資源簡介

RNA的組成與種類
RNA作為DNA信使的原因
遺傳信息的轉錄、
第3章　基因的本質
第2節　DNA的結構
學習目標
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
①建立者；②建立過程；③啟示；④意義
DNA的結構：①DNA分子結構層次；②結構特點；③結構特性
探究-實踐：制作DNA雙螺旋結構模型
DAN分子結構的相關計算
根據堿基比例對核酸樣品進行判定
問題探討
坐落于北京中關村高科技園區的DNA雕塑，以它簡潔而獨特的雙螺旋造型吸引著過往行人。你知道為什么將它作為高科技的標志嗎？
上網查閱有關DNA的信息，收集你感興趣的資料與同學交流共享。
DNA雙螺旋結構的揭示是劃時代的偉大發現，在生物學的發展中具有里程碑式的意義。弄清楚DNA結構，以及測定DNA序列等應用了很多高科技技術，DNA雙螺旋結構的揭示也說明科學和技術是相互支持，密不可分的。
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
1.建立者
沃森和克里克
克里克是畢業于倫敦大學的物理學家。他曾參加過用X射線研究血紅蛋白的分子結構，在研究X射線衍射照片方面有很高的造詣。
沃森是年輕有為的分子生物學家，他與克里克一見如故，共同研究DNA的分子結構。
右圖中(左)為沃森，(右)為克里克
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
克里克
沃森
幫助理解晶體學原理
幫助理解生物學內容
合作研究
威爾金斯和其同事富蘭克林的DNA衍射圖譜的有關數據
分析
嘗試搭建了很多種不同的雙螺旋和三螺旋結構模型，都被否定。
DNA呈螺旋結構
1951年秋天，當時認識：DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含A、T、C、G 4種堿基。
2.構建過程
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
2.構建過程
【模型建構1】: 脫氧核苷酸
脫氧核苷酸
一分子磷酸
一分子脫氧核糖
一分子含氮堿基
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
1’
2’
3’
4’
含Ｎ堿基
脫氧
核糖
磷酸
5’
A
G
C
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
2.構建過程
【模型建構1】: 脫氧核苷酸
A
C
G
腺嘌呤
鳥嘌呤
胞嘧啶
規律：
嘌呤雙環，嘧啶單環
T
胸腺嘧啶
思考：脫氧核苷酸是怎樣
連成一條鏈的呢？
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
2.構建過程
【模型建構2】: 一條脫氧核苷酸鏈
…
思考：DNA由幾條脫氧核苷酸鏈構成呢？
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
2.構建過程
【模型建構3】: DNA的結構
威爾金斯和富蘭克林獲得DNA衍射圖譜
威爾金斯
富蘭克林
DNA衍射圖譜
沃森和克里克據此推算出DNA呈螺旋結構。
DNA呈現“X”形
DNA分子是螺旋的
雙螺旋？三螺旋？
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
2.構建過程
【模型建構3】: DNA的結構
兩條鏈中的堿基是排在外側，還是在內側？
結合磷脂雙分子層的排布原理思考，哪種結構可能會比較穩定？
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
2.構建過程
【模型建構3】: DNA的結構
模型構建中最大的問題——兩條鏈的連接——
即堿基是如何配對的。
衍射圖譜表明DNA分子的直徑是2nm
3.4nm
2nm
0.34nm
直徑
一個雙螺
旋的高度
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
2.構建過程
【模型建構3】: DNA的結構
觀察：兩個模型有什么區別？
修正后的模型：
小結：DNA的兩條鏈是反向平行的關系
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
數據分析
來源
堿基的相對含量
腺嘌呤A
鳥嘌呤G
胞嘧啶C
胸腺嘧啶T
人
30.9
19.9
19.8
29.4
牛（脾）
27.9
22.7
22.1
27.3
酵母
31.3
18.7
17.1
32.9
結合分支桿菌
15.1
34.9
35.4
14.6
請同學們大膽猜測，應是哪兩種堿基配對？
小結：堿基互補配對：A-T、C-G
1952年，從查可夫那得到信息：DNA中，A＝T，G＝C
①將堿基安排在雙鏈螺旋內部；
②脫氧核糖—磷酸骨架安排在外部；
③A與T配對，G與C配對；
④DNA兩條鏈的方向相反。
A－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，能夠解釋A、T、G、C的數量關系。
該模型與X射線衍射照片比較
