第2節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)問題探討坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑,以它簡潔而獨(dú)特的雙螺旋造型吸引著過往行人。你知道為什么將它作為高科技的標(biāo)志嗎?

DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著生物學(xué)的研究進(jìn)入分子水平，具有里程碑式的意義。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)最為重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，和相對(duì)論、量子力學(xué)一起被譽(yù)為20世紀(jì)最重要三大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建威爾金斯富蘭克林用X射線探測(cè)DNA，分析衍射圖譜來確定DNA的晶體結(jié)構(gòu)沃森克里克23歲的沃森來劍橋完成煙草花葉病毒的博士后課題35歲的克里克剛從物理學(xué)轉(zhuǎn)行道生物學(xué)的研究生，主攻蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)鮑林頂尖化學(xué)家。將量子力學(xué)引入化學(xué)，并將此推廣到分子生物學(xué)DNA的中文全稱：_________________DNA的組成元素：_________________DNA的結(jié)構(gòu)單位：_________________AGCT脫氧核糖核苷酸是如何構(gòu)成DNA分子的呢？脫氧核糖磷酸含氮堿基腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建資料2：1951年，波林（1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主），發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的長鏈結(jié)構(gòu)。由此啟發(fā)：DNA是由許多個(gè)脫氧核苷酸連接而成的長鏈。資料3：1951年，英國科學(xué)家（威爾金斯和富蘭克林）提供了DNA的X射線衍射圖譜，表明DNA分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu)?！癤”形意味著DNA分子是螺旋研究DNA分子結(jié)構(gòu)常用的方法：X射線晶體衍射法富蘭克林和威爾金斯給DNA拍了多張Ｘ射線衍射圖譜，他們發(fā)現(xiàn)DNA翻轉(zhuǎn)180°后的圖譜與未翻轉(zhuǎn)的一模一樣。富蘭克林發(fā)現(xiàn)提高空氣的濕度，發(fā)現(xiàn)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DNA結(jié)構(gòu)的重要線索。1951年11月應(yīng)用X射線衍射技術(shù)獲得了高質(zhì)量的DNA衍射圖譜。科學(xué)家：威爾金斯（M.Wilkins）和富蘭克林（R.E.Franklin）富蘭克林拍攝的DNA衍射圖譜富蘭克林發(fā)現(xiàn)，將DNA晶體翻轉(zhuǎn)180度獲得的X射線衍射圖仍然是一樣的。沃森與克里克認(rèn)為：DNA兩條鏈?zhǔn)欠聪蚺帕械?。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建沃森和克里克推算出DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)，嘗試建構(gòu)模型：雙螺旋、三螺旋→失敗沃森和克里克嘗試了堿基位于螺旋外部，磷酸位于內(nèi)部的雙螺旋結(jié)構(gòu)，你覺得合理嗎？為什么？推測(cè)：堿基在DNA螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，磷酸在外側(cè)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建磷酸基團(tuán)是親水的，堿基疏水4種堿基如何配對(duì)組合呢？DNA結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建沃森和克里克嘗試了不同的結(jié)構(gòu)模型,但都被否定了。單鏈螺旋結(jié)構(gòu)模型；三鏈螺旋結(jié)構(gòu)模型；雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)模型；二戰(zhàn)后，科學(xué)家利用電子顯微鏡測(cè)定了DNA分子的直徑約為2nm。相鄰兩核苷酸間距相等，并得出DNA是雙鏈的結(jié)論。

資料4：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)，鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量(G=C)。DNA結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建沃森和克里克：A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，構(gòu)建出新的DNA模型。A-T堿基對(duì)與G-C堿基對(duì)具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有穩(wěn)定的直徑，能夠解釋A,T,G,C的數(shù)量關(guān)系。堿基對(duì)氫鍵ATGC1962，沃森、克里克和威爾金斯三人因這一研究成果共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。DNA結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建資料五：1953年，美國的沃森和英國的克里克以威爾金斯和富蘭克林的DNA晶體X射線衍射圖譜以及查哥夫的當(dāng)量定律為基礎(chǔ)，在《nature》上發(fā)表了論文《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》，引起極大的轟動(dòng)。沃森和克里克搭建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型沃森和克里克總結(jié):模型建構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)者：主要研究方法：DNA結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建討論

