T），
鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
DNA双螺旋结构模型的构建
01
03
02
DNA具有恒定的直径
能解释A、T、C、G的数量关系
制作的模型与基于拍摄的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符
DNA双螺旋结构模型的构建
重新构建模型：
碱基安排在双螺旋内部（A与T配对，C与G配对），
脱氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部。
DNA两条链方向相反。
T
C
G
A
A
G
C
T
DNA双螺旋结构模型的构建
英国《自然》杂志同时刊登了三篇论文，一篇是沃森和克里克的、一篇是威尔金斯的、一篇是富兰克林的。1962年，沃森、克里克、威尔金斯同时获得了诺贝尔生理学或医学奖。
1953年4月25日
沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型
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。
思考·讨论
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？
★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。
DNA的结构
02
The structure of DNA
DNA的结构
5’
A
T
G
C
T
A
C
G
3’
5’
3’
CH2
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
4’
3’
2’
1’
3',5'-磷酸二酯键
（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’
DNA的结构
磷酸
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
和 交替连接，构成基本骨架；
(2) 外侧：
碱基
内侧:
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
氢键
T
C
碱基互补配对原则
碱基对
碱基对
DNA的结构
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定。
DNA的结构
(4) 总结：
氢键
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
碱基对
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、T、C、G
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
氢键关系:
A=T G≡C
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。
18
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？
44000
2.特异性：
碱基对的特定排列顺序。
3.稳定性：
1.多样性：
①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成；
②内部碱基对稳定——通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对
原则，加强稳定性；
③空间结构稳定——规则的双螺旋结构；
DNA的结构特性
碱基对的排列顺序的千变万化。
DNA杂交技术的应用
DNA杂交技术可以用于两个物种亲缘关系的判断，若两个物种的DNA样本经处理后形成的DNA互补区段越多，则两个物种的亲缘关系_____。
越近
DNA的计算
(1)一个双链DNA分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，即A+G=T+C。
注意：一个双链DNA分子中，A+T与C+G不一定相等，而且一般都不相等。
在双链DNA分子中：∵ A = T G = C
∴A+G =T+C
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）/（G+C）的值不同。该比值体现了不同生物的DNA分子的特异性。
DNA的计算
在双链DNA分子中：∵ A = T G = C
∴A+G =T+C
(2)在DNA双链中，任意两个非互补碱基和的比例_______，
并为碱基总数的_____。
恒等
50%
也可写成：
∴A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T)
=
A+G
T+C
T+G
A+C
=1
A+C
T+G
T+C
A+G
=
=
=50%
非互补碱基：不配对的碱基
任意两个非互补碱基和的比例为1，则可能为双链
若为双链，则任意两个非互补碱基和的比例为1
DNA的计算
（3）双链DNA分子中，A+T或G+C占在全部碱基中所占的比例等于任何
一条单链中A+T或G+C所占的比例。
设A1+G1+C1+T1=m，则A2+G2+C2+T2=m
∴ A+G+C+T=2m
∵ A1 = T2、 T1 = A2 ,则A1+T1=A2+T2 , A+T=(A1+T1)+(A2+T2)
A+T
2m
m
A1 +T1
m
A2 +T2
=
=
故
DNA的计算
(4)在双链DNA分子的两条互补链中，非互补碱基之和的比例__________。
互为倒数
A1+G1
T1+C1
在一条链中，
= m
A1+G1
T1+C1
则，
= m
=
T2+C2
A2+G2
A2+G2
T2+C2
在互补链中，
= 1/m
(5)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+T
G+C
G1+C1
A1 +T1
G2+C2
A2 +T2
=
=
补则等，不补则倒
(6)在双链DNA分子中，某碱基在双链中所占的比例，等于此种
碱基在两条链中比值的______。
一半
A
A+T+G+C
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
A1 +A2
A1+T1+G1+C1
A2
A1+T1+G1+C1
A1
A1+T1+G1+C1
A
(A+T+G+C)×1/2
=
=
=
=
A
A+T+G+C
( )
1/2
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
+
+
=
+
DNA的计算
（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 ；
例题、在一个双链DNA分子中A占22%，
则A在其中一条单链中的数值能确定吗？
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
能确定范围，0%≤A1≤44%
DNA的计算
例题、A与T之间有 个氢键，G与C之间有 个氢键。若碱基对数
为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为 ；
若已知G有m个，则氢键数为 。
2
3
3n-m
2n+m
（8）DNA分子的总氢键数=
DNA的计算
2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
习题巩固
03
Exercises to consolidate
习题巩固
T
G
2
A
4
C
T
3
A
A
T
1
5’
3’
9
11
5
6
7
10
8
1.下面是DNA的分子的结构模式图，
说出图中1-10的名称。
1. 胞嘧啶 2. 腺嘌呤
3. 鸟嘌呤 4. 胸腺嘧啶
5. 脱氧核糖 6. 磷酸
7. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
8. 碱基对 9. 氢键
10. 一条脱氧核苷酸链的片段
11.磷酸二酯键
习题巩固
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_____
1.某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
20%
60个
3.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？
0.4 0.4
4.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
5.从某生物组织中提取DNA进行分析，其4种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%。又知该DNA的一条链(H链)，所含的碱基中有28%是腺嘌呤，问与H链互补的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的( )
A.42% B.27% C.26% D.14%
C
6.从某生物组织提取的DNA成分中，鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基含量的46%，已知1号链的碱基中28%是腺嘌呤，22%是胞嘧啶。
（1）全部碱基中腺嘌呤占_____%
（2）与1号链相对应的2号链中，腺嘌呤占该链全部碱基_____%
27
26
习题巩固
课时作业