DNA的結(jié)構(gòu)第一、二課時 高一下學(xué)期生物人教版（2019）必修2

第三章基因的本質(zhì)第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)堿基的特定的排列順序基礎(chǔ)回顧DNA的中文全稱：DNA的組成元素：DNA的基本單位：脫氧核糖核酸C、H、O、N、P脫氧核糖核苷酸OPCH2

OHOOHHOHHH

HH堿基

磷酸

5’1’2’3’4’一分子磷酸一分子脫氧核糖一分子含氮堿基C胞嘧啶T胸腺嘧啶A腺嘌呤G鳥嘌呤脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖上與堿基相連的碳叫作1’-C，與磷酸基團(tuán)相連的碳叫作5’-C。由于提出DNA的雙螺旋模型學(xué)說，沃森和克里克及M.H.F.威爾金斯一起獲得了1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示是劃時代的偉大發(fā)現(xiàn)，在生物學(xué)的發(fā)展中具有里程碑式的意義。

一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

卡文迪什實驗室沃森沃森克里克我能幫你理解生物學(xué)內(nèi)容我能幫你理解晶體學(xué)原理當(dāng)時，科學(xué)家認(rèn)識到：DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、C、G四種堿基。鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸

胸腺嘧啶脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸1′2′4′5′3′如何構(gòu)成DNA的？威爾金斯富蘭克林DNA衍射圖譜（X意味著DNA分子是螺旋的）X衍射技術(shù)是用X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的分子排列。DNA是螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋？三螺旋？NPNPNPNPNPNPNPNPNPNP模型一沃森和克里克嘗試了堿基位于螺旋外部，磷酸位于內(nèi)部的雙螺旋結(jié)構(gòu)，你覺得合理嗎？為什么？親水疏水（已知堿基疏水，磷酸基團(tuán)親水）推測：堿基在DNA螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，磷酸在外側(cè)。富蘭克林發(fā)現(xiàn)提高空氣的濕度，可以讓DNA從A型轉(zhuǎn)變?yōu)锽型，顯然DNA易吸收水分。所以她認(rèn)為脫氧核糖核苷酸的親水磷酸基團(tuán)應(yīng)該位于DNA的外側(cè)，其余部分位于內(nèi)側(cè)。這是解開DNA結(jié)構(gòu)的重要線索。A型衍射圖譜B型衍射圖譜吸水后易轉(zhuǎn)變富蘭克林內(nèi)側(cè)外側(cè)APTPCPGPTP模型二沃森和克里克嘗試了堿基位于螺旋內(nèi)部，磷酸位于外部的雙螺旋結(jié)構(gòu)，但是他們讓A與A、T與T、C與C、G與G配對。但是這個結(jié)構(gòu)又被否定了，為什么？我們先來分析下這四種堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)TPGPCPTPAP腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）堿基（N）嘌呤嘧啶兩個環(huán)（更長）一個環(huán)（更短）占有空間大占有空間小模型二a.這種結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致什么結(jié)果？DNA的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定APTPCPGPTPTPGPCPTPAPAPTPCPGPTPTPGPCPTPAP發(fā)生改變：b.DNA分子的兩條鏈的距離是固定的，那應(yīng)該怎樣配對呢？沃森克里克查哥夫我給你們帶來一條重要信息DNA中，A的量總是等于T的量；G的量總是等于C的量。太感謝了，我想我知道DNA的結(jié)構(gòu)了！1952年的春天腺嘌呤（A）的量=胸腺嘧啶（T）的量鳥嘌呤（G）的量=胞嘧啶（C）的量查哥夫理論：查哥夫E.chargaffA與T配對，C與G配對推

測AGCTCTTGACAG結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

A—T堿基對與G—C堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有恒定的直徑，也能夠解釋A、T、G、C的數(shù)量關(guān)系。當(dāng)他們把這個用金屬材料制作的模型與拍攝的X射線衍射照片比較時，發(fā)現(xiàn)模型與基于照片推算出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)相符。模型三配對的堿基之間通過什么連接在一起呢？一個堿基上的H原子和與之配對的堿基上的電負(fù)性強(qiáng)的N原子或O原子間存在一定的吸引力，形成氫鍵。CTTGACAG模型：C與G之間有幾個氫鍵？2個氫鍵3個氫鍵A與T之間有幾個氫鍵？CTTGACAGa.這是DNA的最終結(jié)構(gòu)嗎？不是，因為它還是平面結(jié)構(gòu)b.它的立體結(jié)構(gòu)是？雙螺旋c.變成雙螺旋結(jié)構(gòu)后會是怎樣的？平面結(jié)構(gòu)：CTTGACAGDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)：1962年，沃森、克里克、威爾金斯三人共享了當(dāng)年的諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎，獲獎理由為發(fā)現(xiàn)DNA為雙螺旋分子結(jié)構(gòu)。威爾金斯克里克沃森為什么富蘭克林（R.E.Franklin）沒有獲得諾貝爾學(xué)獎？（1）DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？（2）DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于DNA的什么部位呢？（3）DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？DNA是由兩條鏈構(gòu)成的。這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的基本骨架包括脫氧核糖和磷酸，它們排列在DNA的外側(cè)。DNA中的堿基通過氫鍵連接成堿基對，它們位于DNA的內(nèi)側(cè)。堿基配對有一定的規(guī)律：A與T配對；G與C配對。TCGAAGCT二、DNA的結(jié)構(gòu)

