第2節(jié) DNA分子的結(jié)構(gòu)

1、一、探究一、探究DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程二、說明二、說明DNADNA分子的空間結(jié)構(gòu)分子的空間結(jié)構(gòu)三、根據(jù)三、根據(jù)DNADNA分子的組成和空間結(jié)構(gòu)特點，推測分子的組成和空間結(jié)構(gòu)特點，推測DNADNA分子的特性分子的特性四、四、堿基互補配對規(guī)律的有關(guān)計算堿基互補配對規(guī)律的有關(guān)計算本節(jié)聚焦本節(jié)聚焦一一.DNA.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建 50 50年代初，人們已普遍承認年代初，人們已普遍承認DNADNA是最重要的遺傳物質(zhì)，是最重要的遺傳物質(zhì)，遺傳信息就存儲在遺傳信息就存儲在DNADNA分子多核苷酸鏈上的分子多核苷酸鏈上的4 4種堿基的特定種堿基

2、的特定序列上，進一步闡明其結(jié)構(gòu)和功能已成為迫切的任務(wù)。這時，序列上，進一步闡明其結(jié)構(gòu)和功能已成為迫切的任務(wù)。這時，有三組科學家在進行有三組科學家在進行DNADNA結(jié)構(gòu)的研究，他們是：結(jié)構(gòu)的研究，他們是：v 美國加州理工學院的美國加州理工學院的鮑林鮑林，v 英國劍橋大學國王學院的英國劍橋大學國王學院的富蘭克琳與威爾金斯富蘭克琳與威爾金斯，v 英國劍橋大學卡文迪什實驗室的英國劍橋大學卡文迪什實驗室的沃森與克里克。沃森與克里克。 19501950年，年，鮑林鮑林首先闡明并發(fā)首先闡明并發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了氨基酸鏈的氨基酸鏈的 螺旋狀結(jié)構(gòu)螺旋狀結(jié)構(gòu)。此后，他又投入了此后，他又投入了DNADNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的研究。他是

3、的研究。他是最早認定最早認定DNADNA分子具有與氨基酸鏈類似的螺分子具有與氨基酸鏈類似的螺旋結(jié)構(gòu)旋結(jié)構(gòu)的科學家，而且研究的的科學家，而且研究的環(huán)境最優(yōu)越，但他錯誤地認為環(huán)境最優(yōu)越，但他錯誤地認為DNADNA分子是由分子是由三股螺旋三股螺旋組成組成的，這使他誤入歧途的，這使他誤入歧途 19391939年鮑林首創(chuàng)化學鍵理論，奠定其獲得年鮑林首創(chuàng)化學鍵理論，奠定其獲得19541954年年諾貝爾獎化學獎的基礎(chǔ)。成功構(gòu)建了諾貝爾獎化學獎的基礎(chǔ)。成功構(gòu)建了多肽的多肽的 螺旋螺旋的分子結(jié)構(gòu)模型，而啟發(fā)了的分子結(jié)構(gòu)模型，而啟發(fā)了沃森與克里克沃森與克里克，必需，必需建建立立DNADNA的分子結(jié)構(gòu)模型的分子結(jié)構(gòu)

4、模型。 鮑林自己構(gòu)建的鮑林自己構(gòu)建的DNADNA分子模型為何失敗了呢？分子模型為何失敗了呢？ 提出的提出的DNADNA三螺旋分子三螺旋分子模型并未經(jīng)過嚴格檢驗，他模型并未經(jīng)過嚴格檢驗，他也沒有詳盡掌握也沒有詳盡掌握DNADNA相關(guān)的最新信息。相關(guān)的最新信息。 DNADNA的的X-X-射線衍射圖射線衍射圖 19511951年前后，富蘭克林和威爾金斯利用年前后，富蘭克林和威爾金斯利用X-X-射線衍射技術(shù)射線衍射技術(shù)得到了得到了DNADNA分子結(jié)晶清晰的衍射圖分子結(jié)晶清晰的衍射圖。威爾金斯富蘭克林 英國生物物理學家英國生物物理學家威爾金斯威爾金斯計算出計算出DNADNA分子螺旋的直徑與長度分子螺旋的

