1、第第2节节 DNA分子的结构分子的结构一、一、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建在生命的旋梯上 沃森和克里沃森和克里克克v19531953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。这是这是20世纪继爱因斯坦发现相对论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
2、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。2 2、沃森和克里克在构建模型的过程中，利用、沃森和克里克在构建模型的过程中，利用了他人的哪些经验和成果？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
3、名生物化学家查哥夫阅读P47-P48资料,回答1.1.沃森和克里克开始研究沃森和克里克开始研究DNADNA结构时，结构时，科学界对科学界对DNADNA已有的认识是什么？已有的认识是什么？3.3.沃森和克里克先后分别提出了怎样的模型？沃森和克里克先后分别提出了怎样的模型？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 P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DNA分子的基本单位A脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸G脱氧脱氧核
4、糖核糖磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖C磷酸磷酸T脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸返回早凋的早凋的“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。DNA衍射图谱构建模型过
5、程构建模型过程脱氧核苷酸的连接脱氧核苷酸的连接P脱氧脱氧核糖核糖含氮碱基含氮碱基P脱氧脱氧核糖核糖含氮碱基含氮碱基磷酸二酯键磷酸二酯键脱一个脱一个H2O DNA双链的构成双链的构成P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP两条链中的碱基是排在两条链中的碱基是排在侧，还是在侧，还是在侧？侧？DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13
6、 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPDNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPDNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPDNA双链双链连接两条链的连接两条链的碱基如何配对碱基如何配对?返回返回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
7、）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)。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果：碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？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。为什么只能是为什么只能是A A配配T T，G G配配C C
8、，不能，不能是是A A配配C C，G G配配T T？(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.(2)A与与T通过两个氢键相连，通过两个氢键相连，G与与C通过三个氢键相连，通过三个氢键相连，使使DNA的结构更加稳定的结构更加稳定.DNA双链双链返回返回二二DNA分子的结构分子的结构1.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结构构3.4nm3.4nm2nm2nm0.34nmPPPPA 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
9、碱基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则。ATGC氢键氢键DNADNA模型分析模型分析AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由两条分子是由两条反向平行反向平行的脱氧核苷酸的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分子的结构特分子的结构特点点AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由两条分子是由两条反
10、向平行反向平行的脱氧核苷酸的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，排列在排列在外外侧，构成侧，构成基本基本骨架骨架；碱基在；碱基在内内侧。侧。DNA分子的结构特点分子的结构特点AAATTTGGGGCCCATCDNA分子的结构特点分子的结构特点返回返回（1）DNA分子是由两条分子是由两条反向平行反向平行的脱氧核苷酸的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，排列在排列在外外侧，构成侧，构成基本基本骨架骨架；碱基在；碱基在内
11、内侧。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。AAATTTGGGGCCCATC 思考1：结构中的哪个结构是稳定不变的?哪个结构是千变万化的？两条长链上的脱两条长链上的脱氧核糖与磷酸交氧核糖与磷酸交替排列的顺序是替排列的顺序是稳定不变的。稳定不变的。长链中的碱基对长链中的碱基对的排列顺序是千的排列顺序是千变万化的。变万化的。三三 DNADNA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
12、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。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。DNADNA分子的结构分子的结构小结小结1.1.化学元素组成：化学元素组成：C H
13、 O N PC H O N P2.2.基本组成单位：基本组成单位：(四种四种)脱氧核苷酸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3.3.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4.4.DNADNA分子特点分子特点:多样性多样性,特异性特异性,稳定性稳定性你学会了吗？你学会了吗？1 1下面是下面是DNADNA的分子结构模式图，说出图中的分子结构模式图，说出图中1 11010的名的名称。称。12345678109GTCA1.胞嘧啶胞嘧啶2.腺嘌呤腺嘌呤3.
14、鸟嘌呤鸟嘌呤4.胸腺嘧啶胸腺嘧啶5.脱氧核糖脱氧核糖6.磷酸磷酸7.胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸8.碱基对碱基对9.氢键氢键10.一条脱氧核苷酸链的片段一条脱氧核苷酸链的片段2.2.判断正误判断正误（1）DNA的核糖核苷酸链反向平行，形成的核糖核苷酸链反向平行，形成双螺旋结构。（双螺旋结构。（）（2）DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替排列而成的。（）氧核糖和磷酸交替排列而成的。（）（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。（对。（）（4）DNA上的碱基对的形成遵循碱基互上的碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即：补
15、配对原则，即：A=U,G=C.()3 3已知已知1 1个个DNADNA分子中有分子中有18001800个碱基对，其中胞嘧啶个碱基对，其中胞嘧啶有有10001000个，这个个，这个DNADNA分子中应含有的脱氧核苷酸的分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是数目和腺嘌呤的数目分别是 （）A A18001800个和个和800800个个 B B18001800个和个和l800l800个个C C36003600个和个和800800个个 D D36003600个和个和36003600个个C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
16、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 完成完成P51课后课后练习练习单击画面继续谢谢！谢谢！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（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：（
17、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链的互补链上相应比例为1 1b b。1 1、某双链、某双链DNADNA分子的碱基中，鸟嘌呤分子的碱基中，鸟嘌呤占占30%30%，则胸腺嘧啶为，则胸腺嘧啶为_2 2、一个、一个DNADNA
18、分子的碱基中，腺嘌呤占分子的碱基中，腺嘌呤占20%20%，那么在含有，那么在含有100100个碱基对的个碱基对的DNADNA分分子中，胞嘧啶应是子中，胞嘧啶应是_3 3、DNADNA分子的一条单链中，分子的一条单链中，A=20%A=20%，T=22%T=22%，求整个，求整个DNADNA分子中分子中G=_G=_ 20%60个个29%5.5.已知在已知在DNADNA分子中的一条单链分子中的一条单链(A+G)/(T+C)=m(A+G)/(T+C)=m 时时,求求:(1)(1)在另一互补链中这一比例是多少在另一互补链中这一比例是多少?1/m(2)(2)这个比例关系在整个分子中又是这个比例关系在整个分
19、子中又是多少多少?1(3)(3)在另一互补链中这一比例是多少在另一互补链中这一比例是多少?n(4)(4)这个比例在整个这个比例在整个DNADNA分子中又是多少分子中又是多少?n当在一单链中当在一单链中,如果如果(A+T)/(G+C)=n(A+T)/(G+C)=n 时时,求求:6:6:从某生物组织中提取从某生物组织中提取DNADNA进行分析进行分析,其其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之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和占全部碱基数的46%,46%,又知又知DNADNA的一条的一条链链(H(H链链)所含的碱基中所含的碱基中28%28%是腺嘌呤是腺嘌呤,问问与与H H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的链全部碱基数的 ()()、26%26%、24%24%、14%14%、11%11%A