5'ATGCTACG3'5'3'5'3'5'3’②DNA的一條單鏈具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團(tuán)，這一端稱為________，另一端有一個羥基（-OH），稱作_________。5'-端3'-端③DNA的兩條單鏈的走向________，從雙鏈的一端起始，一條單鏈?zhǔn)菑?’-端到3’-端的，另一條則是從_______________________。相反3'-端到5'-端的①脫氧核苷酸之間通過__________________相連。3'，5'-磷酸二酯鍵總結(jié)：1.DNA的結(jié)構(gòu)特點3′5′5′3′兩條單鏈反向平行鏈數(shù)：方向：(1)DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。(3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對具有一定規(guī)律：A一定與T配對，G一定與C配對。堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系，叫作堿基互補(bǔ)配對原則（A—T，G—C）。G與C越多，DNA的熱穩(wěn)定性越大（3個氫鍵）氫鍵GCAT（2個氫鍵）總結(jié)2DNA結(jié)構(gòu)中的數(shù)量和位置關(guān)系（1）數(shù)量關(guān)系

①A-T間

個氫鍵，C-G間

個氫鍵。

②每個DNA片段中，有

個游離的磷酸基團(tuán)；

③1個磷酸基團(tuán)（脫氧核糖）與

個脫氧核糖（磷酸基團(tuán)）相連。

④每個DNA片段中：脫氧核糖數(shù)

磷酸基團(tuán)數(shù)

含氮堿基數(shù)。2321或2==（2）位置關(guān)系①單鏈中相鄰堿基通過

連接。②互補(bǔ)鏈中配對堿基通過

連接③單鏈中相鄰兩個脫氧核苷酸通過

連接。脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖氫鍵3'，5'-磷酸二酯鍵

(一）穩(wěn)定性②內(nèi)側(cè)：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，遵循堿基互補(bǔ)配對原則③兩條鏈反向平行盤旋成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。①外側(cè)：脫氧核糖和磷酸交替連接成基本骨架。三、DNA分子的結(jié)構(gòu)特性

脫氧核苷酸數(shù)量不同，堿基的排列順序千變?nèi)f化，從而能夠儲存了大量的遺傳信息。（二）多樣性思考:在生物體內(nèi)，一個最短DNA分子也大約有4000個堿基對，堿基對有：A—T、T—A、G—C、C—G。請同學(xué)們計算DNA分子有多少種？每個DNA分子中的堿基對都有特定排列順序，構(gòu)成了DNA分子的特異性。（三）特異性DNA指紋技術(shù)利用了DNA分子的什么特性？由此可推斷，1-3號個體中，犯罪嫌疑人應(yīng)該是誰？①②③相間排列，構(gòu)成DNA分子

的基本骨架B.④的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸C.⑨既容易斷裂又容易生成，所以

DNA的穩(wěn)定性與之無關(guān)D.該DNA片段有2種堿基配對方式，

4種脫氧核苷酸下圖表示某DNA片段，下列有關(guān)該圖的敘述，正確的是（

）DATATTAGGGCCATC五種元素四種堿基一種螺旋三種物質(zhì)兩條長鏈C、H、O、N、PA、T、C、G磷酸、脫氧核糖、含氮堿基規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈DNA的結(jié)構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)小結(jié)三、DNA分子中的相關(guān)計算根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則：A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G21.A1＋A2＝________________；G1＋G2＝________________。即：雙鏈中A＝___，G＝___，

A＋G＝______＝______＝______＝__________________。T1＋T2C1＋C2TCT＋CA＋CT＋G1/2(A＋G＋T＋C)規(guī)律一：雙鏈中嘌呤數(shù)=嘧啶數(shù)；

非互補(bǔ)堿基之和相等且為堿基總數(shù)的一半。N1N2NA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈

2鏈練習(xí)：某雙鏈DNA分子中，鳥嘌呤占23%，求腺嘌呤占（

）

27%根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則：A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G22.A1＋T1＝__________；G1＋C1＝__________。A2＋T2G2＋C2A+TG+CA2+T2G2+C2A1+T1G1+C1===aaa（1）若1鏈：則2鏈：雙

鏈：N1N2NA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈

2鏈=A1+T1N1A2+T2=N2A+TN=C1+G1N1C2+G2=N2C+GN（2）規(guī)律二：互補(bǔ)堿基和之比，在單雙鏈中相等，且互補(bǔ)堿基之和，在單雙鏈中占比相等，簡記為“補(bǔ)則等”。練習(xí)：如果一個DNA分子的一條鏈上的胞嘧啶占22%，鳥嘌呤占16%，那么整個DNA分子中腺嘌呤占（

）A.31%B.38%C.50%D.62%A根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則：A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1＝G2T1+G1=m

A1+C1m1規(guī)律三：非互補(bǔ)堿基和之比，兩條鏈互為倒數(shù)，簡記為“不補(bǔ)則倒”。3.若1鏈

1T2+G2

A2+C2=則2鏈

雙鏈

T+G

A+C=A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈

2鏈N練習(xí)：在DNA的一個單鏈中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互補(bǔ)鏈和整個DNA分子中分別是多少？2.514.在雙鏈DNA分子中，某堿基在單鏈中所占的比例為b%,則該單鏈中的某堿基在雙鏈中的比值為b/2%。則5.若已知A在雙鏈中所占的比例為c%，則A1在單鏈中所占的比例

無法確定，但最大值為2c%，最小值為0；練習(xí)：在一個雙鏈DNA分子中A占22%，

則A在其中一條單鏈中的數(shù)值能確定嗎？能確定范圍，0%≤A1≤44%

例題：A與T之間有

個氫鍵，G與C之間有