第2節(jié) DNA分子的結(jié)構(gòu)

1、一、探究一、探究DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過(guò)程雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過(guò)程二、說(shuō)明二、說(shuō)明DNADNA分子的空間結(jié)構(gòu)分子的空間結(jié)構(gòu)三、根據(jù)三、根據(jù)DNADNA分子的組成和空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推測(cè)分子的組成和空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推測(cè)DNADNA分子的特性分子的特性四、四、堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律的有關(guān)計(jì)算堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律的有關(guān)計(jì)算本節(jié)聚焦本節(jié)聚焦一一.DNA.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建 50 50年代初，人們已普遍承認(rèn)年代初，人們已普遍承認(rèn)DNADNA是最重要的遺傳物質(zhì)，是最重要的遺傳物質(zhì)，遺傳信息就存儲(chǔ)在遺傳信息就存儲(chǔ)在DNADNA分子多核苷酸鏈上的分子多核苷酸鏈上的4 4種堿基的特定種堿基

2、的特定序列上，進(jìn)一步闡明其結(jié)構(gòu)和功能已成為迫切的任務(wù)。這時(shí)，序列上，進(jìn)一步闡明其結(jié)構(gòu)和功能已成為迫切的任務(wù)。這時(shí)，有三組科學(xué)家在進(jìn)行有三組科學(xué)家在進(jìn)行DNADNA結(jié)構(gòu)的研究，他們是：結(jié)構(gòu)的研究，他們是：v 美國(guó)加州理工學(xué)院的美國(guó)加州理工學(xué)院的鮑林鮑林，v 英國(guó)劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院的英國(guó)劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院的富蘭克琳與威爾金斯富蘭克琳與威爾金斯，v 英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的沃森與克里克。沃森與克里克。 19501950年，年，鮑林鮑林首先闡明并發(fā)首先闡明并發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了氨基酸鏈的氨基酸鏈的 螺旋狀結(jié)構(gòu)螺旋狀結(jié)構(gòu)。此后，他又投入了此后，他又投入了DNADNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的研究。他是

3、的研究。他是最早認(rèn)定最早認(rèn)定DNADNA分子具有與氨基酸鏈類似的螺分子具有與氨基酸鏈類似的螺旋結(jié)構(gòu)旋結(jié)構(gòu)的科學(xué)家，而且研究的的科學(xué)家，而且研究的環(huán)境最優(yōu)越，但他錯(cuò)誤地認(rèn)為環(huán)境最優(yōu)越，但他錯(cuò)誤地認(rèn)為DNADNA分子是由分子是由三股螺旋三股螺旋組成組成的，這使他誤入歧途的，這使他誤入歧途 19391939年鮑林首創(chuàng)化學(xué)鍵理論，奠定其獲得年鮑林首創(chuàng)化學(xué)鍵理論，奠定其獲得19541954年年諾貝爾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)的基礎(chǔ)。成功構(gòu)建了諾貝爾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)的基礎(chǔ)。成功構(gòu)建了多肽的多肽的 螺旋螺旋的分子結(jié)構(gòu)模型，而啟發(fā)了的分子結(jié)構(gòu)模型，而啟發(fā)了沃森與克里克沃森與克里克，必需，必需建建立立DNADNA的分子結(jié)構(gòu)模型的分子結(jié)構(gòu)

4、模型。 鮑林自己構(gòu)建的鮑林自己構(gòu)建的DNADNA分子模型為何失敗了呢？分子模型為何失敗了呢？ 提出的提出的DNADNA三螺旋分子三螺旋分子模型并未經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢驗(yàn)，他模型并未經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢驗(yàn)，他也沒(méi)有詳盡掌握也沒(méi)有詳盡掌握DNADNA相關(guān)的最新信息。相關(guān)的最新信息。 DNADNA的的X-X-射線衍射圖射線衍射圖 19511951年前后，富蘭克林和威爾金斯利用年前后，富蘭克林和威爾金斯利用X-X-射線衍射技術(shù)射線衍射技術(shù)得到了得到了DNADNA分子結(jié)晶清晰的衍射圖分子結(jié)晶清晰的衍射圖。威爾金斯富蘭克林 英國(guó)生物物理學(xué)家英國(guó)生物物理學(xué)家威爾金斯威爾金斯計(jì)算出計(jì)算出DNADNA分子螺旋的直徑與長(zhǎng)度分子螺旋的

