DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

1、1 1、DNADNA為什么能夠成為高為什么能夠成為高科技的標(biāo)志？科技的標(biāo)志？2 2、它是怎樣儲(chǔ)存遺傳信息、它是怎樣儲(chǔ)存遺傳信息的？的？3 3、它又是怎樣決定生物性、它又是怎樣決定生物性狀的？狀的？中關(guān)村高科技園區(qū)的中關(guān)村高科技園區(qū)的DNADNA雕塑圖雕塑圖 1 1、有哪些科學(xué)家對(duì)、有哪些科學(xué)家對(duì)DNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出作出的雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出作出了貢獻(xiàn)？了貢獻(xiàn)？2 2、DNADNA的基本組成單位是什么？其基本骨架是由的基本組成單位是什么？其基本骨架是由哪些物質(zhì)組成？分別位于哪些物質(zhì)組成？分別位于DNADNA的的什么部位？的的什么部位？3 3、DNADNA的堿基是如何配對(duì)的？它們位于的堿基是

2、如何配對(duì)的？它們位于DNADNA的什么的什么位置？位置？4 4、DNADNA是由幾條鏈構(gòu)成的？具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？是由幾條鏈構(gòu)成的？具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？一、一、DNADNA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)建沃森和沃森和克里克克里克 在生命的旋梯上在生命的旋梯上面對(duì)面對(duì)DNADNA雙螺旋雙螺旋模型的模型的美國(guó)生物學(xué)家美國(guó)生物學(xué)家 沃森（左）沃森（左）英國(guó)物理學(xué)家英國(guó)物理學(xué)家 克里克（右）?？死锟耍ㄓ遥NADNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)沃森、克里克和英國(guó)物理學(xué)家威爾金斯因發(fā)現(xiàn)生沃森、克里克和英國(guó)物理學(xué)家威爾金斯因發(fā)現(xiàn)生命的雙螺旋而榮獲命的雙螺旋而榮獲19621962年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理

3、學(xué)獎(jiǎng)。左一：左一： 威爾金斯威爾金斯左三：左三： 克里克克里克左五：左五： 沃沃森森資料資料1：20世紀(jì)世紀(jì)30年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到：組成年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到：組成DNA分子的分子的基本單位是基本單位是 。脫氧核苷酸脫氧核苷酸1分子磷酸分子磷酸1分子脫氧核糖分子脫氧核糖1分子含氮堿基分子含氮堿基DNADNA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1分子脫氧核苷酸分子脫氧核苷酸 = + + .代表磷酸代表磷酸 S代表脫氧核糖代表脫氧核糖 代表代表4種堿基種堿基 代表連接各組分的化學(xué)鍵代表連接各組分的化學(xué)鍵 【模型建構(gòu)模型建構(gòu)1】: 脫氧核苷酸脫氧核苷酸堿堿 基基A G C T磷酸磷酸脫氧脫氧核糖核糖

4、脫氧脫氧核糖核糖堿基堿基磷酸磷酸A GC T脫氧核苷酸脫氧核苷酸C、H、O、N、P脫氧脫氧核糖核糖含氮堿基含氮堿基磷酸磷酸脫氧核苷脫氧核苷脫氧核苷酸脫氧核苷酸ACT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G脫氧核苷酸的種類脫氧核苷酸的種類資料資料2：DNA是由是由4種脫氧核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈。種脫氧核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈?！灸Ｐ徒?gòu)【模型建構(gòu)2】 一條脫氧核苷酸單鏈一條脫氧核苷酸單鏈 X衍射技術(shù)是用X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)晶體的分子排列。 沃森和克

5、里克推算出DNA分子呈螺旋的結(jié)構(gòu)。DNA的的X射線衍射圖射線衍射圖資料資料3：英國(guó)科學(xué)家威爾金斯和富蘭克林提供了英國(guó)科學(xué)家威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的的X射線衍射圖譜射線衍射圖譜 。資料資料4：奧地利著名生物化學(xué)家查哥夫研究得：奧地利著名生物化學(xué)家查哥夫研究得出：腺嘌呤（出：腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量的量(A=T)，鳥嘌呤（，鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧）的量總是等于胞嘧啶（啶（C）的量）的量(G=C)。 【模型建構(gòu)【模型建構(gòu)3】DNA呈雙螺旋結(jié)構(gòu)呈雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子是以分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而種脫氧核苷酸為單位連接而成的長(zhǎng)鏈，這成的長(zhǎng)鏈