5、直徑與長度。英國。英國富蘭克琳富蘭克琳是最早認定是最早認定DNADNA具有具有雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)的科學的科學家，并且運用家，并且運用X X射線衍射技術(shù)拍攝到了射線衍射技術(shù)拍攝到了DNADNA照片，還精確地計算出照片，還精確地計算出DNADNA分子內(nèi)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的部結(jié)構(gòu)的軸向與距離軸向與距離。他們二人還對。他們二人還對DNADNA分子的結(jié)構(gòu)作出了確切而關(guān)鍵性的分子的結(jié)構(gòu)作出了確切而關(guān)鍵性的描述：描述：磷酸根磷酸根在螺旋的在螺旋的外側(cè)外側(cè)，堿基堿基在螺在螺旋旋內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)。為推算出。為推算出DNADNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)分子呈螺旋結(jié)構(gòu)的結(jié)論，提供了決定性的實驗依據(jù)。的結(jié)論，提供了決定性的實驗依據(jù)。（1

6、1）衍射斑點呈交叉狀分布；）衍射斑點呈交叉狀分布；（2 2）衍射點之間的距離與層次表明有）衍射點之間的距離與層次表明有0.34nm0.34nm和和3.4nm3.4nm的周期性；的周期性；（3 3） 圖的頂上和底部是最強的衍射斑點，呈帶狀。圖的頂上和底部是最強的衍射斑點，呈帶狀。（4 4）螺旋直徑）螺旋直徑2nm2nm最為關(guān)鍵結(jié)論：最為關(guān)鍵結(jié)論：DNADNA呈規(guī)則呈規(guī)則雙鏈螺旋形雙鏈螺旋形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖形特點：圖形特點：很規(guī)則、具有簡單對稱性很規(guī)則、具有簡單對稱性 英國劍橋大學國王學院英國劍橋大學國王學院19461946年就設(shè)立了年就設(shè)立了DNADNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)研究室，研究室，富蘭克琳與威爾金斯富蘭克

7、琳與威爾金斯擁有充足的經(jīng)費和擁有充足的經(jīng)費和先進的技術(shù)設(shè)備，他們與成功地建立先進的技術(shù)設(shè)備，他們與成功地建立DNADNA雙螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)模型只有咫尺之遙，但卻未能跨出最后也是結(jié)構(gòu)模型只有咫尺之遙，但卻未能跨出最后也是最關(guān)鍵的一步。這一方面是因為他們認為探索最關(guān)鍵的一步。這一方面是因為他們認為探索DNADNA結(jié)構(gòu)的惟一途徑是使用結(jié)構(gòu)的惟一途徑是使用晶體學和數(shù)學計算晶體學和數(shù)學計算的的方法，拒絕采用方法，拒絕采用建立結(jié)構(gòu)模型建立結(jié)構(gòu)模型的方法；另一方面的方法；另一方面是由于人際關(guān)系等方面的因素。是由于人際關(guān)系等方面的因素。 AGCT腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞

8、嘧啶脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸 胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸基本單位基本單位脫氧核苷酸脫氧核苷酸幾種生物的幾種生物的DNA堿基組成堿基組成(%)查哥夫規(guī)則的發(fā)現(xiàn)查哥夫規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 19501950年總結(jié)出年總結(jié)出DNADNA的堿基組成的規(guī)律的堿基組成的規(guī)律（堿基互補配對原則）（堿基互補配對原則）(3) (3) 同一種生物的體細胞同一種生物的體細胞DNADNA的堿基含量相同。不同種生的堿基含量相同。不同種生物堿基含量不同。物堿基含量不同。(2) (2) 所有所有DNADNA分子中堿基含量分子中堿基含量 A=TA=T，G=CG=C 腺嘌呤和胞嘧啶總數(shù)等于鳥嘌呤和胸腺嘧啶總數(shù)，腺嘌呤和胞嘧啶總

