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(共31張PPT)
第2節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)
第三章
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
01
DNA的結(jié)構(gòu)
02
03
制作DNA雙螺旋模型
象征著“生命”的雕塑
北京中關(guān)村高科技園區(qū)
原名為“生物鏈”
以獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)
被看作中關(guān)村的標(biāo)志
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
1、DNA化學(xué)元素組成：
2、DNA是由4種脫氧核苷酸連接成的長鏈，且具備穩(wěn)定直徑。
3、4種脫氧核苷酸含有 四種堿基
C、H、O、N、P
A、G、C、T
脫氧核苷酸
回顧
+1分子磷酸
=1分子脫氧核糖
+1分子含氮堿基
脫氧核糖
H
OH
C1
C2
C3
C4
C5
O
O
磷酸
P
含氮堿基
N
腺嘌呤 A
鳥嘌呤 G
胞嘧啶 C
胸腺嘧啶 T
20世紀(jì)30-40年代化學(xué)和遺傳學(xué)研究取得重大進(jìn)展
1951年
英國的化學(xué)家富蘭克林和生物物理學(xué)家威爾金斯用X射線衍射技術(shù)拍攝的DNA晶體的衍射圖譜
莫里斯·威爾金斯
羅莎琳德·富蘭克林
DNA晶體衍射圖譜
1951年秋天
23歲的美國生物學(xué)者沃森和35歲的英國物理學(xué)者克里克對(duì)DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
弗朗西斯·克里克
詹姆斯·沃森
DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)分析
生物理解
結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建
模型一 沃森和克里克嘗試了堿基位于螺旋結(jié)構(gòu)外部的不
同結(jié)構(gòu)模型
已知堿基具有疏水性，你有什么聯(lián)想？
思考
推測：堿基在DNA螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)
生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型
結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建
結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建
化學(xué)家指出
配對(duì)違反化學(xué)規(guī)律又被否定
模型二 沃森和克里克重新構(gòu)建：磷酸-脫氧核糖骨架在外部，堿基在內(nèi)部的雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)，內(nèi)部相同堿基配對(duì)。
觀察堿基的結(jié)構(gòu)，大家有何聯(lián)想？
思考
嘧啶有1個(gè)環(huán)
嘌呤有2個(gè)環(huán)
如果是相同堿基配對(duì)，那么DNA的直徑不固定
推測：嘌呤同嘧啶配對(duì)
哪種嘌呤與哪種嘧啶配對(duì)？
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
1952年春天
沃森和克里克得知查哥夫理論
查哥夫 E.chargaff
推測
A與T配對(duì)，C與G配對(duì)
平面結(jié)構(gòu)
模型三
相對(duì)的堿基之間形成 鍵
氫
一個(gè)堿基上的H原子和與之配對(duì)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。
A
T
C
G
A T間2個(gè)氫鍵，G C間3個(gè)氫鍵
相對(duì)的堿基之間形成 鍵
氫
H原子與N原子或O原子離得足夠近，才能夠形成氫鍵。模型中兩條鏈反向排列的，以滿足氫鍵形成的條件。
相對(duì)的堿基之間形成 鍵
氫
正是因?yàn)閮蓷l鏈的核苷酸之間存在作用力,所以這兩條鏈 既不在同一直線也不在同一個(gè)平面上。
平面結(jié)構(gòu)
螺旋一定
的角度
立體結(jié)構(gòu)
兩條鏈按照反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)
1nm
0.34nm
1953年4月25日，沃森和克里克在英國《自然》發(fā)表題為《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》
DNA模型構(gòu)建中重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家
威爾金斯——生物物理學(xué)家——英國
富蘭克林——化學(xué)家——英國
克 里 克——物理學(xué)家——英國
沃 森——生物學(xué)家——美國
查 哥 夫——生物化學(xué)家——奧地利
你受到怎樣的啟發(fā)？
回 顧
DNA的結(jié)構(gòu)
1.DNA的基本單位：
脫氧核苷酸
2.脫氧核苷酸的組成
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
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
堿基
磷酸
5’
1’
2’
3’
4’
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。
3.元素組成：
C、H、O、N、P
O
OH
H
H2O
磷酸二酯鍵
DNA鏈?zhǔn)怯擅撗鹾塑账崦撍s合連接而成的長鏈。
4.DNA鏈的形成：
