1、DNADNA分子的结构分子的结构一一. DNA的的基本单位基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸 1234含碱基含碱基脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸5A GC T化学元素组成：C H O N PACGT腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸胞嘧啶胞嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸 胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸的种类(4种)A脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸G脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸C脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸T脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸一、一、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建 这是这是20世纪继爱因斯坦发现相对论
2、之后的世纪继爱因斯坦发现相对论之后的又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入分子的层次。因为这项分子的层次。因为这项“生物科学中最具有革生物科学中最具有革命性的发现命性的发现”，两位科学家获得了，两位科学家获得了1962年度诺年度诺贝尔生理学或医学奖。贝尔生理学或医学奖。 1953年，年，美国科学家沃森美国科学家沃森（JD.Watson，1928）和英国科学）和英国科学家克里克（家克里克（F.Crick，19162004），），共共同提出了同提出了DNA分子的双螺旋结构模型。分子的双螺旋结构模型。 1 1、沃森和克里克在构建模型的过程、沃森和克里克在构建
3、模型的过程中，利用了他人的哪些经验和成果？中，利用了他人的哪些经验和成果？（1 1）英国科学家威尔金斯和富兰克林）英国科学家威尔金斯和富兰克林（2 2）奥地利著名生物化学家查哥夫）奥地利著名生物化学家查哥夫 2 2、沃森和克里克在构建模型的过程中，出现、沃森和克里克在构建模型的过程中，出现过哪些错误？他们是如何对待和纠正这些错误的？过哪些错误？他们是如何对待和纠正这些错误的？3 3、上述资料中涉及到哪些学科的知识和方法？、上述资料中涉及到哪些学科的知识和方法？ 4 4、这对理解生物学科的发展有什么启示？、这对理解生物学科的发展有什么启示？在生命的旋梯上 沃森和克里沃森和克里克克v1953195
4、3年年4 4月月2525日，日，克里克和沃森在克里克和沃森在自然自然杂志上杂志上发表了发表了DNA的的双双螺旋结构螺旋结构，从而，从而带来了遗传学的带来了遗传学的彻底变革彻底变革，更宣更宣告了分子生物学告了分子生物学的诞生。的诞生。二二DNADNA分子的结构分子的结构3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？的什么部位？2、DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于它们分别位于DNA的什么部位呢？的什么部位呢？1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？立体结构？下一页下一页D
5、NADNA分子的特点：分子的特点：多样性：多样性：一个最短的一个最短的DNADNA分子也有分子也有40004000个碱基对，可个碱基对，可能的排列方式就有能的排列方式就有4 440004000种。种。特异性：特异性：不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。基对的排列顺序肯定不同。稳定性：稳定性： 中的脱氧核糖和磷酸交替连接的中的脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的原方式不变，两条链间碱基互补配对的原则不变。（即结构的稳定性）则不变。（即结构的稳定性）DNADNA分子碱基对的排列顺序千变万化。分子碱基对的排列顺序千变万化
6、。特定的特定的DNADNA分子具有特定的碱基排列顺序。分子具有特定的碱基排列顺序。下一页设设DNADNA一条链为一条链为1 1链，互补链为链，互补链为2 2链。根据碱基互补配对原则链。根据碱基互补配对原则可知：可知：A A1 1=T=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， GG2 2 =C =C1 1。则在则在DNADNA双链中：双链中： A = T A = T ， G = CG = C可引申为：可引申为：嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1
7、1GG 2 2DNADNA双链双链A AG=TG=TC AC AC=TC=TGG即（即（A AGG）（）（T TC C） （A AC C）（）（T TGG）11双链双链DNADNA分子中，互补的两条链中分子中，互补的两条链中A+G/T+CA+G/T+C互为倒数。互为倒数。T T2 2 + +C C2 2A A2 2 + +GG2 2A A1 1+ +GG1 1T T1 1 + +C C1 1= =T T2 2 + +G G2 2A A2 2 + +C C2 2A A 1 1+ +C C1 1T T1 1 + +G G1 1= =双链双链DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C等于其