重新構建
1953年，撰寫論文發表，1962年獲諾貝爾生理學或醫學獎。
該模型與推算出的DNA雙螺旋結構相符
發現
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
1.模型構建者
1953年，美國生物學家沃森和英國物理學家克里克
2.構建依據
（1）20世紀30年代，科學家認識到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、C 4種堿基。
（2）1951年威爾金斯和富蘭克林獲得了DNAX射線的衍射圖譜；
（3）1952年查哥夫發現在DNA中，腺嘌呤的量總是等于胸腺嘧啶的量，鳥嘌呤的量總是等于胞嘧啶的量；
3.研究DNA結構常用的方法：
X射線晶體衍射法
小結：DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
1. 請你根據資料回答有關DNA結構方面的問題。
（1）DNA是由幾條鏈構成的？它具有怎樣的立體結構？

（2）DNA的基本骨架是由哪些物質組成的？它們分別位于DNA的什么部位？
（3）DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？
2. 沃森和克里克默契配合，提示了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哪些啟示？
兩條；這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構
是由脫氧核糖和磷酸組成 它們排列在DNA的外側
堿基通過氫鍵連接成堿基對，堿基的配對具有一定規律：A一定與T配對，G一定與C配對。
它們位于DNA的內側
提示：要善于利用他人的研究成果和經驗；
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；
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。
討論
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
4.意義
①DNA雙螺旋結構學說不但闡明了DNA的基本結構，并且對一個DNA分子如何復制成兩個結構相同的DNA分子，以及DNA怎么傳遞生物體的遺傳信息進行了合理說明。
②是生物科學中具有革命性的發現，是20世紀最重要的發現之一。是分子生物學誕生的標志。
DNA雙螺旋模型的構建（科學史）
閱讀教材：P50頁，回答下列問題
1、DNA是由幾條鏈構成的？它具有怎樣的立體結構？
2、DNA的基本骨架是由哪些物質組成的？
它們分別位于DNA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的結構
1.DNA分子的結構層次
①
DNA的水解
C、H、O、N、P
磷酸
脫氧核糖
堿基
DNA初步水解產物：
脫氧核糖(4種)
DNA徹底水解產物：
磷酸(1種)、脫氧核糖(1種)、堿基(4種)。
DNA的結構--①DNA的結構層次
DNA的結構--①DNA的結構層次
1.DNA分子的結構層次
②
磷酸二酯鍵
磷酸二酯鍵
C、H、O、N、P
磷酸
脫氧核糖
堿基
③
堿基互補配對原則
A配T，C配G
A與T之間形成2個氫鍵；
C與G之間形成3個氫鍵。
兩條鏈的相鄰堿基之間通過氫鍵相連；
一條鏈的相鄰堿基之間通過脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖相連。
1.DNA分子的結構層次
DNA的結構--①DNA的結構層次
T
G
C
A
G
T
T
G
A
C
C
A
5′
3′
3′
5′
1.DNA分子的結構層次
DNA的結構--①DNA的結構層次
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。
④
5`端:游離磷酸基團
3`端:游離羥基(-OH)
一個雙鏈DNA分子(非環狀):游離兩個磷酸基團；
一個DNA分子中絕大多數磷酸基團與兩個碳原子相連，只有5`端游離的兩個磷酸基團與一個碳原子相連。
1.DNA分子的結構層次
DNA的結構---①DNA的結構層次
T
G
C
A
G
T
T
G
A
C
C
A
5′
3′
3′
5′
DNA的結構---②結構特點
2.DNA雙螺旋結構的主要特點
①DNA是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。
②DNA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律：A與T配對，C與G配對。
3.DNA分子結構特性
①多樣性
②特異性
③穩定性
n個堿基對構成的DNA具有4n種堿基排列順序。
每個DNA分子都有特定的堿基排列順序。
兩條鏈的磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變，堿基對的配對方式不變。
DNA的結構---③結構特性
拓展：DNA雜交技術的應用
DNA雜交技術可以用于兩個物種親緣關系的判斷，若兩個物種的DNA樣本經處理后形成的DNA互補區段越多，則兩個物種的親緣關系越近。