5、直徑與長(zhǎng)度。英國(guó)。英國(guó)富蘭克琳富蘭克琳是最早認(rèn)定是最早認(rèn)定DNADNA具有具有雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)的科學(xué)的科學(xué)家，并且運(yùn)用家，并且運(yùn)用X X射線衍射技術(shù)拍攝到了射線衍射技術(shù)拍攝到了DNADNA照片，還精確地計(jì)算出照片，還精確地計(jì)算出DNADNA分子內(nèi)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的部結(jié)構(gòu)的軸向與距離軸向與距離。他們二人還對(duì)。他們二人還對(duì)DNADNA分子的結(jié)構(gòu)作出了確切而關(guān)鍵性的分子的結(jié)構(gòu)作出了確切而關(guān)鍵性的描述：描述：磷酸根磷酸根在螺旋的在螺旋的外側(cè)外側(cè)，堿基堿基在螺在螺旋旋內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)。為推算出。為推算出DNADNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)分子呈螺旋結(jié)構(gòu)的結(jié)論，提供了決定性的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。的結(jié)論，提供了決定性的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。（1

6、1）衍射斑點(diǎn)呈交叉狀分布；）衍射斑點(diǎn)呈交叉狀分布；（2 2）衍射點(diǎn)之間的距離與層次表明有）衍射點(diǎn)之間的距離與層次表明有0.34nm0.34nm和和3.4nm3.4nm的周期性；的周期性；（3 3） 圖的頂上和底部是最強(qiáng)的衍射斑點(diǎn)，呈帶狀。圖的頂上和底部是最強(qiáng)的衍射斑點(diǎn)，呈帶狀。（4 4）螺旋直徑）螺旋直徑2nm2nm最為關(guān)鍵結(jié)論：最為關(guān)鍵結(jié)論：DNADNA呈規(guī)則呈規(guī)則雙鏈螺旋形雙鏈螺旋形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖形特點(diǎn)：圖形特點(diǎn)：很規(guī)則、具有簡(jiǎn)單對(duì)稱性很規(guī)則、具有簡(jiǎn)單對(duì)稱性 英國(guó)劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院英國(guó)劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院19461946年就設(shè)立了年就設(shè)立了DNADNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)研究室，研究室，富蘭克琳與威爾金斯富蘭克

7、琳與威爾金斯擁有充足的經(jīng)費(fèi)和擁有充足的經(jīng)費(fèi)和先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，他們與成功地建立先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，他們與成功地建立DNADNA雙螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)模型只有咫尺之遙，但卻未能跨出最后也是結(jié)構(gòu)模型只有咫尺之遙，但卻未能跨出最后也是最關(guān)鍵的一步。這一方面是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為探索最關(guān)鍵的一步。這一方面是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為探索DNADNA結(jié)構(gòu)的惟一途徑是使用結(jié)構(gòu)的惟一途徑是使用晶體學(xué)和數(shù)學(xué)計(jì)算晶體學(xué)和數(shù)學(xué)計(jì)算的的方法，拒絕采用方法，拒絕采用建立結(jié)構(gòu)模型建立結(jié)構(gòu)模型的方法；另一方面的方法；另一方面是由于人際關(guān)系等方面的因素。是由于人際關(guān)系等方面的因素。 AGCT腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞

8、嘧啶脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸 胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸基本單位基本單位脫氧核苷酸脫氧核苷酸幾種生物的幾種生物的DNA堿基組成堿基組成(%)查哥夫規(guī)則的發(fā)現(xiàn)查哥夫規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 19501950年總結(jié)出年總結(jié)出DNADNA的堿基組成的規(guī)律的堿基組成的規(guī)律（堿基互補(bǔ)配對(duì)原則）（堿基互補(bǔ)配對(duì)原則）(3) (3) 同一種生物的體細(xì)胞同一種生物的體細(xì)胞DNADNA的堿基含量相同。不同種生的堿基含量相同。不同種生物堿基含量不同。物堿基含量不同。(2) (2) 所有所有DNADNA分子中堿基含量分子中堿基含量 A=TA=T，G=CG=C 腺嘌呤和胞嘧啶總數(shù)等于鳥嘌呤和胸腺嘧啶總數(shù)，腺嘌呤和胞嘧啶總

9、數(shù)等于鳥嘌呤和胸腺嘧啶總數(shù)， 即即A+C= G+T A+C= G+T 嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即A+G= C+TA+G= C+T (1) (1) 所有所有DNADNA分子中都含有分子中都含有A A、T T、GG、C C 四種堿基。四種堿基。嘌呤配對(duì)嘌呤配對(duì)嘧啶配對(duì)嘧啶配對(duì)嘌呤和嘧啶嘌呤和嘧啶配對(duì)配對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 X X衍射技術(shù)是用衍射技術(shù)是用X X光透過(guò)物質(zhì)的結(jié)晶體，使其在照片底片上衍射光透過(guò)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(gè)方法可以用來(lái)推測(cè)晶體中的分子排列。出晶體圖案的技術(shù)。這個(gè)方法可以用來(lái)推測(cè)晶體中的分子排列。沃森沃森

