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1、DNA分子的结构分子的结构必修必修2 2 第第3 3章章 第第2 2节节高中生物人教版必修二DNA分子结构 v 20042004年年7 7月月2828日，日，“分子分子生物学之父生物学之父”克里克在圣地克里克在圣地牙哥加州大学医院与世长辞，牙哥加州大学医院与世长辞，享年享年8888岁。岁。v 19531953年年4 4月月2525日，日，克里克克里克和和沃森沃森在在自然自然杂志上发杂志上发表了表了DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构，从而，从而带来了遗传学的彻底变革带来了遗传学的彻底变革，更宣告了分子生物学的诞生。更宣告了分子生物学的诞生。v 种瓜为什么能得瓜，就是种瓜为什么能得瓜，就是遗传物
2、质由亲代传给子代的遗传物质由亲代传给子代的结果。遗传物质为什么能自结果。遗传物质为什么能自我复制呢？它是怎样复制的我复制呢？它是怎样复制的呢？这些机理都蕴藏在克里呢？这些机理都蕴藏在克里克和沃森的克和沃森的DNADNA双螺旋结构模双螺旋结构模型的伟大发现之中。型的伟大发现之中。 高中生物人教版必修二DNA分子结构v20世纪初，世纪初，摩尔根摩尔根通过果蝇杂交实验证明通过果蝇杂交实验证明基因位于染色体上基因位于染色体上。v1943年，年，艾弗里艾弗里证明了证明了DNA携带有遗传信息，并认为携带有遗传信息，并认为DNA可能就是基因可能就是基因。v1951年，生物物理学家年，生物物理学家威尔金斯威尔
3、金斯用用X射线衍射技术射线衍射技术对对DNA结结构进行研究，发现构进行研究，发现DNA是一种螺旋结构是一种螺旋结构。v女物理学家女物理学家富兰克林富兰克林在在1951年底拍到了一张十分清晰的年底拍到了一张十分清晰的DNA的的X射线衍射照片射线衍射照片。一、一、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建高中生物人教版必修二DNA分子结构讨论讨论1：1.沃森和克里克在构建沃森和克里克在构建DNA模型过程中，利用了他人的模型过程中，利用了他人的哪些经验和成果？又涉及到哪些学科的知识和方法？而哪些经验和成果？又涉及到哪些学科的知识和方法？而这些，对你理解生物科学的发展以及和各学科的联系有这些
4、，对你理解生物科学的发展以及和各学科的联系有什么启示？什么启示？2.沃森和克里克在构建模型的过程中，出现过哪些错误？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？他们是如何对待和纠正这些错误的？3.沃森和克里克默契配合，发现沃森和克里克默契配合，发现DNA双螺旋结构的过程，双螺旋结构的过程，作为科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们作为科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们这种工作方式给予你哪些启示？这种工作方式给予你哪些启示？高中生物人教版必修二DNA分子结构讨论讨论2：1.DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结是由几条链构成的？它具有怎样的
5、立体结构？构？2.DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于别位于DNA的什么部位呢？的什么部位呢？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的的什么部位？什么部位？高中生物人教版必修二DNA分子结构DNADNA的结构模式图的结构模式图二、二、DNADNA的空间结构的空间结构 以超高分辨率扫描式电子以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的显微镜拍到的DNADNA照片。照片。 从图上可辨认出从图上可辨认出DNADNA是由是由两条链交缠在一起的螺旋结构两条链交缠在一起的螺旋结构高中生物人教版必修二DNA分子结构A腺嘌呤脱氧核苷酸
6、腺嘌呤脱氧核苷酸G鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸C胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸T 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸1、DNA的基本单位的基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A GCT高中生物人教版必修二DNA分子结构AAATTTGGGGCCCATC磷酸脱氧核糖含氮碱基磷酸二酯键脱脱氧氧核核苷苷酸酸2、多脱氧核苷酸链、多脱氧核苷酸链高中生物人教版必修二DNA分子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，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则。ATGC氢键氢键高中生物人教版必修二DNA分
7、子结构AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由分子是由两条两条反向反向平行平行的脱氧核苷酸长的脱氧核苷酸长链链盘旋盘旋成成双螺旋结构双螺旋结构。3、DNA分子的结构特点分子的结构特点高中生物人教版必修二DNA分子结构AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由分子是由两条两条反向反向平行平行的脱氧核苷酸长的脱氧核苷酸长链链盘旋盘旋成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，排核糖和磷酸交替连接，排列在列在外侧外侧，构成，构成基本骨架基本骨架；碱基在碱基在内侧内侧。3、DNA分子的结构特点分子的结构特点高中生物人教版必修二DNA分子结构A