1.請(qǐng)你根據(jù)資料回答有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)方面的問題。（1）DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA是由兩條鏈構(gòu)成的。（2）DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于DNA的什么部位呢？DNA的基本骨架包括脫氧核糖和磷酸，它們排列在DNA的外側(cè)。（3）DNA中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于DNA的什么部位？DNA中的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，它們位于DNA的內(nèi)側(cè)。堿基配對(duì)有一定的規(guī)律：A與T配對(duì)；G與C配對(duì)。沃森和克里克搭建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模式圖晚年沃森和克里克在雙螺旋結(jié)構(gòu)模型前的最后一次合影沃森和克里克在構(gòu)建DNA模型過程中，借助了他人的哪些經(jīng)驗(yàn)和成果？DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：2反向平行雙螺旋脫氧核糖磷酸氫鍵堿基對(duì)互補(bǔ)配對(duì)AATTGGGCCATC（1）整體：DNA分子是由____條_________的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的_______結(jié)構(gòu)。（2）外側(cè)：DNA分子中的_________和____交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；（3）內(nèi)側(cè)：兩條鏈上的堿基排列在內(nèi)側(cè)通過_______連結(jié)，形成________，且遵循堿基___________原則。二、DNA的結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：二、DNA的結(jié)構(gòu)5＇3＇5＇3＇OCH2OHH磷酸基團(tuán)堿基3′2′HH1′4′5′HH兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。長鏈中的堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的。ATCGTTGCTADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建CTTGACAG堿基互補(bǔ)配對(duì)原則活動(dòng)、畫出含有8個(gè)基本單位的DNA片段的平面結(jié)構(gòu)模型DNA的結(jié)構(gòu)A與T、C與G之間通過形成氫鍵配對(duì)氫鍵一個(gè)堿基上的H原子和與之配對(duì)的堿基上的電負(fù)性強(qiáng)的N原子或O原子間存在一定的吸引力，形成氫鍵。CTTGACAGA與T之間有幾個(gè)氫鍵？C與G之間有幾個(gè)氫鍵？2個(gè)氫鍵3個(gè)氫鍵DNA的結(jié)構(gòu)CTTGACAG反向平行如何描述DNA的方向呢3′5′DNA的結(jié)構(gòu)5′3′a.這是DNA的最終結(jié)構(gòu)嗎？不是，因?yàn)樗€是平面結(jié)構(gòu)b.它的立體結(jié)構(gòu)是？雙螺旋CTTGACAGDNA的結(jié)構(gòu)兩條單鏈反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)鏈數(shù)：方向：空間結(jié)構(gòu)：3′5′3′5′堿基互補(bǔ)配對(duì)形成氫鍵GCAT核苷酸之間連接的化學(xué)鍵3',5'-磷酸二酯鍵脫氧核糖和磷酸交替連接，構(gòu)成基本骨架外側(cè)：兩條鏈反向平行盤旋成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。脫氧核糖和磷酸交替連接成基本骨架；內(nèi)側(cè)：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。2.特異性：每個(gè)DNA分子中堿基對(duì)的特定排列順序，構(gòu)成了DNA分子的特異性。1.穩(wěn)定性：5’3’5’3’脫氧核苷酸數(shù)量不同，堿基的排列順序千變?nèi)f化。在生物體內(nèi)，一個(gè)最短DNA分子也大約有4000個(gè)堿基對(duì)，請(qǐng)計(jì)算DNA分子有多少種？440003.多樣性：二DNA的結(jié)構(gòu)（1）DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。OCH2OHH磷酸基團(tuán)堿基3′2′HH1′4′5′HH（2）DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架。堿基排列在內(nèi)側(cè)。（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，并且堿基配對(duì)具有一定的規(guī)律：A(腺嘌呤)與T(胸腺嘧啶)配對(duì)；G(鳥嘌呤)與C(胞嘧啶)配對(duì)。小結(jié)氫鍵ATATTAGGGCCATC堿基對(duì)五種元素：C、H、O、N、P四種堿基：A、T、C、G三種物質(zhì)：兩條長鏈：一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)磷酸、脫氧核糖、含氮堿基兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈氫鍵關(guān)系:A=TG≡C[典例]下列關(guān)于威爾金斯、沃森和克里克、富蘭克林、查哥夫等人在DNA分子結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面的突出貢獻(xiàn)的說法，正確的是A．威爾金斯和富蘭克林提供了DNA分子的電子顯微鏡圖像B．沃森和克里克提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型C．查哥夫提出了A與T配對(duì)，C與G配對(duì)的正確關(guān)系D．富蘭克林和查哥夫發(fā)現(xiàn)A的量等于T的量、C的量等于G的量[典例]一條DNA單鏈的序列是5'-GATACC-3',那么它的互補(bǔ)鏈的序列是

