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1、DNA雕塑雕塑第第2节节 DNA分子的结构分子的结构 19531953年，年，美国生物学家美国生物学家沃森沃森和英国物理学和英国物理学家家克里克克里克，共同提出了共同提出了DNADNA分子的双螺旋结构模分子的双螺旋结构模型型。 它标志着生物学的研究进入它标志着生物学的研究进入分子的层次分子的层次。 两位科学家获得了两位科学家获得了19621962年度年度诺贝尔生理学诺贝尔生理学或医学奖。或医学奖。一、一、DNADNA双螺旋结构双螺旋结构模型模型的的建构建构在生命的旋梯上沃森和克里克 20世纪世纪30年代，科学家认识到：组成年代，科学家认识到：组成DNA分分 子的基本单位是子的基本单位是 。脱氧
2、核苷酸脱氧核苷酸1分子磷酸分子磷酸1分子脱氧核糖分子脱氧核糖1分子含氮碱基分子含氮碱基1分子脱氧核苷酸分子脱氧核苷酸 = + + .碱碱 基基磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖AGCT回眸历史回眸历史A AC CT T腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸G G脱脱氧氧核核苷苷酸酸的的种种类类回眸历史回眸历史 DNA是由是由4种脱氧核苷酸连接而成的种脱氧核苷酸连接而成的长链长链。 19511951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供了供了DNADNA的的X X射线衍射图谱。射
3、线衍射图谱。回眸历史回眸历史推算出推算出DNADNA呈螺旋结构呈螺旋结构碱基位于螺旋的外部模型碱基位于螺旋的外部模型失败失败重新构建磷酸重新构建磷酸脱氧核糖骨架安排在螺旋脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双螺旋（外部，碱基安排在螺旋内部的双螺旋（相相同碱基配对同碱基配对）失败失败回眸历史回眸历史奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤（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）的的量量(A=T)(A=T)，鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）的量总是等于胞嘧的量总是等于胞嘧啶（啶（C C）的量的量(G=C)(G=C)。 改变碱基
4、配对的方式（改变碱基配对的方式（A与与T、G与与C 配对）配对）成功成功回眸历史回眸历史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放大二、二、DNA分子的结构分子的结构AAAAAAT TT TT TGGGGGGGGCCCCCCAAT TCC 磷酸磷酸 脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基磷磷酸酸二二酯酯键键碱基对碱基对碱基对碱基对另一碱基对另一碱基对另一碱基对另一碱基对 嘌呤和嘧啶之间通过嘌呤和嘧啶之间通过氢键氢键配对，形成碱配对，形成碱基对，且基对，且A A只和只和T T配对、配对、C C只和只和G 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
5、就叫做碱基互补配碱基互补配对原则对原则。AAT TGGCC氢键氢键氢键氢键 G与与C形成三个氢键，形成三个氢键，A与与T只形成两个氢键。氢键只形成两个氢键。氢键越多，结合力越强。越多，结合力越强。G和和C的含量越多，的含量越多，DNA的结的结构就越稳定。构就越稳定。AAAAAAT TT TT TGGGGGGGGCCCCCCAAT TCC（1 1）DNADNA分子由分子由两条两条脱氧脱氧核苷酸长链按核苷酸长链按反向反向平行平行方方式盘旋成式盘旋成双螺旋双螺旋结构。结构。（2 2）DNADNA分子中的分子中的脱氧核脱氧核糖和磷酸糖和磷酸交替连接，排列交替连接，排列在外侧，构成在外侧，构成基本骨架基
6、本骨架；碱基碱基排列在内侧。排列在内侧。（3 3）两条链上的碱基通过）两条链上的碱基通过氢键氢键连结起来，形成碱基连结起来，形成碱基对，且遵循对，且遵循碱基互补配对碱基互补配对原则原则。DNADNA双螺旋结构的双螺旋结构的主要特点主要特点AAAAAAT TT TT TGGGGGGGGCCCCCCAAT TCC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是稳定不变的。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。三、三、DNA分子的结构特性分子的结构特性 2、多样性：多样性：不同种类的不同种类的DNA分子，其内碱基对的排列分子，其内碱基对的排列 顺序都不同。顺序都不同。在生物体内，一个最短在生
7、物体内，一个最短DNA分子也大约有分子也大约有4000个碱基对，个碱基对，碱基对有：碱基对有：AT、TA、GC、CG。请同学们计算请同学们计算DNA分子有多少种？分子有多少种？4种4000 3、特异性：特异性：对于一个确定的对于一个确定的DNA分子来说它的碱基排分子来说它的碱基排 列顺序都是确定的。列顺序都是确定的。 1、稳定性稳定性：主链：磷酸与脱氧核糖交替排列稳定不变。主链：磷酸与脱氧核糖交替排列稳定不变。 碱基对：严格遵循碱基互补配对原则。碱基对：严格遵循碱基互补配对原则。【课堂反馈课堂反馈】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