課堂檢測
1、有一對氫鍵連接的脫氧核苷酸，已查明它的結構有一個腺嘌呤，則它的其他組成是（ ）
A．三個磷酸、三個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶
B．二個磷酸、二個脫氧核糖和一個胞嘧啶
C．二個磷酸、二個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶
D．二個磷酸、二個脫氧核糖和一個尿嘧啶
C
課堂檢測
2.下圖為大腸桿菌DNA分子(片段)的結構示意圖。下列說法正確的是(　　)
A.兩條鏈反向平行,圖中1代表的結構有四種
B.圖中2代表脫氧核糖,其中含有四個碳原子
C.圖中3為含氮堿基,可代表G或C
D.DNA分子的多樣性與圖中1、2交替連接有關
C
課堂檢測
3.下圖為雙鏈DNA的平面結構模式圖,下列相關敘述正確的是(　　)
A.在雙鏈DNA分子中,每個磷酸基團分別連接2個脫氧核糖
B.沃森和克里克利用構建物理模型的方法,提出DNA呈圖示的平面結構
C.含圖示堿基對數的DNA片段共有46種,其中不含腺嘌呤的占50%
D.含6個堿基對的DNA片段,結構最穩定時含有18個氫鍵
D
探究-實踐：制作DNA的雙螺旋模型
通過制作DNA雙螺旋結構模型，加深對DNA分子結構特點的認識和理解。
目的要求
材料用具
曲別針、泡沫塑料、紙片、扭扭棒、牙簽、橡皮泥、鐵絲等常用物品，都可用作模型制作的材料。
模型設計
成分間連接→基本單位：脫氧核苷酸
■ 如何選材？　 ■ 連接部位？ 　■ 怎樣連接？
單位間連接→脫氧核苷酸鏈：
■ 連接部位？ 　■ 怎樣連接？
兩條鏈間連接：
■ 如何體現反向平行？　 ■ 如何體現堿基配對？
探究-實踐：制作DNA的雙螺旋模型
探究-實踐：制作DNA的雙螺旋模型
磷酸
脫氧核糖
四種堿基
1.準備材料：
2.制作脫氧核苷酸模型
將脫氧核苷酸模型連接成長鏈。
3.制作脫氧核苷酸長鏈模型
探究-實踐：制作DNA的雙螺旋模型
將兩條鏈間
的堿基連接
4.制作DNA平面結構模型
探究-實踐：制作DNA的雙螺旋模型
探究-實踐：制作DNA的雙螺旋模型
5.制作DNA立體結構模型
用卡片構建DNA平面結構模型,所提供的卡片類型和數量如表所示,下列說法正確的是(　　)
A.最多可構建4種脫氧核苷酸,5個脫氧核苷酸對
B.構成的雙鏈DNA片段最多有10個氫鍵
C.DNA中每個脫氧核糖均與1分子磷酸相連
D.最多可構建44種不同堿基序列的DNA
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}卡片類型
脫氧核糖
磷酸
堿基
A
T
G
C
卡片數量
10
10
2
3
3
2
B
課堂檢測
DNA分子結構的相關計算
1.氫鍵數目：
A與T之間兩個氫鍵，C與G之間三個氫鍵，
其中CG對數(或相對含量)越多，DNA分子越穩定
一個DNA分子有1000個堿基對，其中A=240個，該DNA分子中含有________個氫鍵。
2760
2.一個DNA分子中，游離2個磷酸基團，
3.脫氧核糖數=磷酸基團數=堿基數
4.磷酸二酯鍵的數目=脫氧核苷酸數目-2
5.堿基排列順序=4n（n為堿基對數）
DNA分子結構的相關計算
在雙鏈DNA中，根據堿基互補配對原則：
①A=T，G=C，
(兩條鏈不互補的堿基之和相等)
（A+G）或（A+C)或(T+G)或（T+C)/（A+T+G+C）=
1/2
規律一：在雙鏈DNA中，任意兩個不互補堿基之和相等，并為堿基總數的50%（1/2）
②A+G=T+C
③A+C=T+G
(嘌呤數=嘧啶數)
（A+G）/
（T+C）
=1
④
（非配對堿基之和比值為1）
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA雙鏈
1 2
6.DNA分子中堿基數量關系
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA雙鏈
1 2
例1：某雙鏈DNA的分子中，鳥嘌呤的分子數占堿基總數的22%，那么胸腺嘧啶的分子數占堿基總數的( )
A、22% B、28% C、78% D、50%
B
規律二：雙鏈DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一條鏈的A+T/G+C。（補則等，不補則倒）
例2：在雙鏈DNA分子中，G和C之和占全部堿基的48%，其中一條鏈的A占該鏈堿基總數的24%，則另一條鏈中的A占該鏈堿基總數的百分比為（ ）
A、24% B、26%
C、28% D、76%
C
DNA分子結構的相關計算
DNA分子結構的相關計算
例4：DNA的一個單鏈中（A+G）/（T+C）=0.4,上述比例在其互補單鏈和整個DNA分子中分別是（ ）
A、0.4和0.5 B、2.5和0.4
C、2.5 和1.0 D、0.4和1.0
C
例3：在雙鏈DNA的一條鏈中A占22%，另一條鏈中A占24%，在整個DNA分子中，A占_____
23%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA雙鏈
1 2
(1) 在DNA雙鏈中，任意兩個不配對堿基之和 ，并為堿基總數的 。
