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1、 第第第第2 2 2 2节节节节DNADNADNADNA分子的结构分子的结构分子的结构分子的结构 ( ( ( (第第第第1 1 1 1课时课时课时课时) ) ) )资料资料1 1.核酸的核酸的基本成分基本成分和和基本单位基本单位:1869年，米歇尔首次从白血球的细胞核中发现核酸核酸。1879年，科赛尔和学生经数十年的努力，于20世纪初得到组成核酸的基本成分：单单糖、嘌呤碱基或嘧啶碱基、磷酸糖、嘌呤碱基或嘧啶碱基、磷酸。1911年，列文发现单糖是五碳糖单糖是五碳糖，之后于1934年发现核酸可被分解成被分解成含有一个含氮一个含氮碱基、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸碱基、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的
2、片段，此组合叫核苷酸核苷酸。且最终证实核酸是由五碳糖五碳糖与与磷酸基团磷酸基团组成的长链组成的长链，每个，每个五碳糖上五碳糖上再连接再连接一个碱基一个碱基。一、一、DNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建 12345含氮碱基含氮碱基脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸模型建构模型建构1:脱氧核苷酸脱氧核苷酸牛刀小试：牛刀小试：请看课本请看课本51面基础题第面基础题第3题，题，相信你能做出正确的选择！相信你能做出正确的选择！A 腺嘌呤腺嘌呤 G 鸟嘌呤鸟嘌呤C 胞嘧啶胞嘧啶 T 胸腺嘧啶胸腺嘧啶含氮碱基种类：含氮碱基种类：因此，脱氧核苷酸也有因此，脱氧核苷酸也有4 4种：种：腺膘呤腺膘呤脱氧核苷酸脱氧
3、核苷酸A胞嘧啶胞嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸C鸟瞟呤鸟瞟呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸GT胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸CTAG3,-5,磷酸磷酸二酯二酯键键4123OHHCH2Hp=OHOOHOCH2H123OHH44模型建构模型建构2 2. .一条脱氧核苷酸链一条脱氧核苷酸链资料资料2.19502.1950年代初年代初三个实验室三个实验室的激烈竞争的激烈竞争第一个：第一个：英国皇家学院的威尔金斯和富兰克林实验室英国皇家学院的威尔金斯和富兰克林实验室英国皇家学院的威尔金斯和富兰克林实验室英国皇家学院的威尔金斯和富兰克林实验室。威尔金斯威尔金斯19501950年获得第一张年获得第一张DNADNA纤维
4、的纤维的X X射线图案。富兰射线图案。富兰克林更精通克林更精通X X射线衍射技术，随后拍摄了多张清晰的射线衍射技术，随后拍摄了多张清晰的DNADNA衍射图谱。当时他们掌握着发现衍射图谱。当时他们掌握着发现DNADNA结构的最权威的照片结构的最权威的照片和系统的数据。和系统的数据。第二个：第二个：加州理工学院的大化学家莱纳斯加州理工学院的大化学家莱纳斯加州理工学院的大化学家莱纳斯加州理工学院的大化学家莱纳斯 鲍林实验室鲍林实验室鲍林实验室鲍林实验室。鲍林鲍林19501950年发现蛋白质的年发现蛋白质的a a螺旋结构。他拥有深厚的化学螺旋结构。他拥有深厚的化学功底和建模的丰富经验，自信对于功底和建
5、模的丰富经验，自信对于DNADNA结构的研究，别人结构的研究，别人未必是他竞争的对手。未必是他竞争的对手。第三个：第三个：英国剑桥大学卡文迪许实验室英国剑桥大学卡文迪许实验室英国剑桥大学卡文迪许实验室英国剑桥大学卡文迪许实验室里里19511951年才结识年才结识的的非正式小组，即年仅非正式小组，即年仅23岁的遗传学家岁的遗传学家沃森沃森与比他年长与比他年长12岁的物理学家岁的物理学家克里克。克里克。当时他们的课题分别是：烟草当时他们的课题分别是：烟草花叶病毒、多肽和蛋白质。资历浅薄的他们趣味相投都花叶病毒、多肽和蛋白质。资历浅薄的他们趣味相投都同样对同样对DNA的结构着迷，从的结构着迷，从19
6、51年年10月开始拼凑模型。月开始拼凑模型。模型建构模型建构3.DNA的平面结构、空间结构的平面结构、空间结构DNA的的平面结构平面结构中含中含几条脱氧核苷几条脱氧核苷酸链？酸链？链的链的排列方向排列方向有什么有什么特点？特点？ DNA的的空间结构空间结构又是又是怎样的呢？谁怎样的呢？谁攻克了这些难题，取得最后的胜利，攻克了这些难题，取得最后的胜利，摘取了桂冠？摘取了桂冠？请阅读课本请阅读课本47至至48面的故事，从面的故事，从中你就能得到满意的答案，并思考中你就能得到满意的答案，并思考它带给你的启示。它带给你的启示。X衍射技术是用衍射技术是用X光透过光透过物质的结晶体，使其在照物质的结晶体，
7、使其在照片底片上衍射出晶体图案片底片上衍射出晶体图案的技术。根据图像可以推的技术。根据图像可以推测分子大致的结构和形状。测分子大致的结构和形状。 DNA衍射图谱衍射图谱资料资料3 3：威尔金斯和富兰克林的：威尔金斯和富兰克林的DNADNA的的X X射线衍射图射线衍射图问题：沃森和克里克根问题：沃森和克里克根据衍射图谱及有关数据据衍射图谱及有关数据推算出什么结论？推算出什么结论？DNA分子呈分子呈螺旋螺旋结构结构此时此时已清楚的已清楚的和和未解决的未解决的问题问题：已清楚的：已清楚的：根据威尔金斯和富兰克林的根据威尔金斯和富兰克林的X射射线衍射的研究，已清楚线衍射的研究，已清楚DNA是由许多亚单
