第2節(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制

第1課時(shí)DNA分子的結(jié)構(gòu)1.能簡(jiǎn)述科學(xué)家構(gòu)建模型的研究歷程。2.能概述DNA結(jié)構(gòu)及其主要特點(diǎn)。3.嘗試制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。你能從下圖判斷出懷疑對(duì)象中誰(shuí)是罪犯嗎？

人的遺傳信息主要分布于染色體的DNA中。兩個(gè)隨機(jī)個(gè)體具有相同DNA序列的可能性微乎其微，因此，DNA可以像指紋一樣用來(lái)識(shí)別身份，這種方法就是DNA指紋技術(shù)。資料：DNA指紋圖【資料1】1950年美國(guó)加州理工學(xué)院的鮑林及其同事用X射線衍射技術(shù)和分子模型的構(gòu)建，率先解出了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。鮑林盤(pán)曲折疊DNA分子的結(jié)構(gòu)卻遲遲沒(méi)有被解開(kāi)。一、沃森和克里克解開(kāi)了DNA分子結(jié)構(gòu)之謎【資料2】科學(xué)界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到：DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長(zhǎng)鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、G、C4種堿基。但是，人們并不清楚這4種脫氧核苷酸是如何構(gòu)成DNA的。脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT【資料3】英國(guó)物理學(xué)家威爾金斯（M.Wilkins，1916—2004）和他的同事富蘭克林（R.E.Franklin，1920—1958）應(yīng)用X射線衍射技術(shù)獲得了高質(zhì)量的DNA衍射圖譜（圖A）。沃森和克里克以該照片的有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，推算出DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)。富蘭克林威爾金斯國(guó)王學(xué)院富蘭克林發(fā)現(xiàn)提高空氣的濕度，可以讓DNA從A型轉(zhuǎn)變?yōu)锽型，顯然DNA易吸收水分。所以她認(rèn)為脫氧核糖核苷酸的親水磷酸基團(tuán)應(yīng)該位于DNA的外側(cè)，其余部分位于內(nèi)側(cè)。這是解開(kāi)DNA結(jié)構(gòu)的重要線索。A型衍射圖譜B型衍射圖譜吸水后易轉(zhuǎn)變富蘭克林內(nèi)側(cè)外側(cè)威爾金斯

1951年10月，生物學(xué)家沃森與物理學(xué)家克里克首次在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室相遇，兩人合力推出了三股螺旋的DNA結(jié)構(gòu)，他們把磷酸排在內(nèi)側(cè)，含氮堿基排在外側(cè)。當(dāng)他們邀請(qǐng)威爾金斯和富蘭克林前來(lái)觀看時(shí)，被兩人評(píng)價(jià)為“一無(wú)是處”，并告知他們含氮堿基應(yīng)該排列在內(nèi)側(cè)。沃森和克里克默默地記錄下了這個(gè)關(guān)鍵信息。錯(cuò)誤?。?！觀察堿基結(jié)構(gòu)，你能發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題？嘌呤有2個(gè)環(huán)嘧啶有1個(gè)環(huán)NO

PANO

PTNO

PGNO

PCNO

PCNO

PGNO

PTNO

PA

如果是相同堿基配對(duì)，那么DNA直徑不固定1952年7月奧地利生物化學(xué)家查加夫來(lái)到沃森和克里克的實(shí)驗(yàn)室，兩人得到了一個(gè)關(guān)鍵信息：DNA中堿基會(huì)相互配對(duì)，而且A與T的數(shù)量相等，C與G的數(shù)量相等。查加夫腺嘌呤（A）鳥(niǎo)嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）他們開(kāi)始著手制作一個(gè)雙鏈結(jié)構(gòu)，含氮堿基排列在脫氧核糖核苷酸鏈的內(nèi)側(cè)，并讓A和T配對(duì)，C和G配對(duì)。

這才終于找到一種規(guī)則的DNA結(jié)構(gòu)，但還有不少地方仍需做修正?！举Y料4】

沃森和克里克構(gòu)建了一個(gè)將堿基安排在雙鏈螺旋內(nèi)部，脫氧核糖—磷酸骨架安排在螺旋外部的模型（如右圖）。在這個(gè)模型中，A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，DNA兩條鏈的方向是相反的。脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖P

英國(guó)《自然》雜志同時(shí)刊登了三篇論文，一篇是沃森和克里克的《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》、一篇是威爾金斯的、一篇是富蘭克林的。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)。1953年4月25日沃森和克里克制作的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1.DNA的基本單位是：脫氧核苷酸脫氧核苷脫氧核苷酸AGCT腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶P脫氧核糖含氮堿基磷酸基團(tuán)DNA是由哪些元素組成的嗎？C、H、O、N、P二、DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型4種含N堿基腺嘌呤（A），鳥(niǎo)嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）