相等
一半
A+G
( )
=
T+C
( )
=50%
A+T+G+C
A+T+G+C
∵ A=T G=C
∴ A+G = T+C
(2) 任意兩個配對堿基之和在雙鏈中比例 每一條單鏈中這兩個互補堿基之和的比例。
等于
A+T
A+T+G+C
=
=
A1+T1
A1+T1+G1+C1
A2+T2
A2+T2+G2+C2
G+C
A+T+G+C
=
=
G1+C1
A1+T1+G1+C1
G2+C2
A2+T2+G2+C2
同理：
DNA分子結構的相關計算
課堂檢測
1.關于DNA分子結構的敘述，正確的是（ ）
A.組成雙鏈DNA分子的脫氧核苷酸可以只有1種
B.絕大多數核糖上均連著兩個磷酸和一個堿基
C.雙鏈DNA分子中，堿基的數目和脫氧核糖的數目是相等的
D.雙鏈DNA分子中，A＋T＝G＋C
C
2.某雙鏈DNA分子含有400個堿基，其中一條鏈上有A：T:G:C=1:2:3:4。下列表述錯誤的是（ ）
B
A.該DNA分子的共有540個氫鍵 B.該DNA分子中的堿基排列方式共有4200種
C.該DNA分子中4種含氮堿基A:T:G:C=3:3:7:7 D.該DNA分子的熱穩定較高
課堂檢測
3.下列關于雙鏈DNA分子結構的敘述,正確的是(　　)
A.某DNA分子含有500個堿基,可能的排列方式有4500種
B.若質粒含有2 000個堿基,則該分子同時含有2個游離的磷酸基團
C.某DNA分子內胞嘧啶占25%,則每條單鏈上的胞嘧啶占25%~50%
D.某DNA分子上有胸腺嘧啶312個,占總堿基的26%,則該DNA分子上有鳥嘌呤288個
D
4.某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA分子的堿基組成，根據測定結果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數目比值的關系圖，下列正確的是（ ）
C
課堂檢測
課堂檢測
5.已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數的35.8％，其中一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數的 32.9％和17.1％，則在它的互補鏈中，T和 C分別占該鏈堿基總數的（?? ?）
A．32.9％和17.l％??? B．31.3％和18.7％
C．18.7％和31.3％?? ?D．17.1％和32.9％
B
6.一個DNA分子中，G和C之和占全部堿基數的46％，又知在該DNA分子的一條鏈中，A和C分別占堿基數的28％和22％，則該DNA分子的另一條鏈中，A和C分別占堿基數的（ ）
A.28%、22% B．22%、28%
C.23%、27% D．26%、24%
D
根據堿基比例對核酸樣品進行判定
是否含
有U
是
否
則含有RNA
為DNA
A+C
T+G
是否=1
是
否
可能是雙鏈DNA可能是單鏈DNA
則為單鏈DNA
1.現有一待測核酸樣品，經檢測后，對堿基個數統計和計算得到下列結果：(A+T)/(G+C)≠1,(A+G)/(T+C)=1。
根據此結果，該樣品（ ）
A.無法被確定是DNA還是RNA
B.可被確定為雙鏈DNA
C.無法確定是單鏈DNA還是雙鏈DNA
D.可被確定為單鏈DNA
C
課堂檢測
2.甲生物核酸的堿基組成為：嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遺傳物質的堿基比例為：嘌呤占34%、嘧啶占66%，則甲、乙生物可能是（ ）
A.藍藻、變形蟲
B.T2噬菌體、豌豆
C.硝化細菌、綿羊
D.肺炎雙球菌、煙草花葉病毒
D
課堂檢測
課堂小結
課堂檢測（教材52頁）
1.下面是DNA的分子的結構模式圖，說出圖中1－10的名稱。
1. 胞嘧啶
2. 腺嘌呤
3. 鳥嘌呤
4. 胸腺嘧啶
5. 脫氧核糖
6. 磷酸
7. 胸腺嘧啶脫氧核苷酸
8. 堿基對
9. 氫鍵
10. 一條脫氧核苷酸鏈的片段
課堂檢測（教材52頁）
3.在含有4種堿基的DNA區段中，腺嘌呤有a個，占該區段全部堿基的比例為b，則（ ）。
A.b≦0.5
B.b≧0.5
C.胞嘧啶為a(1/2b-1)個
D.胞嘧啶為b(1/2a-1)個
C
4.一條DNA單鏈的序列是5'--GATACC--3'，那么它的互補鏈的序列是（ ）

A.5'--CTATGG--3' B.5'--GATACC--3'
C.5'--GGTATC--3' D.5'--CCATAG--3'
C
(三)探究·實踐
1.DNA雖然只含有4種脫氧核苷酸，但是堿基的排列順序卻是千變萬化的。堿基排列順序的千變萬化，使DNA儲存了大量的遺傳信息。
2.提示：(1)靠DNA堿基對之間的氫鍵維系兩條鏈的偶聯；(2)在DNA雙螺旋結構中，由于堿基對平面之間相互靠近，形成了與堿基對平面垂直方向的相互作用力(該點可不作為對學生的要求，教師可進行補充說明)。
3.提示：不一定要求學生答出半保留復制，可以引導學生從DNA的結構來進行推測，如從堿基互補配對原則出發去思考。

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