6、，這4種核苷酸分別為種核苷酸分別為A、T、C、G威爾金斯和富蘭克林提供DNA衍射圖譜沃森和克里克DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)分子呈螺旋結(jié)構(gòu)嘗試多種不同的雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型磷酸磷酸核糖骨架安排在螺旋外部，堿基安排核糖骨架安排在螺旋外部，堿基安排在螺旋內(nèi)部的雙鏈螺旋在螺旋內(nèi)部的雙鏈螺旋查哥夫提供重要信息：A的量總是等于T的量；G的量總是等與C的量。磷酸磷酸核糖骨架在螺旋外側(cè)，內(nèi)部堿基核糖骨架在螺旋外側(cè)，內(nèi)部堿基AT配對(duì)、配對(duì)、GC配對(duì)配對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程：雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程：沃森、克里克和英國(guó)物理學(xué)家威爾金斯因發(fā)現(xiàn)生命的雙螺旋而榮獲1962年諾貝爾

7、醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。左一：威爾金斯 左三：克里克 左五：沃森思思 考考 與與 討討 論論1、請(qǐng)你根據(jù)資料回答有關(guān)、請(qǐng)你根據(jù)資料回答有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題。（1）、）、DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？（2）、）、DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于DNA的什么部的什么部位呢？位呢？（3）、）、DNA中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于DNA的什么部位？的什么部位？答答：（：（1）兩條。兩條鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。）兩條。兩條鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)

8、。（2）基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而成的。脫氧核糖除了和磷酸相連之）基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而成的。脫氧核糖除了和磷酸相連之外還和內(nèi)側(cè)的堿基相連外還和內(nèi)側(cè)的堿基相連,磷酸只和脫氧核糖相連。脫氧核糖和磷酸位于磷酸只和脫氧核糖相連。脫氧核糖和磷酸位于DNA分子的分子的外側(cè)。外側(cè)。（3）DNA中的堿基配對(duì)是通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行的，即中的堿基配對(duì)是通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行的，即A和和T，G和和C配對(duì)。配對(duì)。它們位于分子的內(nèi)側(cè)。它們位于分子的內(nèi)側(cè)。2、上述資料中涉及到哪些學(xué)科的知識(shí)和方法？這對(duì)你理解生物科學(xué)的、上述資料中涉及到哪些學(xué)科的知識(shí)和方法？這對(duì)你理解生物科學(xué)的發(fā)展有什么啟示

9、？發(fā)展有什么啟示？3、沃森和克里克默契配合，發(fā)現(xiàn)、沃森和克里克默契配合，發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程，作為科學(xué)家雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程，作為科學(xué)家合作研究的典范，在科學(xué)界傳為佳話。他們的這種工作方法給予你哪合作研究的典范，在科學(xué)界傳為佳話。他們的這種工作方法給予你哪些啟示？些啟示？2、答：主要涉及物理學(xué)、答：主要涉及物理學(xué)(如衍射圖譜如衍射圖譜)、生物化學(xué)、生物化學(xué)(堿基數(shù)目的對(duì)應(yīng)相等關(guān)堿基數(shù)目的對(duì)應(yīng)相等關(guān)系系)等。涉及的方法有等。涉及的方法有X射線衍射結(jié)構(gòu)分析方法；建構(gòu)模型的方法等。通過(guò)射線衍射結(jié)構(gòu)分析方法；建構(gòu)模型的方法等。通過(guò)對(duì)這些資料的分析使人們更加清楚地認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展是在應(yīng)用多對(duì)這些