胸腺嘧啶脫氧核苷酸鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸AGTC2.脫氧核苷酸的種類（4種）3.DNA的結(jié)構(gòu)：兩條脫氧核糖核苷酸鏈連接而成的反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)①DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈構(gòu)成，這兩條鏈按反向平行方式盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。②DNA中的脫氧核糖和磷酸交替排連接排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)磷酸二酯鍵平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)③兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，并且堿基配對(duì)具有一定的規(guī)律。A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。堿基之間的這種配一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)。氫鍵3.DNA的結(jié)構(gòu)：兩條脫氧核糖核苷酸鏈連接而成的反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型DNA

雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖DNA

分子平面結(jié)構(gòu)示意圖下圖是DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖，用文字填出1—10的名稱。12345678910胞嘧啶（C）腺嘌呤（A）鳥(niǎo)嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）脫氧核糖磷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸堿基對(duì)氫鍵一條脫氧核苷酸鏈的片段56（1）假如有4個(gè)堿基對(duì)的DNA片段，若填上堿基種類，有多少種填法？在生物體內(nèi)，一個(gè)最短的DNA分子也大約有4000個(gè)堿基對(duì)，堿基對(duì)有4種：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種脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖P思考·討論444444種DNA分子具有多樣性。

堿基對(duì)排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA分子的多樣性，從而能夠儲(chǔ)存了大量的遺傳信息。（2）每個(gè)DNA分子中的堿基對(duì)都有特定排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)DNA分子的特異性。DNA指紋技術(shù)DNA分子具有特異性。（3）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸基團(tuán)交替連接的方式不變，兩條鏈之間堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式不變。脫氧核糖PA脫氧核糖PC脫氧核糖PG脫氧核糖PT脫氧核糖PTC脫氧核糖PG脫氧核糖PA脫氧核糖PG和C形成三個(gè)氫鍵，A和T只形成兩個(gè)氫鍵。氫鍵越多，結(jié)合力越強(qiáng)，DNA的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。DNA分子具有穩(wěn)定性4.DNA分子的結(jié)構(gòu)特性。(2)多樣性：如n個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的DNA具有4n種堿基對(duì)排列順序。(3)特異性：如每個(gè)DNA分子都有其特定的堿基對(duì)排列順序。(1)穩(wěn)定性：如兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變，堿基對(duì)構(gòu)成方式不變等。5.意義：DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。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=C可引申為：①嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)A+G=T+C即A+G/T+C=1②雙鏈DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一條鏈的A+T/G+C。A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈A+TG+CA1+T1G1+C1A2+T2G2+C2==例題1、某雙鏈DNA分子中，G占23%，求A占多少？解析：因?yàn)镈NA分子中，A+G=T+C。所以，A=50%–23%=27%三、堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的應(yīng)用③雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)的兩條鏈中A+G/T+C互為倒數(shù)。A1+G1T1+C1=aT2+C2A2+G2=1/aA1+C1T1+G1T2+G2A2+C2=例題2、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？2.51A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈練習(xí)：1.若一個(gè)DNA分子鳥(niǎo)嘌呤占18%，那么這個(gè)DNA分子的腺嘌呤比例是

。2.若DNA分子中含有堿基1200個(gè)，其中腺嘌呤有280個(gè)，那么胞嘧啶的數(shù)量有

。32%320④雙鏈DNA分子中，A+T占整個(gè)DNA分子堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條鏈中A+T占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其中任何一條鏈A+T是整個(gè)DNA分子A+T的一半。A+TA+T+G+CA1+T1+G1+C1A1+T1==A2+T2+G2+C2A2+T2=A1+T1（A+T）12==A2+T2A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈例題3、某雙鏈DNA分子中，A與T之和占整個(gè)DNA堿基總數(shù)的54%，其中一條鏈上G占該鏈堿基總數(shù)的22%。求另一條鏈上G占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量。24%（G+C）12G1+C1G2+C2==A＋T=54%G+C=46%練習(xí)：3.在一個(gè)雙鏈DNA分子中，含有20%的胸腺嘧啶。已知一條鏈中的胞嘧啶占該鏈的20%，則另一條鏈中的胞嘧啶占該鏈的多少？4.如果一個(gè)DNA分子的一條鏈中C的含量為22%，G的含量為16%，那么整個(gè)DNA分子中A占多少？40%31%設(shè)計(jì)和制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型化學(xué)組成單位基本單位——脫氧核苷酸種類：四種主要特點(diǎn)①由兩條反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤(pán)旋而成。②外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。③DNA分子兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)。DNA的結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建(堿基互補(bǔ)配對(duì)原則)DNA中堿基互補(bǔ)配對(duì)的有關(guān)計(jì)算1．下列有關(guān)核DNA結(jié)構(gòu)的敘述，不正確的是（

）A．脫氧核糖和磷酸交替排列構(gòu)成DNA的基本骨架B．每一個(gè)脫氧核糖都連接兩個(gè)磷酸基團(tuán)C．DNA分子徹底水解后最多可以得到6種物質(zhì)D．DNA分子中C和G所占比例越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定B2．DNA分子可以為案件偵破提供證據(jù)的原理是（

）A．不同人體內(nèi)的DNA含有的堿基不同

B．不同人體內(nèi)的