3.2DNA的分子結(jié)構(gòu)(審定稿)

1、20042004年年7 7月月2828日，日，“分子生物學(xué)分子生物學(xué)之父之父”克里克在圣地牙哥加州克里克在圣地牙哥加州大學(xué)醫(yī)院與世長(zhǎng)辭，享年大學(xué)醫(yī)院與世長(zhǎng)辭，享年8888歲。歲。19531953年年4 4月月2525日，克里克和沃森日，克里克和沃森在在自然自然雜志上發(fā)表了雜志上發(fā)表了DNA的的雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而帶雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而帶來(lái)了遺傳學(xué)的徹底變革來(lái)了遺傳學(xué)的徹底變革，更宣更宣告了分子生物學(xué)的誕生。告了分子生物學(xué)的誕生。種瓜為什么能得瓜，就是遺傳物種瓜為什么能得瓜，就是遺傳物質(zhì)由親代傳給子代的結(jié)果。遺質(zhì)由親代傳給子代的結(jié)果。遺傳物質(zhì)為什么能自我復(fù)制呢？傳物質(zhì)為什么能自我復(fù)制呢？它是怎樣復(fù)制的呢

2、？這些機(jī)理它是怎樣復(fù)制的呢？這些機(jī)理都蘊(yùn)藏在克里克和沃森的都蘊(yùn)藏在克里克和沃森的DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的偉大發(fā)現(xiàn)之雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的偉大發(fā)現(xiàn)之中。中。 v早在早在1919世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了DNA的化的化學(xué)成分：學(xué)成分：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)建脫氧脫氧核糖核糖堿基堿基磷酸磷酸A G C T腺嘌呤脫氧核苷酸腺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脫氧核苷酸的種類A鳥嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸CTGv20世紀(jì)初，摩爾根通過(guò)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)證明世紀(jì)初，摩爾根通過(guò)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)證明基因位于基因位于染色體上染色體上。v1

3、943年，艾弗里證明了年，艾弗里證明了DNA攜帶有遺傳信息，并認(rèn)攜帶有遺傳信息，并認(rèn)為為DNA可能就是基因可能就是基因。v1951年，生物物理學(xué)家威爾金斯用年，生物物理學(xué)家威爾金斯用X射線衍射技術(shù)射線衍射技術(shù)對(duì)對(duì)DNA結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)DNA是一種螺旋結(jié)構(gòu)是一種螺旋結(jié)構(gòu)。v女物理學(xué)家富蘭克林在女物理學(xué)家富蘭克林在1951年底拍到了一張十分清年底拍到了一張十分清晰的晰的DNA的的X射線衍射照片射線衍射照片。19521952年，查哥夫研究發(fā)現(xiàn)在年，查哥夫研究發(fā)現(xiàn)在DNADNA中數(shù)量關(guān)系中數(shù)量關(guān)系:A=T:A=T、G=CG=CDNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建前提雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

4、前提: :討論討論1：1.沃森和克里克在構(gòu)建沃森和克里克在構(gòu)建DNA模型過(guò)程中，利用了模型過(guò)程中，利用了他人的哪些經(jīng)驗(yàn)和成果？又涉及到哪些學(xué)科的他人的哪些經(jīng)驗(yàn)和成果？又涉及到哪些學(xué)科的知識(shí)和方法？而這些，對(duì)你理解生物科學(xué)的發(fā)知識(shí)和方法？而這些，對(duì)你理解生物科學(xué)的發(fā)展以及和各學(xué)科的聯(lián)系有什么啟示？展以及和各學(xué)科的聯(lián)系有什么啟示？2.沃森和克里克在構(gòu)建模型的過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)哪沃森和克里克在構(gòu)建模型的過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)哪些錯(cuò)誤？他們是如何對(duì)待和糾正這些錯(cuò)誤的？些錯(cuò)誤？他們是如何對(duì)待和糾正這些錯(cuò)誤的？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)雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程，作為科學(xué)家合作研究