9、數(shù)等于鳥嘌呤和胸腺嘧啶總數(shù)， 即即A+C= G+T A+C= G+T 嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即A+G= C+TA+G= C+T (1) (1) 所有所有DNADNA分子中都含有分子中都含有A A、T T、GG、C C 四種堿基。四種堿基。嘌呤配對嘌呤配對嘧啶配對嘧啶配對嘌呤和嘧啶嘌呤和嘧啶配對配對堿基互補配對原則堿基互補配對原則 X X衍射技術(shù)是用衍射技術(shù)是用X X光透過物質(zhì)的結(jié)晶體，使其在照片底片上衍射光透過物質(zhì)的結(jié)晶體，使其在照片底片上衍射出晶體圖案的技術(shù)。這個方法可以用來推測晶體中的分子排列。出晶體圖案的技術(shù)。這個方法可以用來推測晶體中的分子排列。沃森沃森

10、和克里克和克里克就是根據(jù)對就是根據(jù)對DNADNA的的X X光衍射光衍射結(jié)果，以及對結(jié)果，以及對DNADNA分子不同分子不同堿基堿基之間數(shù)量關(guān)系之間數(shù)量關(guān)系的分析，提出了的分析，提出了DNADNA分子的分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。模型。 DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)的雙鏈結(jié)構(gòu)19531953年，沃森和克年，沃森和克里克撰寫的里克撰寫的核酸的核酸的分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)脫氧核脫氧核糖核酸的一個結(jié)構(gòu)模糖核酸的一個結(jié)構(gòu)模型型論文在英國論文在英國自自然然雜志上刊載雜志上刊載ATGCAGCATT氫鍵氫鍵19621962年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎沃森、克里克、威爾金斯沃森、克里克、威爾金斯二二 .DNA

11、.DNA分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu)1.1.雙鏈雙鏈反向反向平行，盤旋成雙螺平行，盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；旋結(jié)構(gòu)；空間結(jié)構(gòu)特點：空間結(jié)構(gòu)特點：2.2.脫氧核糖和磷酸交替連接，排脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)構(gòu)成基本骨架在外側(cè)構(gòu)成基本骨架；堿基排；堿基排在在內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè) ；3.DNA3.DNA分子上的堿基通過分子上的堿基通過氫鍵氫鍵連接成堿基對：連接成堿基對：A AT T、GCGCATGCAGCATT氫鍵氫鍵53535 5種元素種元素4 4種基本單位種基本單位3 3類物質(zhì)類物質(zhì)2 2條鏈條鏈1 1種結(jié)構(gòu)種結(jié)構(gòu) 3 3、DNADNA分子的結(jié)構(gòu)特性分子的結(jié)構(gòu)特性（1 1）多樣性：）多樣性：堿基對的排列順序的千變?nèi)f化

12、，構(gòu)成了堿基對的排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNADNA分子的多樣性。分子的多樣性。 在生物體內(nèi)，一個最短在生物體內(nèi)，一個最短DNADNA分子也大約有分子也大約有40004000個堿基對，個堿基對，堿基對有：堿基對有：ATAT、TATA、GCGC、CGCG。請分析計算。請分析計算40004000個堿個堿基對組成的基對組成的DNADNA分子有多少種？分子有多少種？4 440004000 種種（2 2）特異性）特異性堿基對的特定排列順序，又構(gòu)成了每一個堿基對的特定排列順序，又構(gòu)成了每一個DNADNA分子的特分子的特異性。異性。（3) 3) 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： 具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)三

13、、堿基計算的一般規(guī)律三、堿基計算的一般規(guī)律: : DNADNA雙雙鏈中，鏈中，互補互補堿基的數(shù)量堿基的數(shù)量相等，即相等，即( (A=TA=T、C=G)C=G) ； DNADNA單單鏈中，鏈中，互補互補堿基的數(shù)量堿基的數(shù)量不一定相等不一定相等, ,（A A T T、C GC G）2. 2. 雙鏈雙鏈DNADNA分子分子不互補不互補堿基對的堿基之堿基對的堿基之和和的的比值比值為為1 1，即，即嘌嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。 （A+CA+C）/ /（T+GT+G）=1=1，即，即 A+C = T+G A+C = T+G （A+GA+G）/ /（T+CT+C）=1=1，即，

