第2節(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制

第1課時(shí)DNA分子的結(jié)構(gòu)1.能簡述科學(xué)家構(gòu)建模型的研究歷程。2.能概述DNA結(jié)構(gòu)及其主要特點(diǎn)。3.嘗試制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。你能從下圖判斷出懷疑對象中誰是罪犯嗎？

人的遺傳信息主要分布于染色體的DNA中。兩個(gè)隨機(jī)個(gè)體具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指紋一樣用來識別身份，這種方法就是DNA指紋技術(shù)。資料：DNA指紋圖【資料1】1950年美國加州理工學(xué)院的鮑林及其同事用X射線衍射技術(shù)和分子模型的構(gòu)建，率先解出了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。鮑林盤曲折疊DNA分子的結(jié)構(gòu)卻遲遲沒有被解開。一、沃森和克里克解開了DNA分子結(jié)構(gòu)之謎【資料2】科學(xué)界已經(jīng)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、G、C4種堿基。但是，人們并不清楚這4種脫氧核苷酸是如何構(gòu)成DNA的。脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT【資料3】英國物理學(xué)家威爾金斯（M.Wilkins，1916—2004）和他的同事富蘭克林（R.E.Franklin，1920—1958）應(yīng)用X射線衍射技術(shù)獲得了高質(zhì)量的DNA衍射圖譜（圖A）。沃森和克里克以該照片的有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，推算出DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)。富蘭克林威爾金斯國王學(xué)院富蘭克林發(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)威爾金斯

1951年10月，生物學(xué)家沃森與物理學(xué)家克里克首次在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室相遇，兩人合力推出了三股螺旋的DNA結(jié)構(gòu)，他們把磷酸排在內(nèi)側(cè)，含氮堿基排在外側(cè)。當(dāng)他們邀請威爾金斯和富蘭克林前來觀看時(shí)，被兩人評價(jià)為“一無是處”，并告知他們含氮堿基應(yīng)該排列在內(nèi)側(cè)。沃森和克里克默默地記錄下了這個(gè)關(guān)鍵信息。錯(cuò)誤?。?！觀察堿基結(jié)構(gòu)，你能發(fā)現(xiàn)什么問題？嘌呤有2個(gè)環(huán)嘧啶有1個(gè)環(huán)NO

PANO

PTNO

PGNO

PCNO

PCNO

PGNO

PTNO

PA

如果是相同堿基配對，那么DNA直徑不固定1952年7月奧地利生物化學(xué)家查加夫來到沃森和克里克的實(shí)驗(yàn)室，兩人得到了一個(gè)關(guān)鍵信息：DNA中堿基會(huì)相互配對，而且A與T的數(shù)量相等，C與G的數(shù)量相等。查加夫腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）他們開始著手制作一個(gè)雙鏈結(jié)構(gòu)，含氮堿基排列在脫氧核糖核苷酸鏈的內(nèi)側(cè)，并讓A和T配對，C和G配對。

這才終于找到一種規(guī)則的DNA結(jié)構(gòu)，但還有不少地方仍需做修正。【資料4】

沃森和克里克構(gòu)建了一個(gè)將堿基安排在雙鏈螺旋內(nèi)部，脫氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型（如右圖）。在這個(gè)模型中，A與T配對，G與C配對，DNA兩條鏈的方向是相反的。脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖P

英國《自然》雜志同時(shí)刊登了三篇論文，一篇是沃森和克里克的《核酸的分子結(jié)構(gòu)—脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型》、一篇是威爾金斯的、一篇是富蘭克林的。1962年，沃森、克里克、威爾金斯同時(shí)獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1953年4月25日沃森和克里克制作的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1.DNA的基本單位是：脫氧核苷酸脫氧核苷脫氧核苷酸AGCT腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶P脫氧核糖含氮堿基磷酸基團(tuán)DNA是由哪些元素組成的嗎？C、H、O、N、P二、DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型4種含N堿基腺嘌呤（A），鳥嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）

胸腺嘧啶脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸AGTC2.脫氧核苷酸的種類（4種）3.DNA的結(jié)構(gòu)：兩條脫氧核糖核苷酸鏈連接而成的反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)①DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈構(gòu)成，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。②DNA中的脫氧核糖和磷酸交替排連接排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)磷酸二酯鍵平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)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的規(guī)律。A與T配對，G與C配對。堿基之間的這種配一一對應(yīng)的關(guān)系叫做堿基互補(bǔ)配對。氫鍵3.DNA的結(jié)構(gòu)：兩條脫氧核糖核苷酸鏈連接而成的反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型DNA

雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖DNA

分子平面結(jié)構(gòu)示意圖下圖是DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖，用文字填出1—10的名稱。12345678910胞嘧啶（C）腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）脫氧核糖磷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸堿基對氫鍵一條脫氧核苷酸鏈的片段56（1）假如有4個(gè)堿基對的DNA片段，若填上堿基種類，有多少種填法？在生物體內(nèi)，一個(gè)最短的DNA分子也大約有4000個(gè)堿基對，堿基對有4種：A-T、T-A、G-C、C-G。請同學(xué)們計(jì)算DNA分子有多少種？44000種脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖P思考·討論444444種DNA分子具有多樣性。

堿基對排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA分子的多樣性，從而能夠儲(chǔ)存了大量的遺傳信息。（2）每個(gè)DNA分子中的堿基對都有特定排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)DNA分子的特異性。DNA指紋技術(shù)DNA分子具有特異性。（3）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸基團(tuán)交替連接的方式不變，兩條鏈之間堿基互補(bǔ)配對的方式不變。脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖PG和C形成三個(gè)氫鍵，A和T只形成兩個(gè)氫鍵。氫鍵越多，結(jié)合力越強(qiáng)，DNA的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。DNA分子具有穩(wěn)定性4.DNA分子的結(jié)構(gòu)特性。(2)多樣性：如n個(gè)堿基對構(gòu)成的DNA具有4n種堿基對排列順序。(3)特異性：如每個(gè)DNA分子都有其特定的堿基對排列順序。(1)穩(wěn)定性：如兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變，堿基對構(gòu)成方式不變等。5.意義：DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。設(shè)DNA一條鏈為1鏈，互補(bǔ)鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，可知：A1=T2

，A2=T1，G1=C2

，

G2=C1。則在DNA雙鏈中：A=T，G=C可引申為：①嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)A+G=T+C即A+G/T+C=1②雙鏈DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一條鏈的A+T/G+C。A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈A+TG+CA1+T1G1+C1A2+T2G2+C2==例題1、某雙鏈DNA分子中，G占23%，求A占多少？解析：因?yàn)镈NA分子中，A+G=T+C。所以，A=50%–23%=27%三、堿基互補(bǔ)配對原則的應(yīng)用③雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)的兩條鏈中A+G/T+C互為倒數(shù)。A1+G1T1+C1=aT2+C2A2+G2=1/aA1+C1T1+G1T2+G2A2+C2=例題2、在DNA的一個(gè)單鏈中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互補(bǔ)鏈和整個(gè)DNA分子中分別是多少？2.51A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈練習(xí)：1.若一個(gè)DNA分子鳥嘌呤占18%，那么這個(gè)DNA分子的腺嘌呤比例是

。2.若DNA分子中含有堿基1200個(gè)，其中腺嘌呤有280個(gè)，那么胞嘧啶的數(shù)量有

。32%320④雙鏈DNA分子中，A+T占整個(gè)DNA分子堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條鏈中A+T占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其中任何一條鏈A+T是整個(gè)DNA分子A+T的一半。A+TA+T+G+CA1+T1+G1+C1A1+T1==A2+T2+G2+C2A2+T2=A1+T1（A+T）12==A2+T2A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈例題3、某雙鏈DNA分子中，A與T之和占整個(gè)DNA堿基總數(shù)的54%，其中一條鏈上G占該鏈堿基總數(shù)的22%。求另一條鏈上G占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量。24%（G+C）12G1+C1G2+C2==A＋T=54%G+C=46%練習(xí)：3.在一個(gè)雙鏈DNA分子中，含有20%的胸腺嘧啶。已知一條鏈中的胞嘧啶占該鏈的20%，則另一條鏈中的胞嘧啶占該鏈的多少？4.如果一個(gè)DNA分子的一條鏈中C的含量為22%，G的含量為16%，那么整個(gè)DNA分子中A占多少？40%31%設(shè)計(jì)和制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型化學(xué)組成單位基本單位——脫氧核苷酸種類：四種主要特點(diǎn)①由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成。②外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。③DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對。DNA的結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建(堿基互補(bǔ)配對原則)DNA中堿基互補(bǔ)配對的有關(guān)計(jì)算1．下列有關(guān)核DNA結(jié)構(gòu)的敘述，不正確的是（

）A．脫氧核糖和磷酸交替排列構(gòu)成DNA的基本骨架B．每一個(gè)脫氧核糖都連接兩個(gè)磷酸基團(tuán)C．DNA分子徹底水解后最多可以得到6種物質(zhì)D．DNA分子中C和G所占比例越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定B2．DNA分子可以為案件偵破提供證據(jù)的原理是（

）A．不同人體內(nèi)的DNA含有的堿基不同

B．不同人體內(nèi)的