8、AATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由分子是由两条两条反向反向平行平行的脱氧核苷酸长的脱氧核苷酸长链链盘旋盘旋成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，排核糖和磷酸交替连接，排列在列在外侧外侧，构成，构成基本骨架基本骨架；碱基在碱基在内侧内侧。（3）两条链上的碱基通）两条链上的碱基通过过氢键氢键连接起来，形成连接起来，形成碱碱基对基对，且遵循，且遵循碱基互补配碱基互补配对原则对原则。 A-T, C-G 3、DNA分子的结构特点分子的结构特点高中生物人教版必修二DNA分子结构AAATTTGGGGCCCATC你注意到了吗？两条长链上的脱氧核糖与磷
9、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。高中生物人教版必修二DNA分子结构你注意到了吗？ 两条长链上的 脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序及 碱基配对原则是稳定不变的。 长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。（储存大量遗传信息）（储存大量遗传信息） DNA分子的分子的特特异性异性就体现在特定就体现在特定的碱基（对）排列的碱基（对）排列顺序中。顺序中。( (结构的相对稳定性）结构的相对稳定性）高中生物人教版必修二DNA分子结构4、DNA分子的特异性：分子的特异性： 多样性：多样性：DNA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。 一个最短的DNA分子也有4
10、000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。 特异性：特定的特异性：特定的DNA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。 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。 遗传信息：遗传信息： DNA分子中的碱基对排列顺序就代表了遗传信息。分子中的碱基对排列顺序就代表了遗传信息。高中生物人教版必修二DNA分子结构DNADNA分子的结构小结分子的结构小结 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
11、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 分子结构的分子结构的多样性多样性和和特异性特异性高中生物人教版必修二DNA分子结构拓展题：拓展题： 你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。 A T ，G C A + G T + C A + G T C （ ） （ ） 50也可以写成以下形式：也可以写成以下形式：A + GT C1（ ）（ ）（ ）（ ） 规律概括：规律概括：在在DNA双链中，任意两
12、个不互补碱基双链中，任意两个不互补碱基之和之和 ，并为碱基总数的，并为碱基总数的 。A+T+C+GA+T+C+GA + C T + GA + C T + G相等相等50高中生物人教版必修二DNA分子结构DNA分子各种碱基的数量关系分子各种碱基的数量关系 ： 在整个在整个DNA分子中：分子中： A=T、 G=C；A + G = T + C ， A + C= T+ G； (A+G）/（T+C）= 1 DNA分子的分子的一条链中的一条链中的 A + T = 另一条链的另一条链的 T + A ；同理，同理， G + C = C + G 如果一条链中的如果一条链中的 (A+T) / (G+C) = a，
13、则另一条链中的，则另一条链中的(A+T) / (G+C) 比例也是比例也是a；如果一条链中的；如果一条链中的 (A+G) / (T+C) = b,则则另一条链中另一条链中 (A+G) / (T+C)的比例是的比例是 1/b 两个非配对碱基之和占碱基总数的两个非配对碱基之和占碱基总数的50%。即：。即：A + C = T + G = 50 %， A + G = T + C = 50 % 在在DNA分子中一条链中分子中一条链中A+T的和占该链碱基比率等于的和占该链碱基比率等于另一条链中另一条链中A+T的和占该链碱基比率，还等于双链的和占该链碱基比率，还等于双链DNA分子分子中中A+T的和占整个的和
14、占整个DNA分子的碱基比率。分子的碱基比率。即：即： (A1+T1)% = ( A2+T2 )% = 总总 ( A + T )%同理：同理： ( G1+C1)% = ( G2+C2)% = 总总 ( G + C)% m （2 n 1）x高中生物人教版必修二DNA分子结构需记忆的几个重要公式：需记忆的几个重要公式：（1）A = T C = G A + G = C + T = A + C = T + G （嘌呤（嘌呤 = 嘧啶）嘧啶）（2）A1 + T1 A2 + T2 A + T （互补碱基之和之比相等）（互补碱基之和之比相等） C1 + G1 C2 + G2 C + G（3） A1 + C1 A2 + C2 1 T1 + G1 T2 + G2 M A + C A + G T + G T + C（4）设：设：M M 为复制所需碱基总数，为复制所需碱基总数，n n 为复制次数，为复制次数，x x 为一个为一个DNADNA中中碱基个数。碱基个数。 则：则：M M （ 2 2 n n 1 1 ）x xM 则：则：若：若：1 （非互补（非互补碱基之和之比互为倒数）碱基之和之比互为倒数）高中生物人教版必修二DNA分子结构