8、的名的名称。称。 12345678109GTCA1. 胞嘧啶胞嘧啶2. 腺嘌呤腺嘌呤3. 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1 1、沃森和克里克于、沃森和克里克于 年提出了著名的年提出了著名的 模型，为合理地解释遗传物质的模型，为合理地解释遗传物质的 奠定了基础。奠定了基础。2 2、DNADNA又称又称 ，组成它的基本单位是，组成它的基本单位是 （由一分子（由一分子 、一分子、一分子 、一分子、一分子 组成）。组成组成）。组成DNAD
9、NA的碱基共有的碱基共有 种（符号表示为种（符号表示为 ），脱氧核苷共有），脱氧核苷共有 种（名称是种（名称是 、 、 、 。1953 1953 DNADNA双螺旋双螺旋各种功能各种功能脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基4 4A T G CA T G C4 4胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸【课堂反馈课堂反馈】四、四、DNA有关碱基数量的计算：有关碱基数量的计算：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。链。根据碱基
10、互补配对原则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， G G1 1 = C = C2 2 ， G G2 2 =C =C1 1。则在则在DNADNA双链中：双链中： A = T A = T ， G = CG = CA A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2G G 1 1C C 2 2C C 1 1G G 2 2DNADNA双链双链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+G=T+C A+G=T+C 即即A+G/T+C=1A+G/T+C=1双链双链DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C等于其等于其中任
11、何一条链的中任何一条链的A+T/G+CA+T/G+C。A+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1G G1 1+C+C1 1A A2 2 +T+T2 2G G 2 2 +C +C2 2= = =A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2G G 1 1C C 2 2C C 1 1G G 2 2DNADNA双链双链A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2G G 1 1C C 2 2C C 1 1G G 2 2DNADNA双链双链双链双链DNADNA分子中，互补的两条分子中，互补的两条 链中链中A+G/T+CA+G/T+C互为倒数。互为倒数。A A1 1+ +G G1
12、 1T T1 1 + +C C1 1T T2 2 + +C C2 2A A2 2 + +G G2 2= =A A 1 1+ +C C1 1T T1 1 + +G G1 1T T2 2 + +G G2 2A A2 2 + +C C2 2= =A A1 1+ +G G1 1T T1 1 + +C C1 1T T2 2 + +C C2 2A A2 2 + +G G2 2= =A A 1 1+ +C C1 1T T1 1 + +G G1 1T T2 2 + +G G2 2A A2 2 + +C C2 2= =双链双链DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整个占整个DNADNA分子碱基分子碱基总数的
13、百分比等于其中任何一条链中总数的百分比等于其中任何一条链中A+TA+T占占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+TA+T是整个是整个DNADNA分子分子A+TA+T的一半。的一半。A+TA+TA+T+G+CA+T+G+CA 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 2= =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+C
14、A+T+G+C= = =A A1 1 + +T T1 1 + +G G1 1 + +C C1 1G G1 1 + +C C 1 1A A2 2 + +T T2 2 + +G G2 2 + +C C2 2G G2 2 + +C C2 2（G+CG+C）1 12 2G G1 1 + +C C1 1G G2 2 + +C C2 2= = =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，
15、G+C = C+G如果一条链中的如果一条链中的(A+T) / (G+C)=a，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,则另一条链中则另一条链中(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的和占该链碱基比率等于另一条链中等于另一条链中A+T的和占该链碱基比率，还等于双的和占该链碱基比率，还等于双链链DNA分子中分子中A
16、+T的和占整个的和占整个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)%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？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。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