14、即 A+G = T+C A+G = T+C3.3.在在雙鏈雙鏈DNADNA分子分子中某堿基的比值等于該中某堿基的比值等于該DNADNA分子每一條分子每一條單鏈中單鏈中該堿基該堿基比值比值之和的一半之和的一半2A1+A2A=2T1+T2T=4. DNA4. DNA分子其中分子其中一條一條鏈中的鏈中的互補互補堿基對的堿基之堿基對的堿基之和和的的比值比值與與另一條另一條互互補鏈中以及補鏈中以及雙鏈雙鏈DNADNA中該比值中該比值相等相等。A A1 1+T+T1 1 / / G G1 1+C+C1 1= =A A2 2 +T +T2 2 / / G G2 2 +C +C2 2= =A+TA+T / /

15、 G+CG+C = a = aATGCATGCA.A.核苷酸核苷酸B.B.脫氧核苷酸脫氧核苷酸C.C.腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸1 1、下圖為、下圖為DNADNA分子結(jié)構(gòu)示意圖，下列三個選項中，對分子結(jié)構(gòu)示意圖，下列三個選項中，對 的的名稱是否有正確的描述？名稱是否有正確的描述？沒有沒有2.有兩對通過氫鍵連接的脫氧核苷酸，已查明它的結(jié)構(gòu)有有兩對通過氫鍵連接的脫氧核苷酸，已查明它的結(jié)構(gòu)有1個個腺嘌呤，腺嘌呤，1個胞嘧啶，則它的其它組成應(yīng)是個胞嘧啶，則它的其它組成應(yīng)是 ( ) A3個磷酸、個磷酸、3個脫氧核糖、個脫氧核糖、1個胸腺嘧啶、一個鳥嘌呤個胸腺嘧啶、一個鳥嘌呤 B2個磷酸、個磷酸、2

16、個脫氧核糖和個脫氧核糖和1個胞嘧啶、一個鳥嘌呤個胞嘧啶、一個鳥嘌呤C4個磷酸、個磷酸、4個脫氧核糖、個脫氧核糖、1個胸腺嘧啶、一個鳥嘌呤個胸腺嘧啶、一個鳥嘌呤 D4個磷酸、個磷酸、4個脫氧核糖、個脫氧核糖、1個尿嘧啶、一個鳥嘌呤個尿嘧啶、一個鳥嘌呤3.分析一個分析一個DNA時，發(fā)現(xiàn)時，發(fā)現(xiàn)20%的脫氧核苷酸含有鳥嘌呤，由的脫氧核苷酸含有鳥嘌呤，由此可知，該分子中一條鏈上腺嘌呤含量的最大值可占此鏈堿此可知，該分子中一條鏈上腺嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基數(shù)的：（基數(shù)的：（）A60%B.30%C.40%D.80%CB4 4. .某某DNADNA分子一個單鏈上（分子一個單鏈上（A+GA+G）/ /（T

17、+CT+C）=0.4=0.4，則該，則該DNADNA的另一條單鏈和整個的另一條單鏈和整個DNADNA分子中同樣的堿基比是分子中同樣的堿基比是 A A、0.40.4和和0.6 B0.6 B、2.52.5和和1.0 1.0 C C、0.40.4和和0.4 D0.4 D、0.60.6和和1.01.05 5、雙鏈、雙鏈DNADNA分子中，分子中，GG占堿基總數(shù)的占堿基總數(shù)的3838，其中一條鏈中，其中一條鏈中的的T T占堿基總數(shù)的占堿基總數(shù)的5 5，那么另一條鏈中的，那么另一條鏈中的T T占堿基總數(shù)的占堿基總數(shù)的（ ） A.12%A.12% B.5%B.5% C.7%C.7% D.19%D.19%6 6. .馬和鼠體細胞具有相同數(shù)目的染色體，但性狀差異很大，馬和鼠體細胞具有相同數(shù)目的染色體，但性狀差異很大，原因是原因是( )( ) A A、生活環(huán)境不同、生活環(huán)境不同 B B、DNADNA分子中堿基對排列順序不同分子中堿基對排列順序不同 C C、DNADNA分子中堿基配對方式不同分子中堿基配對方式不同 D D、著絲點數(shù)目不同、著絲點數(shù)目不同B BD7.若在一雙鏈若在一雙鏈DNA分子中鳥嘌呤和胞嘧啶之和占堿基總和的分子中鳥嘌呤和胞嘧啶之和占堿基總和的