主講人：吳彥祖匯報(bào)時(shí)間：20252.2DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制（第1課時(shí)）目錄0102沃森和克里克解開(kāi)DNA分子結(jié)構(gòu)之謎DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型01沃森和克里克解開(kāi)DNA分子結(jié)構(gòu)之謎

19世紀(jì)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)存在一種含磷較高的物質(zhì)，后來(lái)命名為核酸。20世紀(jì)初，科學(xué)家確定核酸由堿基、磷酸和糖組成。

1944年，艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明DNA是遺傳物質(zhì)，為研究DNA分子結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

早期研究為DNA分子結(jié)構(gòu)研究奠定基礎(chǔ)，從細(xì)胞核內(nèi)物質(zhì)發(fā)現(xiàn)到核酸組成確定，再到DNA作為遺傳物質(zhì)的證明，逐步深入。早期對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)的探索

1951年，沃森到劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室工作，與克里克合作。兩人性格互補(bǔ)，沃森富有激情和想象力，克里克邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、善于推理。

他們通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)，分析前人研究成果，如查哥夫發(fā)現(xiàn)的堿基配對(duì)規(guī)律，以及威爾金斯和富蘭克林提供的DNA衍射照片，不斷探索DNA分子結(jié)構(gòu)。

沃森和克里克合作基于性格互補(bǔ)和前人成果，通過(guò)文獻(xiàn)研究和分析，為解開(kāi)DNA分子結(jié)構(gòu)之謎奠定基礎(chǔ)。沃森和克里克的合作

1953年，沃森和克里克構(gòu)建出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。模型顯示DNA由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成，堿基在內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖在外側(cè)。

他們提出堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，即A與T配對(duì)，C與G配對(duì)。這一模型完美解釋了DNA分子的穩(wěn)定性和遺傳信息的傳遞方式，為分子生物學(xué)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立是沃森和克里克合作的成果，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和堿基配對(duì)原則為生物學(xué)發(fā)展帶來(lái)重大突破。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立一、DNA分子結(jié)構(gòu)研究歷程DNA分子的空間結(jié)構(gòu)DNA分子的化學(xué)組成

DNA分子由脫氧核苷酸組成，每個(gè)脫氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基構(gòu)成。堿基有四種：腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接形成脫氧核苷酸鏈，兩條鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

DNA分子的化學(xué)組成是其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，脫氧核苷酸的組成和連接方式?jīng)Q定了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑約為2納米，螺距為3.4納米，每圈螺旋包含10個(gè)堿基對(duì)。堿基平面與螺旋軸垂直，堿基對(duì)之間通過(guò)氫鍵連接。雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，磷酸和脫氧核糖交替排列形成基本骨架。這種結(jié)構(gòu)使DNA分子具有穩(wěn)定性，同時(shí)堿基對(duì)的排列順序蘊(yùn)含著遺傳信息。DNA分子的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其穩(wěn)定性和遺傳信息的存儲(chǔ)方式，堿基對(duì)的排列順序是遺傳信息的關(guān)鍵。堿基互補(bǔ)配對(duì)原則

在DNA分子中，腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）之間形成兩個(gè)氫鍵，鳥(niǎo)嘌呤（G）與胞嘧啶（C）之間形成三個(gè)氫鍵。這種堿基配對(duì)方式保證了DNA分子復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性。堿基互補(bǔ)配對(duì)原則還決定了DNA分子中A=T、G=C，A+G與C+T的比例相等，為遺傳信息的傳遞和表達(dá)提供了重要依據(jù)。堿基互補(bǔ)配對(duì)原則是DNA分子結(jié)構(gòu)的重要特征，保證了遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞和表達(dá)，是生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。010203二、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型解讀1952年威爾金斯和富蘭克林得到的首張DNA分子X(jué)射線衍射圖像(圖a)。DNA雕塑圖a圖b02DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型三、沃森和克里克解開(kāi)了DNA分子結(jié)構(gòu)之謎20世紀(jì)30年代后期，瑞典科學(xué)家證明了DNA分子是不對(duì)稱的。20世紀(jì)40年代后期，科學(xué)家又用電子顯微鏡觀察，并通過(guò)計(jì)算得出分子的直徑約為2nm。1952年奧地利著名生物化學(xué)家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量(A=T)，鳥(niǎo)嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量(G=C)。