5、的典范，在科學(xué)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。他們這種工作方式給予你哪些啟界傳為佳話。他們這種工作方式給予你哪些啟示？示？討論討論2：1.DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？構(gòu)？2.DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于別位于DNA的什么部位呢？的什么部位呢？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的的什么部位？什么部位？DNA空間結(jié)構(gòu).swf以超高分辨率掃描式電子以超高分辨率掃描式電子顯微鏡拍到的顯微鏡拍到的DNADNA照片。照片。（1）DNA分

6、子是由兩條分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤旋成長(zhǎng)鏈盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GATCAATTCCGG連接連接（1）DNA分子是由兩條分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤旋成長(zhǎng)鏈盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)。（2）DNA分子中的脫氧分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成排列在外側(cè)，構(gòu)成基本基本骨架骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。；堿基在內(nèi)側(cè)。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GATCAATTCCGG（1）DNA分子是由兩條分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤旋成長(zhǎng)鏈盤旋成雙螺旋

7、結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)。（2）DNA分子中的脫氧分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成排列在外側(cè)，構(gòu)成基本基本骨架骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。；堿基在內(nèi)側(cè)。（3）兩條鏈上的堿基通）兩條鏈上的堿基通過(guò)過(guò)氫鍵氫鍵連結(jié)起來(lái)，形成連結(jié)起來(lái)，形成堿基對(duì)，堿基對(duì)，且且A只和只和T配對(duì)配對(duì)(形成二個(gè)形成二個(gè)氫鍵氫鍵)、C只和只和G配對(duì)配對(duì)(形成三個(gè)形成三個(gè)氫鍵氫鍵),即即堿基互補(bǔ)配對(duì)原則堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GATCAATTCCGG你注意到了嗎？1.兩條長(zhǎng)鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。2.長(zhǎng)鏈中的堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的,有多樣性多樣性。 DN

8、A分子的分子的特特異性異性就體現(xiàn)在特定就體現(xiàn)在特定的堿基（對(duì)）排列的堿基（對(duì)）排列順序中。順序中。GATCAATTCCGGDNA分子的特性：多樣性：多樣性：堿基有堿基有4種：種：A、T、G、C,堿基對(duì)有堿基對(duì)有4種：種：AT、TA、GC、CG,而而n個(gè)堿基對(duì)的組合方式有個(gè)堿基對(duì)的組合方式有4n 種種.如:一個(gè)最短的DNA分子也有4000個(gè)堿基對(duì)，可能的排列方式就有44000種。 特異性：特異性：不同的生物，堿基對(duì)的數(shù)目可能相同，但堿基對(duì)的排列順序肯定不同。 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：堿基互補(bǔ)配對(duì)原則保持雙鏈平行，氫鍵的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則保持雙鏈平行，氫鍵的作用力保持雙鏈的結(jié)構(gòu)牢固作用力保持雙鏈的結(jié)構(gòu)牢固.

9、DNA分子堿基對(duì)的分子堿基對(duì)的排列順序排列順序千變?nèi)f化。千變?nèi)f化。特定的特定的DNA分子具有分子具有特定的堿基排列順序特定的堿基排列順序。 DNA分子分子中的堿基對(duì)排列順序就代表了中的堿基對(duì)排列順序就代表了遺傳信息遺傳信息.DNA與蛋白質(zhì)的多樣性比較與蛋白質(zhì)的多樣性比較DNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)堿基堿基(對(duì)對(duì))有四種有四種氨基酸有氨基酸有20種種脫氧核苷酸數(shù)目成脫氧核苷酸數(shù)目成千上萬(wàn)千上萬(wàn)氨基酸數(shù)目多氨基酸數(shù)目多堿基對(duì)排列順序千堿基對(duì)排列順序千變?nèi)f化變?nèi)f化氨基酸排列順序千氨基酸排列順序千變?nèi)f化變?nèi)f化規(guī)則的雙螺旋規(guī)則的雙螺旋空間結(jié)構(gòu)不同空間結(jié)構(gòu)不同DNADNA分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu)小結(jié)小結(jié)化學(xué)組成：化學(xué)組