10、和克里克和克里克就是根據(jù)對(duì)就是根據(jù)對(duì)DNADNA的的X X光衍射光衍射結(jié)果，以及對(duì)結(jié)果，以及對(duì)DNADNA分子不同分子不同堿基堿基之間數(shù)量關(guān)系之間數(shù)量關(guān)系的分析，提出了的分析，提出了DNADNA分子的分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。模型。 DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)的雙鏈結(jié)構(gòu)19531953年，沃森和克年，沃森和克里克撰寫的里克撰寫的核酸的核酸的分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)脫氧核脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型型論文在英國(guó)論文在英國(guó)自自然然雜志上刊載雜志上刊載ATGCAGCATT氫鍵氫鍵19621962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)沃森、克里克、威爾金斯沃森、克里克、威爾金斯二二 .DNA

11、.DNA分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu)1.1.雙鏈雙鏈反向反向平行，盤旋成雙螺平行，盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；旋結(jié)構(gòu)；空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：2.2.脫氧核糖和磷酸交替連接，排脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)構(gòu)成基本骨架在外側(cè)構(gòu)成基本骨架；堿基排；堿基排在在內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè) ；3.DNA3.DNA分子上的堿基通過(guò)分子上的堿基通過(guò)氫鍵氫鍵連接成堿基對(duì)：連接成堿基對(duì)：A AT T、GCGCATGCAGCATT氫鍵氫鍵53535 5種元素種元素4 4種基本單位種基本單位3 3類物質(zhì)類物質(zhì)2 2條鏈條鏈1 1種結(jié)構(gòu)種結(jié)構(gòu) 3 3、DNADNA分子的結(jié)構(gòu)特性分子的結(jié)構(gòu)特性（1 1）多樣性：）多樣性：堿基對(duì)的排列順序的千變?nèi)f化

12、，構(gòu)成了堿基對(duì)的排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNADNA分子的多樣性。分子的多樣性。 在生物體內(nèi)，一個(gè)最短在生物體內(nèi)，一個(gè)最短DNADNA分子也大約有分子也大約有40004000個(gè)堿基對(duì)，個(gè)堿基對(duì)，堿基對(duì)有：堿基對(duì)有：ATAT、TATA、GCGC、CGCG。請(qǐng)分析計(jì)算。請(qǐng)分析計(jì)算40004000個(gè)堿個(gè)堿基對(duì)組成的基對(duì)組成的DNADNA分子有多少種？分子有多少種？4 440004000 種種（2 2）特異性）特異性堿基對(duì)的特定排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)堿基對(duì)的特定排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)DNADNA分子的特分子的特異性。異性。（3) 3) 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： 具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)三

13、、堿基計(jì)算的一般規(guī)律三、堿基計(jì)算的一般規(guī)律: : DNADNA雙雙鏈中，鏈中，互補(bǔ)互補(bǔ)堿基的數(shù)量堿基的數(shù)量相等，即相等，即( (A=TA=T、C=G)C=G) ； DNADNA單單鏈中，鏈中，互補(bǔ)互補(bǔ)堿基的數(shù)量堿基的數(shù)量不一定相等不一定相等, ,（A A T T、C GC G）2. 2. 雙鏈雙鏈DNADNA分子分子不互補(bǔ)不互補(bǔ)堿基對(duì)的堿基之堿基對(duì)的堿基之和和的的比值比值為為1 1，即，即嘌嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。 （A+CA+C）/ /（T+GT+G）=1=1，即，即 A+C = T+G A+C = T+G （A+GA+G）/ /（T+CT+C）=1=1，即，

14、即 A+G = T+C A+G = T+C3.3.在在雙鏈雙鏈DNADNA分子分子中某堿基的比值等于該中某堿基的比值等于該DNADNA分子每一條分子每一條單鏈中單鏈中該堿基該堿基比值比值之和的一半之和的一半2A1+A2A=2T1+T2T=4. DNA4. DNA分子其中分子其中一條一條鏈中的鏈中的互補(bǔ)互補(bǔ)堿基對(duì)的堿基之堿基對(duì)的堿基之和和的的比值比值與與另一條另一條互互補(bǔ)鏈中以及補(bǔ)鏈中以及雙鏈雙鏈DNADNA中該比值中該比值相等相等。A A1 1+T+T1 1 / / G G1 1+C+C1 1= =A A2 2 +T +T2 2 / / G G2 2 +C +C2 2= =A+TA+T / /