8、等于其中任何一条链的中任何一条链的A+T/G+CA+T/G+C。A A1 1+T+T1 1GG1 1+C+C1 1A+TA+TG+CG+C= =A A2 2 +T+T2 2G G 2 2 +C +C2 2= =如果链中的如果链中的AGTCb则链中的则链中的AGTCb双链中双链中AGTC不同生物该比值不同不同生物该比值不同双链双链DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整个占整个DNADNA分子分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+TA+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链条链A+TA+T是整个是整个DNADNA分
9、子分子A+TA+T的一半。的一半。A A1 1 +T +T1 1 +G +G1 1 +C +C1 1A A1 1 +T +T1 1= = =A A2 2 +T +T2 2 +G +G2 2 +C +C2 2A A2 2 +T +T2 2A+TA+TA+T+G+CA+T+G+C= =A A1 1 +T +T1 1（A+TA+T）1 12 2= = =A A2 2 +T+T2 2同理：同理：G+CG+CA+T+G+CA+T+G+C= =A A1 1 +T +T1 1 +G +G1 1 +C +C1 1GG1 1 +C +C 1 1= =A A2 2 +T +T2 2 +G +G2 2 +C +C2
10、 2GG2 2 +C +C2 2（G+CG+C）1 12 2G G1 1 + +C C1 1GG2 2 + +C C2 2= = =下一页下一页1 1、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？解析：解析： 因为因为DNADNA分子中，分子中，A+G=T+CA+G=T+C。所以，。所以，A=50%A=50%23%=27%23%=27%2 2、在、在DNADNA的一个单链中，的一个单链中，A+G/T+C=0.4A+G/T+C=0.4，上，上述比例在其互补链和整个述比例在其互补链和整个DNADNA分子中分别是多少？分子中分别是多少？若若DNADNA
11、的一个单链中，的一个单链中，A+T/G+C=0.4A+T/G+C=0.4，上述比，上述比例在其互补链和整个例在其互补链和整个DNADNA分子中分别是多少？分子中分别是多少？2.5 1 ; 2.5 1 ; 0.4 0.40.4 0.43 3、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，A A与与T T之和占之和占整个整个DNADNA碱基总数的碱基总数的54%54%，其中一条，其中一条链上链上G G占该链碱基总数的占该链碱基总数的22%22%。求另。求另一条链上一条链上G G占其所在链碱基总数的百占其所在链碱基总数的百分含量。分含量。24%24%4 4、某、某DNADNA分子中分子中A+TA+T占整
12、个占整个DNADNA分子碱基总数分子碱基总数的的34%34%，其中一条链上的，其中一条链上的C C占该链碱基总数的占该链碱基总数的28%28%，那么，对应的另一条互补链上的，那么，对应的另一条互补链上的C C占该链占该链碱基总数的比例是多少？碱基总数的比例是多少？38%38%5 5、在含有四种碱基的、在含有四种碱基的DNADNA区段中，有腺嘌呤区段中，有腺嘌呤a a个，占该区段全部碱基的比例为个，占该区段全部碱基的比例为b b，则，则 （ ) ) A.A. b0.5 B. b0.5b0.5 B. b0.5C.C.胞嘧啶为胞嘧啶为a(1/2ba(1/2b1) D.1) D.胞嘧啶为胞嘧啶为b(1
13、/2a b(1/2a 1)1)C C6 6、分析一个、分析一个DNADNA分子时，发现分子时，发现30%30%的脱氧核苷的脱氧核苷酸含有酸含有A A，由此可知，该分子中一条链上，由此可知，该分子中一条链上GG含量的含量的最大值可占此链碱基总数的多少？最大值可占此链碱基总数的多少？40%40%化学组成：化学组成：基本组成单位：四种脱氧核苷酸基本组成单位：四种脱氧核苷酸一分子含氮碱基一分子含氮碱基一分子脱氧核糖一分子脱氧核糖一分子磷酸一分子磷酸空间结构空间结构规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构两条脱氧核苷酸长链两条脱氧核苷酸长链碱基对碱基对氢键氢键碱基互补配对原则碱基互补配对原则分子结构的多样性分子
14、结构的多样性, ,稳定性和特异性稳定性和特异性碱基互补配对原则的应用碱基互补配对原则的应用1 1、碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶、碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？碱不与嘧啶碱配对呢？这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。而是单环化合物，占有空间小。而DNA分子的两条链的距离分子的两条链的距离是固定的。是固定的。2.2.为什么只能是为什么只能是A A配配T T，G G配配C C，不，不能是能是A A配配C C，G G配配T T？(2)A与与T通过两个氢键相连，通过两个氢键相连，G
15、与与C通过通过三个氢键相连，使三个氢键相连，使DNA的结构更加稳定的结构更加稳定.(1)A的量总是等于的量总是等于T的量的量,G的量总是等于的量总是等于C的量的量返回返回早凋的早凋的“科学玫瑰科学玫瑰” 富兰克林富兰克林（ R.E.Franklin） 她和同事威尔金斯她和同事威尔金斯在在19511951年率先采用年率先采用X X射线射线衍射技术拍摄到衍射技术拍摄到D D晶晶体照片，体照片， 但但“科学玫瑰科学玫瑰”没等到没等到分享荣耀，在研究成果被分享荣耀，在研究成果被承认之前就已凋谢。承认之前就已凋谢。(英，英，R.E.Franklin, 19201958） 为推算出为推算出DNADNA分分