10、資料的分析使人們更加清楚地認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展是在應(yīng)用多學(xué)科成果的基礎(chǔ)上取得的，多學(xué)科的交叉運(yùn)用，誕生了新的邊緣學(xué)科，如學(xué)科成果的基礎(chǔ)上取得的，多學(xué)科的交叉運(yùn)用，誕生了新的邊緣學(xué)科，如生物化學(xué)、生物物理學(xué)等。生物化學(xué)、生物物理學(xué)等。3、答：要善于利用他人的研究成果，要善于與他人交流溝通，要善、答：要善于利用他人的研究成果，要善于與他人交流溝通，要善于與人合作。于與人合作。二、二、 DNA分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸脫氧核苷酸1、DNA的化學(xué)組成基本單位：基本單位：P脫氧核糖含氮堿基磷酸脫氧核糖含氮堿基脫氧核苷酸脫氧核苷酸元素組成：元素組成：C H O N P 組成脫氧核苷酸的堿基堿基：胞嘧

11、啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（）胸腺嘧啶（T）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鳥嘌呤（）鳥嘌呤（G）因此，脫氧核苷酸也有因此，脫氧核苷酸也有4種種腺膘呤脫氧核苷酸腺膘呤脫氧核苷酸A胞嘧啶脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸C鳥瞟呤脫氧核苷酸鳥瞟呤脫氧核苷酸GT胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸兩個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)兩個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接連接DNA平面結(jié)構(gòu)基本單位基本單位：脫氧核苷酸脫氧核苷酸2、DNA的立體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）、）、DNA分子是由兩分子是由兩條鏈組成，這兩條鏈按反條鏈組成，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。（2）、）、DNA分子中的脫分子中的脫氧核糖和磷酸交

12、替連接，氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。（3）、兩條鏈上的堿）、兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連結(jié)起來(lái)，基通過(guò)氫鍵連結(jié)起來(lái)，形成堿基對(duì)，且遵循堿形成堿基對(duì)，且遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。基互補(bǔ)配對(duì)原則。堿基對(duì)堿基對(duì)3、堿基互補(bǔ)配對(duì)原則、堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 A與與T配對(duì)配對(duì) ；G與與C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 兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，并且堿基配對(duì)有一成堿基對(duì)，并且堿基配對(duì)有一定的規(guī)律：定的規(guī)律：A一定與一定與T配對(duì)，配對(duì)，G一定與一定與C配對(duì)。配對(duì)。 堿基之間的這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)堿基之

13、間的這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，叫做系，叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。AACCGGATTTGGCCTAAT之間形成之間形成2個(gè)氫鍵個(gè)氫鍵CG之間形成之間形成3個(gè)氫鍵個(gè)氫鍵DNA堿堿基基互互補(bǔ)補(bǔ)配配對(duì)對(duì)情情況況圖圖解解DNA分子的空間立體結(jié)構(gòu)4、DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：主鏈：磷酸與脫氧核糖交替排列穩(wěn)定不變。主鏈：磷酸與脫氧核糖交替排列穩(wěn)定不變。堿基對(duì)：嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。堿基對(duì)：嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。多樣性：多樣性：不同種類的不同種類的DNA分子，其內(nèi)堿分子，其內(nèi)堿基對(duì)的排列順序都不同?；鶎?duì)的排列順序都不同。特異性：特異性： 對(duì)于一個(gè)確定的對(duì)于一個(gè)確定的DNA分子來(lái)說(shuō)它的

14、分子來(lái)說(shuō)它的 堿基排列順序都是確定的。堿基排列順序都是確定的。 穩(wěn)定性穩(wěn)定性化學(xué)組化學(xué)組成單位成單位雙雙螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基本單位基本單位脫氧核苷酸脫氧核苷酸種類種類四種四種主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) 堿基互補(bǔ)配對(duì)原則堿基互補(bǔ)配對(duì)原則DNA分子的穩(wěn)分子的穩(wěn)定性、多定性、多樣性樣性和特異性和特異性由兩條反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤旋由兩條反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤旋而成。而成。外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架本骨架 ，堿基排列在內(nèi)側(cè)。，堿基排列在內(nèi)側(cè)。DNA分子兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接分子兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)。成堿基對(duì)。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、堿結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、堿基基4種