8、是由许多亚单位堆积而成的一种长链多聚体，有着位堆积而成的一种长链多聚体，有着不变不变的直径的直径，其亚单位有着，其亚单位有着规则的螺旋规则的螺旋形状。形状。未解决的未解决的：DNA是是单链单链螺旋还是螺旋还是双链双链或或三三链链螺旋呢？螺旋呢？链的排列链的排列方向方向有什么特点？有什么特点？碱基在螺旋的碱基在螺旋的内侧内侧还是还是外侧外侧？它们之间是？它们之间是如何如何相互作用相互作用的？的？资料资料4 4：沃森和克里克的：沃森和克里克的多次尝试多次尝试他们最初提出的是他们最初提出的是三股螺旋三股螺旋的的DNA，但当请来威尔金斯，但当请来威尔金斯和富兰克林讨论时，但因数据不符，此模型和富兰克林
9、讨论时，但因数据不符，此模型被否定被否定。随后他们根据富兰克林后来更清晰的随后他们根据富兰克林后来更清晰的DNA衍射照片，经衍射照片，经计算后建立了计算后建立了双螺旋双螺旋模型。威尔金斯和富兰克林用模型。威尔金斯和富兰克林用X射射线数据分析后，证实双螺旋结构模型是线数据分析后，证实双螺旋结构模型是正确的正确的。根据多张衍射图谱，富兰克林还发现根据多张衍射图谱，富兰克林还发现DNA在翻转在翻转1800后后看起来还是一样，沃森和克里克由此得出看起来还是一样，沃森和克里克由此得出DNA的两条链的两条链是是 的结论。的结论。于是沃森和克里克又开始尝试不同的双螺旋模型，与威于是沃森和克里克又开始尝试不同
10、的双螺旋模型，与威尔金斯和富兰克林提供的数据信息相吻合。尔金斯和富兰克林提供的数据信息相吻合。 反向反向 两条链中的碱基是排在外侧，还是在内侧？两条链中的碱基是排在外侧，还是在内侧？ 模型构建中模型构建中最大最大的问题的问题两条链的连接两条链的连接即即碱基是如何配对碱基是如何配对的。的。ACGT腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶请猜想请猜想：根据：根据4种碱基的结构式，种碱基的结构式，如何配对才如何配对才能保证能保证DNA有着不变的直径这一结论有着不变的直径这一结论？u 查哥夫（E.Chargaff,1905-）奥地利著名生物化学家.定量测定了多种生物DNA中碱基的含量。提
11、出了查哥夫法则查哥夫法则，即T T与与A A物物质的量相等，且质的量相等，且G G与与C C的物质的的物质的量相等量相等 。u 美国化学家多诺休（美国化学家多诺休（J.Donohue）指出：）指出： A与与A配对，配对，T与与T配对违反了化学规律。这样组成的配对违反了化学规律。这样组成的DNA分子的直径不是不变的。分子的直径不是不变的。资料资料5 5： 化学家的帮助化学家的帮助联想一下，联想一下，像什么？像什么？19531953年月日，英国年月日，英国的的自然自然杂志刊登了美国的杂志刊登了美国的沃森和英国的克里克在英国剑沃森和英国的克里克在英国剑桥大学合作的成果，桥大学合作的成果，双螺旋结构的
12、分子模型，这一双螺旋结构的分子模型，这一成就后来被誉为世纪以来成就后来被誉为世纪以来生物学方面最伟大的发现，也生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的标被认为是分子生物学诞生的标志年，沃森、克里志年，沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得了克和威尔金斯三人共同获得了诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖沃森和克里克最终沃森和克里克最终取得成功，带给我取得成功，带给我们哪些启示？们哪些启示？AAAAAAT TT TT TGGGGGGGGCCCCCCAAT TCCDNADNA平面结构平面结构磷酸、脱氧核糖磷酸、脱氧核糖交替连交替连接接, , 构成构成基本骨架基本骨架；2.2.外侧：外侧：碱
13、基对碱基对 内侧内侧: : 3.3.碱基通过碱基通过氢键氢键连连接，遵循接，遵循互补配对互补配对原则原则：A=T G=CA=T G=C二二.DNA双螺旋结构的双螺旋结构的主要特点：主要特点：1.DNA1.DNA由由两条两条链链反向平行反向平行盘旋成盘旋成双螺旋双螺旋结构。结构。5,5, 3,3,小结：小结：DNADNA的组成和结构可用五四三二一的组成和结构可用五四三二一表示表示五种元素：五种元素：C、H、O、N、P四种碱基：四种碱基：A、G、C、T，组成，组成四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸三种物质：三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基磷酸、脱氧核糖、含氮碱基两条长链：两条长链：两条反向平行的脱氧核
14、苷酸长链两条反向平行的脱氧核苷酸长链一种结构：一种结构：规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构【课堂反馈课堂反馈】1 1下面是下面是DNADNA的分子的结构模式图，说出图中的分子的结构模式图，说出图中1 11010的名称。的名称。 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【课下作业课下作业】 制作制作DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型根据制作的模型归纳DNA分子结构的特性，并尝试回答课本50面讨论题1,2。上网查一查有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与老师、同学交流分享。