17、概括：在规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之和双链中，任意两个不互补碱基之和 ，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501 1、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，G G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，上述比上述比例在其互补链和整个例在其互补链和整个D
18、NADNA分子中分别是多少？分子中分别是多少？若若DNADNA的一个单链中，的一个单链中，A+T/G+C=0.4A+T/G+C=0.4，上述比例在上述比例在其互补链和整个其互补链和整个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 0.4 0.40.43 3、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，A A与与T T之和占整个之和占整个DNADNA碱基总数的碱基总数的54%54%，其中一条链上，其中一条链上G G占该链占该链碱基总数的碱基总数的22%22%。求另一条链。求另一条链上上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%
19、24%4 4、某、某DNADNA分子中分子中A+TA+T占整个占整个DNADNA分子碱基总数的分子碱基总数的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占该链碱基总占该链碱基总数的比例是多少？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. b0.5B.B.C.C.胞嘧啶为胞嘧啶为a(
20、1/2ba(1/2b1) D.1) D.胞嘧啶为胞嘧啶为b(1/2a 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%的脱氧核苷酸含的脱氧核苷酸含有有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G G含量的最大含量的最大值可占此链碱基总数的多少？值可占此链碱基总数的多少？40%40%1 1、某双链、某双链DNADNA分子的碱基中，鸟嘌呤占分子的碱基中，鸟嘌呤占30%30%，则胸腺嘧啶为，则胸腺嘧啶为_2 2、一个、一个DNADNA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
21、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%练习：练习：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多这个比例关系在整个分子中又是多少少? ?1(3)(3)在另一互补链中这一
22、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, ,问与问与H H链相对应的另一条链中腺嘌
23、呤占该链全链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的部碱基数的 ( )( )、26%26% 、24% 24% 、14% 14% 、11%11%A某某DNA分子的碱基中，分子的碱基中，G的分子数的分子数占占22%，那么，那么T的分子数占（）的分子数占（） A、11% B、22%C、28% D、44%解析：解析：GT50%，T50%22%28% C1.DNA1.DNA的一条单链中的一条单链中A AT/GT/GC C0.40.4，上述比例在其互补单链和整个上述比例在其互补单链和整个DNADNA分子分子中分别是（）中分别是（） A A、0.40.4和和0.60.6 B B、2.52.5和和1 1 C
24、 C、0.40.4和和0.40.4D D、0.60.6和和1 1现学现用现学现用:解析解析:（A1+T1）/（G1+C1）=（T2+A2）/（C2+G2）=(A+T)/(G+C)=0.4C2.2.某某DNADNA分子有两条链，分别是分子有两条链，分别是a a链和链和b b链，已链，已知知a a链上（链上（A AC C）/ /（T TG G），则），则b b链和链和整个整个DNADNA分子中（分子中（A AC C）/ /（T TG G）分别是）分别是多少？多少？答案：答案：1 1/ /x x、1 13、双链、双链DNA分子中，分子中，G占碱基总数的占碱基总数的38，其中一条链中的其中一条链中的T
25、占碱基总数的占碱基总数的5，那么另，那么另一条链中的一条链中的T占碱基总数的占碱基总数的 。 7% 【课堂反馈课堂反馈】2 2已知已知1 1个个DNADNA分子中有分子中有18001800个碱基对，其中胞嘧啶有个碱基对，其中胞嘧啶有10001000个，这个个，这个DNADNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目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【课堂反馈课堂反馈】
26、3. 3. 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。中概括出一些规律。A=T G=CA=T G=C A+G=T+CA+G=T+C 也可以写成以下形式：也可以写成以下形式： 规律概括：在规律概括：在DNADNA双链中，任意两个不互补碱基之双链中，任意两个不互补碱基之和和 ，并为碱基总数的，并为碱基总数的 。A+GA+G( )=T+GT+G( )=50%A+GA+G T+C T+C =( )( )( )=( )( )( )=1A+T+G+CA+T+G+CA+CT+GT+GA+C相等相等一半一半
