湖南省懷化市湖天中學高中生物 第3章 第2節(jié) DNA分子結構課件 新人教版必修2

沃森、克里克和英國物理學家威爾金斯因發(fā)現(xiàn)生命的雙螺旋而榮獲1962年諾貝爾醫(yī)學生理學獎。左一： 威爾金斯左三： 克里克左五： 沃森DNADNA的基本組成元素有哪些？的基本組成元素有哪些？C、 H、 O、 N、 PDNADNA的基本組成單位是什么？由哪幾種物質組成？的基本組成單位是什么？由哪幾種物質組成？脫氧核苷酸脫氧核苷酸 = = 含氮堿基含氮堿基 + + 脫氧核糖脫氧核糖 + + 磷酸磷酸含堿基含堿基脫氧脫氧核糖核糖磷酸磷酸AGC TAGCT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脫氧核苷酸的種類閱讀教材閱讀教材4748頁頁,思考討論以下問題思考討論以下問題:1、沃森和克里克在構建模型的過程中，利用了他人、沃森和克里克在構建模型的過程中，利用了他人的哪些經(jīng)驗和成果？的哪些經(jīng)驗和成果？2、沃森和克里克在構建模型的過程中出現(xiàn)了哪些錯、沃森和克里克在構建模型的過程中出現(xiàn)了哪些錯誤？他們如何對待和糾正這些錯誤的？誤？他們如何對待和糾正這些錯誤的？3、DNA是由幾條鏈構成的？它具有怎樣的立體結構？是由幾條鏈構成的？它具有怎樣的立體結構？4、DNA的基本骨架是由哪些物質組成的？它們分別的基本骨架是由哪些物質組成的？它們分別位于位于DNA的什么部位？的什么部位？5、DNA中的堿基是如何配對的？它們位于中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什的什么部位？么部位？一、一、DNADNA雙螺旋結構的構建雙螺旋結構的構建1、19世紀世紀50年代科學界認識到年代科學界認識到DNA 的化學組成。的化學組成。一、一、DNADNA雙螺旋結構的構建雙螺旋結構的構建DNADNA的基本組成元素有哪些？的基本組成元素有哪些？C、 H、 O、 N、 PDNADNA的基本組成單位是什么？由哪幾種物質組成？的基本組成單位是什么？由哪幾種物質組成？脫氧核苷酸脫氧核苷酸 = = 含氮堿基含氮堿基 + + 脫氧核糖脫氧核糖 + + 磷酸磷酸含堿基含堿基脫氧脫氧核糖核糖磷酸磷酸AGC T2、1951年威爾金斯展示了年威爾金斯展示了DNA的的X射線的衍射圖射線的衍射圖譜，并且獲得相關其數(shù)據(jù)譜，并且獲得相關其數(shù)據(jù)3、沃森和克里克提出、沃森和克里克提出DNA螺旋結構螺旋結構的初步構想。的初步構想。4、奧地利著名生物化學家查哥夫研究成果奧地利著名生物化學家查哥夫研究成果:（1 1）同一生物的不同組織的）同一生物的不同組織的DNADNA堿基組成相同；堿基組成相同；（2 2）幾乎所有生物的）幾乎所有生物的DNADNA，腺嘌呤（腺嘌呤（A A）的量總是等于胸腺嘧啶（）的量總是等于胸腺嘧啶（T T）的量）的量(A=T)(A=T)，鳥嘌呤（鳥嘌呤（G G）的量總是等于胞嘧啶（）的量總是等于胞嘧啶（C C）的量）的量(G=C)(G=C)。（3 3）不同生物來源的）不同生物來源的DNADNA堿基組成不同，堿基組成不同， 表現(xiàn)為表現(xiàn)為A+T/G+CA+T/G+C的比值不同。的比值不同。5、1953年沃年沃森和克里克森和克里克發(fā)表論文發(fā)表論文核酸的分核酸的分子結構模型子結構模型脫氧核糖脫氧核糖核酸的一個核酸的一個結構模型結構模型一條脫氧核苷酸鏈一條脫氧核苷酸鏈二、二、DNA分子的結構分子的結構P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP堿基配對時，為什么不能嘌呤與嘌呤配對或嘧啶與堿基配對時，為什么不能嘌呤與嘌呤配對或嘧啶與嘧啶配對呢？嘧啶配對呢？這是由于嘌呤堿是雙環(huán)化合物，占有空間大；嘧啶堿這是由于嘌呤堿是雙環(huán)化合物，占有空間大；嘧啶堿是單環(huán)化合物，占有空間小。而是單環(huán)化合物，占有空間小。而DNA分子的兩條鏈的距離分子的兩條鏈的距離是固定的。是固定的。為什么只能是為什么只能是A A配配T T，G G配配C C，不能，不能是是A A配配C C，G G配配T T？