15、、堿基對(duì)種、堿基對(duì)2種、排種、排列順序不同列順序不同A A C C G GA TT T G G C C T A結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有關(guān)有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算中的堿基計(jì)算1、與、與DNA結(jié)構(gòu)有關(guān)的堿基計(jì)算結(jié)構(gòu)有關(guān)的堿基計(jì)算（A+GA+G）/ /（T+CT+C）= =（A+CA+C）/ /（T+GT+G）= =1 11兩條鏈兩條鏈不互補(bǔ)的堿基不互補(bǔ)的堿基之和相等。之和相等。（A+GA+G）/ /（A+T+G+CA+T+G+C）= =1 / 21 / 2兩鏈中不互補(bǔ)的堿基和與兩鏈堿兩鏈中不互補(bǔ)的堿基和與兩鏈堿基總數(shù)之比等于基總數(shù)之比等于50%50%（1/21/2）。）。（A1+T1）/（A2+T2）=（G1+C

16、1）/（G2+C2）= （A1+G1）/（T1+C1）= a，則（則（A2+G2）/（T2+C2）=111 / a一條鏈中一條鏈中互補(bǔ)堿基互補(bǔ)堿基的和等于另一條鏈中的和等于另一條鏈中互補(bǔ)堿基的和?；パa(bǔ)堿基的和。一條鏈中一條鏈中不互補(bǔ)堿基不互補(bǔ)堿基的和之比等于另一的和之比等于另一條鏈中這種比值的倒數(shù)。條鏈中這種比值的倒數(shù)。（A+T）/（A+T+G+C）=a，則（則（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=a兩條鏈中互補(bǔ)堿基和與兩條鏈堿基總數(shù)兩條鏈中互補(bǔ)堿基和與兩條鏈堿基總數(shù)之比，與任意一條鏈的這種比值相等。之比，與任意一條鏈的這種比值相等。即：（即：（A1+T1）%=（A2+T2）%=總（總（

17、A+T）%，同理同理（G1+C1）%=（G2+C2）%=總（總（G+C）%重要公式：重要公式： 在雙鏈DNA分子的一條鏈中，A+T的和占該鏈的堿基比率等于另一條鏈中A+T的和占該鏈的堿基比率，還等于雙鏈DNA分子中A+T的和占整個(gè)DNA分子的堿基比率。討論：討論：作為遺傳物質(zhì)，應(yīng)該儲(chǔ)存大量的遺傳信息。作為遺傳物質(zhì)，應(yīng)該儲(chǔ)存大量的遺傳信息。DNA只有只有4種脫氧核苷酸，它如何能夠儲(chǔ)存種脫氧核苷酸，它如何能夠儲(chǔ)存足夠量的遺傳信息？足夠量的遺傳信息？堿基對(duì)的排列順序堿基對(duì)的排列順序千變?nèi)f化千變?nèi)f化堿基對(duì)排列方式和堿基對(duì)數(shù)量（堿基對(duì)排列方式和堿基對(duì)數(shù)量（n）的關(guān)系：）的關(guān)系：堿基對(duì)排列方式堿基對(duì)排列方

18、式 = 4n (n代表堿基對(duì)數(shù)代表堿基對(duì)數(shù)) 練習(xí)題練習(xí)題 1、某生物細(xì)胞、某生物細(xì)胞DNA分子的堿基中，腺嘌呤的分子的堿基中，腺嘌呤的分子數(shù)占分子數(shù)占18%，則鳥嘌呤的分子數(shù)占，則鳥嘌呤的分子數(shù)占 . 32%或者：A+G=T+C=50% 結(jié)論：兩個(gè)非互補(bǔ)配對(duì)堿基之和占結(jié)論：兩個(gè)非互補(bǔ)配對(duì)堿基之和占DNA堿基總數(shù)的堿基總數(shù)的50% 因?yàn)锳=T=18%， 所以G+C= 答：又因?yàn)镚=C， A=18%，所以G=50%-18%=32% 所以A+T=36%； 100%-36%=64% 因此G=C=32% 2、構(gòu)成雙鏈、構(gòu)成雙鏈DNA分子的四種分子的四種堿基之間的關(guān)系，下列哪項(xiàng)因堿基之間的關(guān)系，下列哪項(xiàng)因物種而異（物種而異（ ） A、（、（A+C）/（T+G） B、（、（A+G）/（T+C）C、（、（A+T）/（G+C） D、 A / T 或或 G / C C3、DNA的一條鏈中的一條鏈中A+G/T+C=2，另一條鏈中相