10、成：基本組成單位：四種脫氧核苷酸基本組成單位：四種脫氧核苷酸一分子含氮堿基一分子含氮堿基一分子脫氧核糖一分子脫氧核糖一分子磷酸一分子磷酸空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條反向脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈兩條反向脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈堿基對(duì)堿基對(duì)氫鍵氫鍵堿基互補(bǔ)配對(duì)原則堿基互補(bǔ)配對(duì)原則分子結(jié)構(gòu)的特性分子結(jié)構(gòu)的特性: :穩(wěn)定性。多樣性和特異性穩(wěn)定性。多樣性和特異性元素組成元素組成:C H O N P練習(xí)與思考練習(xí)與思考1，已知，已知DNA分子的其中一條鏈如下，分子的其中一條鏈如下，其中共有磷酸多少？其中共有磷酸多少？脫氧核糖多少？脫氧核糖多少？T堿基有多少堿基有多少?共有堿基多少共有堿基多少? T T

11、 A A T G G T C T A T G C A2，堿基配對(duì)時(shí)堿基配對(duì)時(shí)為什么只能是為什么只能是A-T,G-C,而不是而不是A-C,G-T?3.3.下圖是下圖是DNADNA分子結(jié)構(gòu)模式圖，用文字填出分子結(jié)構(gòu)模式圖，用文字填出1 11010的名稱。的名稱。PPPPACTG123456789101 23 45 67 89 10胞嘧啶（胞嘧啶（C）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鳥嘌呤（鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）脫氧核糖脫氧核糖磷酸磷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸堿基對(duì)堿基對(duì)氫鍵氫鍵一條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈的片段一條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈的片段 (1)整個(gè)DNA分子中 A+C/T+G = (2)如一條鏈

12、上 A+T/C+G= a , 則另一條鏈上 A+T/C+G= , 整個(gè)分子中該比值= . (3)如一條鏈上A+G/T+C= b,則另一條鏈上A+G/T+C= .1 a a 1/b 討論歸納討論歸納:2.2.某某DNADNA分子的一條單鏈中分子的一條單鏈中,A,A占占2020,T,T占占3030，則該則該DNADNA分子中的分子中的C C占全部堿基的（占全部堿基的（ ）。）。25%1.DNA1.DNA一條鏈中（一條鏈中（A+GA+G）/ /（T+CT+C）0.40.4，上述比在，上述比在其互補(bǔ)鏈和整個(gè)其互補(bǔ)鏈和整個(gè)DNADNA分子中分別是分子中分別是( ),( ).( ),( ). 2.51練習(xí)

13、練習(xí)解析解析:一條鏈上一條鏈上A占占20,T占占30，則，則 A+T占占50%,C+G占占=50%;整個(gè)分子中該比值整個(gè)分子中該比值= 50%, 而而C=G,故故C占占25%.3.3.雙鏈雙鏈DNADNA分子中，分子中，G G占?jí)A基總數(shù)的占?jí)A基總數(shù)的3838，其中一，其中一條鏈中的條鏈中的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（ ）。）。7%解析解析:雙鏈雙鏈DNA分子中，分子中，G占?jí)A基總數(shù)的占?jí)A基總數(shù)的38， C占占38%, A、T各占各占12%；一條鏈上；一條鏈上T占?jí)A基總數(shù)的占?jí)A基總數(shù)的5，另一條鏈，另一條鏈上上T占?jí)A基

14、總數(shù)的占?jí)A基總數(shù)的12% -5%=7%。26% 24%解析解析:一個(gè)一個(gè)DNA分子中，分子中，G和和C之和占全部堿基數(shù)的之和占全部堿基數(shù)的46， A和和T之和占全部堿基數(shù)的之和占全部堿基數(shù)的54%； 每一條單鏈中每一條單鏈中G和和C之和占全部堿基數(shù)的之和占全部堿基數(shù)的46， A和和T之和占全部堿基數(shù)的之和占全部堿基數(shù)的54%，而一條單鏈中，而一條單鏈中，A和和C分別占該單鏈的分別占該單鏈的28和和22，則，則G占該單鏈的占該單鏈的46%-22%=24%， T占該單鏈的占該單鏈的54%-28%=26%，則該，則該DNA分子的另一條單鏈中，分子的另一條單鏈中，A和和C分別占這一單鏈的分別占這一單鏈的百分比是百分比是26%、 24%。4.一個(gè)一個(gè)DNA分子中，分子中，G和和C之和占全部堿基數(shù)的之和占全部堿基數(shù)的46，該，該DNA分