A.5'-CTATGG-3'

B.5'-GATACC-3'

C.5'-GGTATC-3'

D.5'-CCATAG-3'一條脫氧核苷酸鏈中相鄰脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵相連DNA分子的一條單鏈中，相鄰堿基通過氫鍵相連。[判斷]123456GTCA789若在一個(gè)生物體內(nèi)嘌呤≠嘧啶是什么原因？含有單鏈，嘌呤數(shù)量一定不等于嘧啶數(shù)量嗎？存在單鏈結(jié)構(gòu)時(shí)，可能是嘌呤=嘧啶；也可能是嘌呤≠嘧啶，關(guān)系不確定；則必然有單鏈結(jié)構(gòu)存在；DNA雙鏈中嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算規(guī)律基本原則：雙鏈DNA中，A=T，C=G即A+G=T+C=A+C=T+GA+GA+G+C+T=50%[典例]某生物細(xì)胞DNA的堿基中，腺嘌呤的分子數(shù)占22%，那么,胞嘧啶的分子數(shù)占（）A.11%

B.22%

C.28%

D.44%[典例]某雙鏈DNA分子中，G占23%，求A占多少？27%有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算規(guī)律A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A1=

T1=

T2A2G1=

C1=

C2G2有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算規(guī)律若1鏈有m個(gè)堿基，則2鏈有__個(gè)堿基，該DNA分子含有堿基總數(shù)是___，共____對(duì)。C2+G2=C+GA1+T1C1+G1T2+A2=T+A=A1+G1T1+C1nA2+G2T2+C2A1+A2=A

T=A

C=G

=1/nA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A1=

T1=

T2A2G1=

C1=

C2G2有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算規(guī)律若1鏈有m個(gè)堿基，則2鏈有__個(gè)堿基，該DNA分子含有堿基總數(shù)是___，共____對(duì)。A1+A2=A

T=A

C=G

A2+C2+G2+T2=A1+T1A1+C1+G1+T1T2+A2=A1+T1+T2+A2=T+A1鏈堿基數(shù)m2鏈堿基數(shù)m雙鏈堿基數(shù)2m雙鏈堿基數(shù)2mA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A1=

T1=

T2A2G1=

C1=

C2G2有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算規(guī)律若1鏈有m個(gè)堿基，則2鏈有__個(gè)堿基，該DNA分子含有堿基總數(shù)是___，共____對(duì)。A1+A2=A

T=A

C=G

=A1ma%=A2mb%=A2ma+b2%A1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈1鏈2鏈A1=

T1=

T2A2G1=

C1=

C2G2有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算規(guī)律若1鏈有m個(gè)堿基，則2鏈有__個(gè)堿基，該DNA分子含有堿基總數(shù)