15、 G+CG+C = a = aATGCATGCA.A.核苷酸核苷酸B.B.脫氧核苷酸脫氧核苷酸C.C.腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸1 1、下圖為、下圖為DNADNA分子結(jié)構(gòu)示意圖，下列三個(gè)選項(xiàng)中，對(duì)分子結(jié)構(gòu)示意圖，下列三個(gè)選項(xiàng)中，對(duì) 的的名稱是否有正確的描述？名稱是否有正確的描述？沒(méi)有沒(méi)有2.有兩對(duì)通過(guò)氫鍵連接的脫氧核苷酸，已查明它的結(jié)構(gòu)有有兩對(duì)通過(guò)氫鍵連接的脫氧核苷酸，已查明它的結(jié)構(gòu)有1個(gè)個(gè)腺嘌呤，腺嘌呤，1個(gè)胞嘧啶，則它的其它組成應(yīng)是個(gè)胞嘧啶，則它的其它組成應(yīng)是 ( ) A3個(gè)磷酸、個(gè)磷酸、3個(gè)脫氧核糖、個(gè)脫氧核糖、1個(gè)胸腺嘧啶、一個(gè)鳥嘌呤個(gè)胸腺嘧啶、一個(gè)鳥嘌呤 B2個(gè)磷酸、個(gè)磷酸、2

16、個(gè)脫氧核糖和個(gè)脫氧核糖和1個(gè)胞嘧啶、一個(gè)鳥嘌呤個(gè)胞嘧啶、一個(gè)鳥嘌呤C4個(gè)磷酸、個(gè)磷酸、4個(gè)脫氧核糖、個(gè)脫氧核糖、1個(gè)胸腺嘧啶、一個(gè)鳥嘌呤個(gè)胸腺嘧啶、一個(gè)鳥嘌呤 D4個(gè)磷酸、個(gè)磷酸、4個(gè)脫氧核糖、個(gè)脫氧核糖、1個(gè)尿嘧啶、一個(gè)鳥嘌呤個(gè)尿嘧啶、一個(gè)鳥嘌呤3.分析一個(gè)分析一個(gè)DNA時(shí)，發(fā)現(xiàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)20%的脫氧核苷酸含有鳥嘌呤，由的脫氧核苷酸含有鳥嘌呤，由此可知，該分子中一條鏈上腺嘌呤含量的最大值可占此鏈堿此可知，該分子中一條鏈上腺嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基數(shù)的：（基數(shù)的：（）A60%B.30%C.40%D.80%CB4 4. .某某DNADNA分子一個(gè)單鏈上（分子一個(gè)單鏈上（A+GA+G）/ /（T

17、+CT+C）=0.4=0.4，則該，則該DNADNA的另一條單鏈和整個(gè)的另一條單鏈和整個(gè)DNADNA分子中同樣的堿基比是分子中同樣的堿基比是 A A、0.40.4和和0.6 B0.6 B、2.52.5和和1.0 1.0 C C、0.40.4和和0.4 D0.4 D、0.60.6和和1.01.05 5、雙鏈、雙鏈DNADNA分子中，分子中，GG占?jí)A基總數(shù)的占?jí)A基總數(shù)的3838，其中一條鏈中，其中一條鏈中的的T T占?jí)A基總數(shù)的占?jí)A基總數(shù)的5 5，那么另一條鏈中的，那么另一條鏈中的T T占?jí)A基總數(shù)的占?jí)A基總數(shù)的（ ） A.12%A.12% B.5%B.5% C.7%C.7% D.19%D.19%6 6. .馬和鼠體細(xì)胞具有相同數(shù)目的染色體，但性狀差異很大，馬和鼠體細(xì)胞具有相同數(shù)目的染色體，但性狀差異很大，原因是原因是( )( ) A A、生活環(huán)境不同、生活環(huán)境不同 B B、DNADNA分子中堿基對(duì)排列順序不同分子中堿基對(duì)排列順序不同 C C、DNADNA分子中堿基配對(duì)方式不同分子中堿基配對(duì)方式不同 D D、著絲點(diǎn)數(shù)目不同、著絲點(diǎn)數(shù)目不同B BD7.若在一雙鏈若在一雙鏈DNA分子中鳥嘌呤和胞嘧啶之和占?jí)A基總和的分子中鳥嘌呤和胞嘧啶之和占?jí)A基總和的