資源簡介

(共43張PPT)
第3章 基因的本質
第2節 DNA的結構
DNA是肺炎鏈球菌、T2噬菌體的遺傳物質
RNA是TMV的遺傳物質
DNA是細胞結構的生物和DNA病毒的遺傳物質
RNA是RNA病毒的遺傳物質
更多實驗證據
更多實驗證據
DNA是主要的遺傳物質
加熱殺死的S型細菌中含有轉化因子
肺炎鏈球菌的轉化實驗
T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗
格里菲斯的體內轉化實驗
艾弗里的體外轉化實驗
轉化因子是什么
溫故知新
結構 功能
在確信DNA是遺傳物質之后，人們更迫切的想知道：
DNA是怎樣儲存遺傳信息的？
又是怎樣決定生物性狀的？
答案就隱藏在DNA的結構中
新知導入
一
DNA雙螺旋結構模型的構建
中關村DNA雙螺旋結構“生命”雕塑，如今已被看作中關村的標志。
——不朽的 雙螺旋
DNA
雅典奧運會（2004年）開幕式經典場景
20世紀30-40年代：化學和遺傳學研究取得重大進展
1. DNA的化學元素組成： C、H、O、N、P 。
2. DNA是由 4種脫氧核苷酸 連接成的長鏈，且具備穩定的直徑(2nm)
回顧：脫氧核苷酸
1分子脫氧核苷酸=____________+__________________+_________________。
1分子磷酸
1分子脫氧核糖
1分子含氮堿基
含氮堿基
脫氧
核糖
磷酸
1′
2′
3′
4′
5′
脫氧核苷酸
一. DNA雙螺旋結構模型的構建
3. 4種脫氧核苷酸含有4種堿基： A、G、C、T 。
A
T
C
G
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
一. DNA雙螺旋結構模型的構建
思考：這些脫氧核苷酸是如何連接成DNA長鏈的呢？
核苷酸與核苷酸之間是通過_____________連接的。
磷酸二酯鍵
一. DNA雙螺旋結構模型的構建
A
A
C
A
思考： DNA是由幾條鏈組成的？它具有怎樣的立體結構呢？
1. 主要建立者：
1953年 沃森和克里克
晚年沃森和克里克在雙螺旋結構模型前的最后一次合影
一. DNA雙螺旋結構模型的構建
克里克:
物理學家，對X射線晶體衍射圖譜的分析十分熟悉。能夠幫助沃森理解晶體學原理。
沃森:
生物學家，可以幫助克里克理解生物學的內容。
1951年11月，英國生物物理學家威爾金斯（M.Wilkins）和同事富蘭克林（R.E.Franklin）應用X射線晶體衍射技術獲得了高質量的DNA衍射圖譜。
M.Wilkins
R.E.Franklin
“X”形意味著DNA分子是呈螺旋的，提供了決定性的實驗依據。
2.建立過程：
一. DNA雙螺旋結構模型的構建
DNA是螺旋結構
雙螺旋？
三螺旋？
搭建的多種模型都被否定
沃森和克里克推測出DNA分子呈螺旋形的。他們先后建構了多種不同雙螺旋、三螺旋模型。
2.建立過程：
一. DNA雙螺旋結構模型的構建
堿基組成 堿基比例 A G C T A/T G/C (A+G)/(T+C) (A+T)/(G+C)
人 30.9 19.9 19.8 29.4 1.05 1.01 1.03 1.52
雞 28.8 20.5 21.5 29.2 0.99 0.95 0.97 1.38
海膽 32.8 17.7 17.3 32.1 1.02 1.02 1.02 1.85
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9 0.95 1.09 1.00 1.79
大腸桿菌 24.7 26 25.7 23.6 1.05 1.01 1.03 0.93
奧地利生物化學家查哥夫
查哥夫法則：
在DNA中，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。
2.建立過程：
1952年，奧地利著名生物化學家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量(A=T)，鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量(G=C)。
01
富蘭克林發現，將DNA晶體翻180度獲得的X射線衍射圖仍然是一樣的。沃森與克里克認為：DNA兩條鏈是反向排列的。
沃森和克里克搭建的DNA雙螺旋結構模型
①A-T與G-C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。
②能夠解釋A=T、G=C的數量關系。
③模型與X射線衍射照片比較，模型與基于照片推算出的DNA雙螺旋結構相符。
沃森和克里克嘗構建了將堿基安排在雙螺旋的內部，脫氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型。
2.建立過程：
1953年，沃森和克里克撰寫的論文《核酸的分子結構-脫氧核糖核酸的一個結構模型》在英國雜志《自然》上發表，引起極大的轟動。
1962，沃森、克里克和威爾金斯三人因這一研究成果共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。
威爾金斯
克里克
沃森
2.建立過程：
平面結構：
C
T
T
G
A
C
A
G
DNA雙螺旋結構：
討論：沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的雙螺旋結構，是科學家合作研究的典范，在科學界傳為佳話。他們的這種工作方式給予你那些啟示？
③研究小組成員在知識背景上最好是互補的，對所從事的研
究要有興趣和激情等。
①要善于利用他人的研究成果和經驗；
②要善于與他人交流、合作，閃光的思想是在交流與碰撞中
獲得的；
思考 討論：DNA雙螺旋結構模型的構建