查哥夫1953年美國(guó)科學(xué)家沃森和英國(guó)科學(xué)家克里克以富蘭克林、威爾金斯等人提供的DNA衍射圖像的有關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)，推算出DNA分子呈雙螺旋結(jié)構(gòu)。沃森、克里克構(gòu)建的DNA雙螺旋模型屬于物理模型；4月25日，英國(guó)《自然》雜志刊登了沃森和克里克的《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》論文?！蹲匀弧冯s志同時(shí)刊登了威爾金斯、富蘭克林的論文，1962年，沃森、克里克、威爾金斯同時(shí)獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。三、沃森和克里克解開(kāi)了DNA分子結(jié)構(gòu)之謎DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)物理模型1.DNA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DNA的什么部位？3.DNA中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于DNA的什么部位？4.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。他們的這種工作方式給予你哪些啟示？11閱讀教材P51-52完成以下問(wèn)題。GCATTACGGCO磷酸基團(tuán)堿基5′5′3′3′氫鍵堿基對(duì)穩(wěn)定性磷酸二酯鍵三、沃森和克里克解開(kāi)了DNA分子結(jié)構(gòu)之謎1.DNA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DNA的什么部位？3.DNA中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于DNA的什么部位？4.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。他們的這種工作方式給予你哪些啟示？13兩條，兩條鏈反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；脫氧核糖和磷酸，外側(cè)；A和T配對(duì)，G和C配對(duì)，內(nèi)側(cè)；閱讀教材P51-52完成以下問(wèn)題。14（2）DNA分子中的________和________交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成_________；_______排列在內(nèi)側(cè)。（3）兩條鏈上的堿基通過(guò)_____連接起來(lái)，形成________，且遵循_______________原則。（1）DNA分子是由_____條單鏈組成的，這兩條鏈按________方式盤旋成_______結(jié)構(gòu)。CTTGACAG5’5’3’3’兩反向平行雙螺旋磷酸脫氧核糖基本骨架堿基氫鍵堿基對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì)三、沃森和克里克解開(kāi)了DNA分子結(jié)構(gòu)之謎例1.(2020年7月廣東學(xué)考)如圖表示DNA分子結(jié)構(gòu)片段模式圖。相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A.該片段由兩條脫氧核苷酸鏈組成B.磷酸和脫氧核糖相間排列在外側(cè)C.堿基之間遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則D.虛線框內(nèi)表示鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸D考點(diǎn)鞏固例2.(2021年1月廣東學(xué)考)要準(zhǔn)確地構(gòu)建一個(gè)含有30個(gè)堿基對(duì)的雙鏈DNA分子模型，則該模型中（）A.含有30個(gè)脫氧核糖分子B.若含20個(gè)腺嘌呤,則有20個(gè)胞密啶C.含有60個(gè)磷酸基團(tuán)D.兩條脫氧核苷酸鏈?zhǔn)峭蚱叫械腃1.設(shè)DNA一條鏈為1鏈，互補(bǔ)鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知：A1=T2，A2=T1，G1=C2，G2=C1則在DNA雙鏈中：A

T，G

CA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈12A+G

.A+C

.

（A+G）/（A+T+G+C）=1/2規(guī)律一：在DNA雙鏈中，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和相等，并為堿基總數(shù)的50%（1/2）T+CT+G====四、有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算例4.已知1個(gè)DNA分子中有4000個(gè)堿基對(duì)，其中胞嘧啶有2200個(gè)，這個(gè)DNA分子中應(yīng)含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是（

）A．4000個(gè)和900個(gè) B．4000個(gè)和l800個(gè)C．8000個(gè)和1800個(gè) D．8000個(gè)和3600個(gè)例3.某雙鏈DNA分子中，G占23%，求A占多少？A=50%–23%=27%C則（A2+T2）/（G2+C2）=，在整個(gè)DNA中例5：若在DNA的一個(gè)單鏈中，A+T/G+C=0.4，則上述比例在其互補(bǔ)鏈和整個(gè)DNA分子中分別是多少？若（A1+T1）/（G1+C1）=a規(guī)律二：在已知鏈、互補(bǔ)鏈及雙鏈中，互補(bǔ)堿基之和的比值相等a0.4A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈ab2.A+TG+C=a0.4例6：在DNA的一個(gè)單鏈中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互補(bǔ)鏈和整個(gè)DNA分子中分別是多少？3.若（A1+G1）/（T1+C1）=b，規(guī)律三：在已知鏈與互補(bǔ)鏈之間，不互補(bǔ)堿基之和的比值互為倒數(shù)，而在整個(gè)DNA分子中比值為11/b2.5，1則（A2+G2）/（T2+C2）=,在整個(gè)DNA中A1T2T1A2G