16、子呈螺旋结构的结论，子呈螺旋结构的结论，提供了决定性的实验依提供了决定性的实验依据。据。返回返回DNA衍射图谱DNA来源ATGC(A+T)/(G+C)大肠杆菌25.424.8 24.1 25.71.01小麦24.828.0 23.2 22.71.15鼠24.125.6 21.9 22.81.11猪肝25.729.7 20.5 20.51.36猪胸腺26.828.9 20.4 20.71.36猪脾28.029.2 20.4 20.81.36酵母23.232.9 18.7 17.51.54不同来源不同来源DNADNA四种碱基的摩尔比例关系四种碱基的摩尔比例关系根据上表，你会得出什么样的结论？根据上
17、表，你会得出什么样的结论？（1 1）同一生物的不同组织的）同一生物的不同组织的DNADNA碱基组成相同；碱基组成相同；（2 2）几乎所有生物的）几乎所有生物的DNADNA，腺嘌呤（腺嘌呤（A A）的量总是等于胸腺嘧啶（）的量总是等于胸腺嘧啶（T T）的量）的量(A=T)(A=T)，鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）的量总是等于胞嘧啶（）的量总是等于胞嘧啶（C C）的量）的量(G=C)(G=C)。（3 3）不同生物来源的）不同生物来源的DNADNA碱基组成不同，表现碱基组成不同，表现为为A+T/G+CA+T/G+C的比值不同。的比值不同。奥地利著名生物化学家查哥夫研究成果：奥地利著名生物化学家查哥夫研究成
18、果：返回返回DNA的结构模式图从图中可见DNA具有规则的双螺旋空间结构放大DNADNA的空间结构的空间结构下一页下一页下一页下一页返回返回PPPPA AT TC CG GP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPA AC CT TG G磷酸脱氧核糖反向平行反向平行含氮碱基返回返回DNA的平面结构的平面结构碱基对碱基对另一碱基对另一碱基对 嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基碱基对对，且，且A只和只和T配对、配对、C只和只和G配对，这种碱配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配碱基互补配对原则对原
19、则。ATGC氢键氢键沃森和克里克：分子的规则的沃森和克里克：分子的规则的双螺旋双螺旋结构结构3.4nm3.4nm2nm2nm0.34nmAAATTTGGGGCCCATC 你知道右图结构中的哪个结构是稳定不变的哪个结构是千变万化的？两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。DNA中碱基计算的一般规律中碱基计算的一般规律1.1.双链双链DNADNA分子中分子中互补的碱基的量相等互补的碱基的量相等即即A AT T、CCG (G (最基本的规律最基本的规律) ) 3.双链双链DNA分子中两不互补的碱基之和比值相等分子中两不互补的碱基之和比值相等 即（即
20、（A+G）/（T+C）（）（A+C）/（T+G）=12.双链双链DNA分子中任意两不互补的碱基之和占碱基总量的分子中任意两不互补的碱基之和占碱基总量的50 即：（即：（A+C）=（T+G）%=50%4.DNA4.DNA分子的一条链上（分子的一条链上（A+ TA+ T）（）（C+ GC+ G）= a= aDNA分子的一条链上（分子的一条链上（A+ C）/（T+ G）b(通常不等通常不等1)DNADNA分子中（分子中（A+T)/(G+C)A+T)/(G+C)比值等于每条单链中的比值。比值等于每条单链中的比值。 则该链的互补链上相应比例为则该链的互补链上相应比例为a a则该链的互补链上相应比例为则该
21、链的互补链上相应比例为1 1b b。AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由两条分子是由两条反向平行的反向平行的脱氧核苷酸脱氧核苷酸长链盘旋成长链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。DNA分子的结构特点分子的结构特点AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由两条分子是由两条反向平行的反向平行的脱氧核苷酸脱氧核苷酸长链盘旋成长链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成排列在外侧，构成基本基本骨架骨架；碱基在内侧。；碱基在内侧。DNA分子的结构特点分子的结构特点AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA
22、分子是由两条分子是由两条反向平行的反向平行的脱氧核苷酸脱氧核苷酸长链盘旋成长链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成排列在外侧，构成基本基本骨架骨架；碱基在内侧。；碱基在内侧。（3）两条链上的碱基通）两条链上的碱基通过过氢键氢键连结起来，形成连结起来，形成碱基对，且遵循碱基对，且遵循碱基互碱基互补配对原则补配对原则。DNA分子的结构特点分子的结构特点返回返回三、制作三、制作DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型 注意事项注意事项、制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型、制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时材料时,须注意各分子的大小比例。须注意各分子的大小比例。、磷酸脱氧核糖和含氮碱基三者之间的、磷酸脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确。连接部位要正确。、制作两条长链是，注意每条链上碱基、制作两条长链是，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。条链方向是相反的。作业：作业： 做做DNA分子结构分子结构课堂小结课堂小结(元素，基本组成元素，基本组成单位，平面结构，立体结构单位，平面结构，立体结构） 参照参照P50对制作的对制作的DNA双螺旋结构进行双螺旋结构进行交交流讨论流讨论 尝试完成尝试完成P51课后课后练习练习单击画面继续