一. DNA雙螺旋結構模型的構建
例1..下列關于威爾金斯、沃森和克里克、富蘭克林、查哥夫等人在DNA結構模型構建方面的突出貢獻的說法，正確的是( )
A.威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的電子顯微鏡圖像
B.沃森和克里克提出了DNA雙螺旋結構模型
C.查哥夫提出了A與T配對、C與G配對的正確關系
D.富蘭克林和查哥夫發現DNA分子中A的量等于T的量、C的量等于G的量
B
課堂檢測
二
DNA的結構
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
二. DNA的結構
特點①：DNA是由兩條鏈組成，兩條單鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。
1. DNA的結構特點：
鏈數
方向
結構
反向平行
兩條脫氧核苷酸鏈
5'
3'
3'
5'
O
CH2
OH
H
磷酸
堿基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
游離的磷酸基團，稱作5′－端
一個羥基(—OH)，稱作3′－端
一條：5’→3’; 另一條：3’→5’
雙螺旋結構
5'
3'
5'
3'
磷酸二酯鍵
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
外側
內側
脫氧核糖和磷酸交替連接，構成基本骨架
堿基對
特點②：DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基排列在內側。
3',5'-磷酸二酯鍵
C
T
T
G
A
C
A
G
堿基對
配對規律
兩條鏈的堿基通過氫鍵連接配對
氫鍵
特點③：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對：A與T配對；G與C配對，這種堿基之間的一一對應的關系，叫做堿基互補配對原則。
堿基互補配對原則：A與T配對；G與C配對
A
T
G
C
1. DNA的結構特點：
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
氫鍵越多，結構越穩定，即含G、C堿基對比例越大，結構越穩定。
知識拓展：
氫鍵
單鏈中相鄰堿基：
互補鏈中相鄰堿基:
數量關系
①每個DNA的片段中,游離的磷酸基團有2個。
②A-T間有2個氫鍵,G-C間有3個氫鍵。氫鍵越多，結合力越強。——G和C的含量越多，DNA的結構就越穩定。
③脫氧核糖數=磷酸數=含氮堿基數
位置關系
通過脫氧核糖一磷酸一脫氧核糖連接
通過氫鍵相連
總結：DNA雙螺旋結構
5'
3'
5'
3'
G
A
A
A
C
C
G
A
G
T
T
T
C
G
G
T
C
脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖
總結：DNA雙螺旋結構
氫鍵
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
堿基對
五種元素：
C、H、O、N、P
四種堿基：
A、T、C、G
三種物質：
兩條長鏈：
一種螺旋：
規則的雙螺旋結構
磷酸、脫氧核糖、含氮堿基
兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈
氫鍵關系:
A=T G≡C
2.DNA的結構特性：
①穩定性
①兩條鏈反向平行盤旋成規則的雙螺旋結構
②外側：脫氧核糖和磷酸交替連接成基本骨架
③內側：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基
對，遵循堿基互補配對原則。
C
T
T
G
A
C
A
G
二. DNA的結構
每個DNA分子中堿基對的特定排列順序，構成了DNA分子的特異性。
C
T
T
G
A
C
A
G
②特異性
2.DNA的結構特性：
二. DNA的結構
人的遺傳信息主要分布于染色體的DNA中。兩個隨機個體具有相同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。
應用DNA指紋技術時，首先需要用合適的酶將待檢測的樣品DNA切成片段，然后用電泳的方法將這些片段按大小分開，再經過一系列步驟，最后形成DNA指紋圖。
DNA指紋技術
科學 技術 社會
堿基對的數量不同、堿基對的排列順序的千變萬化。
C
T
T
G
A
C
A
G
③多樣性
問題4:在生物體內，一個最短DNA分子也大約有4000個堿基對，堿基配對方式有4種：A—T、T—A、G—C、C—G。請同學們計算DNA分子有多少種？
44000
種類
數目
A與a基因不同的根本原因是什么？
2.DNA的結構特性：
二. DNA的結構
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1.下圖是DNA分子結構模式圖，用文字填出1—10的名稱。
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
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
課堂檢測
一個DNA片段有4個游離的磷酸基團。
一條脫氧核苷酸鏈中相鄰脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵相連
X
2
√
DNA分子的一條單鏈中，相鄰堿基通過氫鍵相連。
X
DNA分子的一條單鏈中，相鄰堿基通過“脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖”相連。
雙鏈DNA分子中，相鄰堿基通過堿基相連。