5’
A
T
G
C
T
A
C
G
3’
5’
3’
3',5'-磷酸二酯鍵
1.由 條單鏈按_________方式盤旋成_______結(jié)構(gòu)。
反向平行
雙螺旋
2
5’
3’
5’
3’
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
磷酸
和 交替連接，構(gòu)成基本骨架；
5.外側(cè)：
堿基對(duì)
內(nèi)側(cè):
脫氧核糖
6.堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
兩條鏈上的堿基通過 連接形成
，且A只和 配對(duì)、G只和 配對(duì)，堿基之間的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，就叫作
。
氫鍵
氫鍵
T
C
堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
堿基對(duì)
堿基對(duì)
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
氫鍵越多，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，即含G、C堿基對(duì)比例越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，更耐高溫。
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
7.總結(jié)：
五種元素：
C、H、O、N、P
四種堿基：
A、T、C、G
三種物質(zhì)：
兩條長鏈：
一種螺旋：
規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)
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(guān)系:
A=T G≡C
DNA分子的結(jié)構(gòu)特性
在生物體內(nèi)，一個(gè)最短DNA分子也大約有4000個(gè)堿基對(duì)，堿基對(duì)有：A—T、T—A、G—C、C—G。請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算DNA分子有多少種？
44000
2.特異性：
堿基對(duì)的特定排列順序。
3.穩(wěn)定性：
1.多樣性：
①外部穩(wěn)定的基本骨架——磷酸和脫氧核糖交替連接形成；
②內(nèi)部堿基對(duì)穩(wěn)定——通過氫鍵連接，嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，
加強(qiáng)穩(wěn)定性；
③空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定——規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
堿基對(duì)的數(shù)量不同、排列順序的千變?nèi)f化。
遺傳信息：DNA分子中的堿基對(duì)的排列順序。
制作DNA雙螺旋模型
1．組裝“脫氧核苷酸模型”
利用材料制作若干個(gè)脫氧核糖、磷酸和堿基，組裝成若干個(gè)脫氧核苷酸。
2．制作“多核苷酸長鏈模型”
將若干個(gè)脫氧核苷酸依次穿起來，組成兩條多核苷酸長鏈。注意兩條長鏈的單核苷酸數(shù)目必須相同，堿基之間能夠互補(bǔ)配對(duì)。
3．制作DNA分子平面結(jié)構(gòu)模型
按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則，將兩條多核苷酸長鏈互相連接起來，注意兩條鏈的方向相反。
4．制作DNA分子的立體結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu))模型
把DNA分子平面結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一下，即可得到一個(gè)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
制作DNA雙螺旋模型
1、DNA只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能夠儲(chǔ)存足夠量的遺傳信息？
2、DNA是如何維系它的遺傳穩(wěn)定性的？
3、你能夠根據(jù)DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)想DNA的復(fù)制方式嗎？
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?nèi)f化的。堿基排列順序的千變?nèi)f化，使DNA儲(chǔ)存了大量的遺傳信息。
（1）靠DNA堿基對(duì)之間的氫鍵維系兩條鏈的偶聯(lián)；
（2）在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，由于堿基對(duì)平面之間相互靠近，形成了與堿基對(duì)平面垂直方向的相互作用力。
從堿基互補(bǔ)配對(duì)原則出發(fā)去思考。
討論：
1.某DNA片段的一條單鏈的核苷酸順序?yàn)椋?’-ATGCCTGA-3’，則其互補(bǔ)鏈的序列為( )
A.5’-ATGCCTGA-3’ B.5’-TCAGGCAT-3’
C.5’-TACGGACT-3’ D.5’-UCAGGCAU-3’
B
2.在含有4種堿基的DNA區(qū)段中，腺嘌呤有a個(gè)，占該區(qū)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(gè) D.胞嘧啶為b(1/2a-1)個(gè)
C

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