根據圖中左邊鏈的序列：5’-TGCAGTC-3‘，寫出互補鏈的序列。
3’-ACGTCAG-5’
課堂檢測
(1)威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的電子顯微照片。( )
(2)查哥夫提出了A與T配對、C與G配對的正確關系。( )
(3)DNA分子中的每個磷酸均與2個脫氧核糖連接。( )
(4)DNA外側是由磷酸與脫氧核糖交替連接構成基本骨架，內部是堿基。 ( )
(5)DNA的兩條鏈等長，但是反向平行。( )
(6)DNA中的氫鍵數目和堿基數目一定相等。( )
×
×
×
√
√
×
P53
[例1] 在制作DNA雙螺旋結構模型時，如圖為兩個脫氧核苷酸的模型，○代表磷酸，下列敘述正確的是 (　　)
C
A. 可能代表A、T、C、U四種含氮堿基
B.兩個○可用別針(代表共價鍵)連接，以形成DNA的側鏈
C.別針(代表共價鍵)應連接在一個核苷酸的 和另一個核苷酸的○上
D.如果兩個脫氧核苷酸分別位于鏈的兩側，則兩個模型方向相同
P54
[例2] 從分子水平上對生物體具有多樣性或特異性的分析，錯誤的是 (　　)
A.堿基對排列順序的千變萬化，構成了DNA分子的多樣性
B.堿基對特定的排列順序，構成了每一個DNA分子的特異性
C.一個含2 000個堿基的DNA分子，其堿基對可能的排列方式有41 000種
D.人體內控制β 珠蛋白合成的基因由1 700個堿基對組成，其堿基對可能的排列方式有41 700種
D
解析　每種DNA(基因)都有特定的堿基排列順序，因此β 珠蛋白基因堿基對的排列順序是一定的。
P54
三
DNA分子中堿基的數量關系
如圖DNA分子中一條鏈為1鏈，另一條鏈為2鏈，請分析回答下列問題：
P54
(1)分析依據　____________________
(2)基本數量關系
A1＝________、T1＝________、G1＝________、C1＝________。
(3)拓展數量關系
①A1＋A2＝________；G1＋G2＝________。
即：雙鏈中A＝____，G＝____，A＋G＝_______＝______＝________＝
1/2(A＋G＋T＋C)。
堿基互補配對原則
T2
A2
C2
G2
T1＋T2
C1＋C2
T
C
T＋C
A＋C
T＋G
規律一：雙鏈DNA分子中嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數，任意兩個不互補堿基之和為堿基總數的一半。
例1：某雙鏈DNA分子中，G占23%，求A占多少？
A和G不互補，A+G=T+C=50%
則A=50%-23%=27%
(2)A1＋T1＝________；G1＋C1＝_________。
A2＋T2
G2＋C2
A1＋T1/G1＋C1 ＝ A2＋T2/G2＋C2
＝A1＋T1+A2＋T2/G1＋C1+G2＋C2
同理：
A+T
A+T+G+C
=
=
(G1+C1)%
(G2 +C2)%
=
=
A1+T1
A1+T1+G1+C1
A2+T2
A2+T2+G2+C2
規律二：互補堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相等，簡記為“補則等”。
例2：若DNA的一個單鏈中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互補鏈和整個DNA分子中分別是多少？
0.4 0.4
互為倒數
A1+G1
T1 +C1
T2 +C2
A2 +G2
=
A1+C1
T1 +G1
T2 +G2
A2 +C2
=
若1鏈：(A1+G1) / (T1+C1)=b,
則2鏈：(A2+G2) / (T2+C2)=1/b；
若1鏈：(A1+T1) / (G1+C1)=a，
則2鏈：(A2+T2) / (G2+C2)=a；
A1＋T1＝________；G1＋C1＝_________。
A2＋T2
G2＋C2
規律三：非互補堿基之和的比值在兩條互補鏈中互為倒數，簡記為“不補則倒”。在雙鏈中為常數1.
雙鏈中：A1+G1+A2+G2 / T1+C1+T2+C2= 1
例3：在DNA的一個單鏈中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互補鏈和整個DNA分子中分別是多少？
與互補鏈互為倒數：2.5
在雙鏈中為常數：1
規律五：某種堿基在雙鏈中所占的比例等于它在每一條單鏈中所占比例和的一半。
（5）
三. DNA分子中堿基的數量關系
[例3] 某雙鏈DNA分子含有400個堿基，其中一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。下列表述正確的是(　　)
A.該DNA分子的另一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4
B.該DNA分子共有腺嘌呤60個
C.該DNA分子共有鳥嘌呤160個
D.其中一條鏈中(A＋T)/(G＋C)＝3/7，另一條鏈中(A＋T)/(G＋C)＝7/3
B
P54
[例4] 從某生物中提取出DNA進行化學分析，發現鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數的46%，又知該DNA的一條鏈(H鏈)所含的堿基中28%是腺嘌呤，則與H鏈互補的另一條鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基數的比例為(　　)
A.26% B.24%
C.14% D.11%
A
P54
解答DNA分子中有關堿基計算題目的“三步曲”
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