(1)A的量總是等于的量總是等于T的量的量,G的量總是等于的量總是等于C的量的量.(2)A與與T通過兩個氫鍵相連，通過兩個氫鍵相連，G與與C通過三個氫鍵相連，通過三個氫鍵相連，使使DNA的結構更加穩(wěn)定的結構更加穩(wěn)定.從圖中可見DNA具有規(guī)則的雙螺旋空間結構二、二、DNADNA分子雙螺旋結構分子雙螺旋結構（1）DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的。三、DNA雙螺旋結構的主要特點（1 1）DNADNA分子是由兩條分子是由兩條反向反向平行平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的。而成的。（2 2）DNADNA分子中的分子中的脫氧核糖脫氧核糖和磷酸和磷酸交替連接，排列在外交替連接，排列在外側，構成側，構成基本骨架基本骨架；堿基堿基在在內側。內側。三、DNA雙螺旋結構的主要特點（1 1）DNADNA分子是由兩條分子是由兩條反向平行反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的。的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的。（2 2）DNADNA分子中的分子中的脫氧核糖和脫氧核糖和磷酸磷酸交替連接，排列在外側，交替連接，排列在外側，構成構成基本骨架基本骨架；堿基在內側堿基在內側。（3 3）兩條鏈上的堿基通過）兩條鏈上的堿基通過氫氫鍵鍵連結起來，形成堿基對，且連結起來，形成堿基對，且遵循遵循堿基互補配對原則堿基互補配對原則。三、DNA雙螺旋結構的主要特點DNA的結構和組成可用五四三二一表示的結構和組成可用五四三二一表示分別表示的是什么？分別表示的是什么？五種元素：五種元素： C C、H H、O O、N N、P P四種堿基：四種堿基：A A、G G、C C、T T，相應的有四種脫氧核苷酸，相應的有四種脫氧核苷酸三種物質：三種物質：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基磷酸、脫氧核糖、含氮堿基兩條長鏈：兩條長鏈： 兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈一種螺旋：一種螺旋： 規(guī)則的雙螺旋結構規(guī)則的雙螺旋結構下面是下面是DNADNA的分子結構模式圖，說出圖中的分子結構模式圖，說出圖中1 11010的名稱。的名稱。 12345678109GTCA1. 胞嘧啶胞嘧啶2. 腺嘌呤腺嘌呤3. 鳥嘌呤鳥嘌呤4. 胸腺嘧啶胸腺嘧啶5. 脫氧核糖脫氧核糖6. 磷酸磷酸7. 胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸8. 堿基對堿基對9. 氫鍵氫鍵10. 一條脫氧核苷酸鏈的片段一條脫氧核苷酸鏈的片段你注意到了嗎？穩(wěn)定不變的DNADNA分子的特點：分子的特點：穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：中的脫氧核糖和磷酸交替連接的中的脫氧核糖和磷酸交替連接的方式不變，兩條鏈間堿基互補配對的原方式不變，兩條鏈間堿基互補配對的原則不變。（即結構的穩(wěn)定性）則不變。（即結構的穩(wěn)定性）你注意到了嗎？千變萬化的DNADNA分子的特點：分子的特點：多樣性：多樣性：一個最短的一個最短的DNADNA分子也有分子也有40004000個堿基對，可個堿基對，可能的排列方式就有能的排列方式就有4 440004000種。種。 特異性：特異性：不同的生物，堿基對的數(shù)目可能不同，堿基不同的生物，堿基對的數(shù)目可能不同，堿基對的排列順序肯定不同。對的排列順序肯定不同。穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：中的脫氧核糖和磷酸交替連接的中的脫氧核糖和磷酸交替連接的方式不變，兩條鏈間堿基互補配對的原方式不變，兩條鏈間堿基互補配對的原則不變。（即結構的穩(wěn)定性）則不變。（即結構的穩(wěn)定性）DNADNA分子堿基對的排列順序千變萬化。分子堿基對的排列順序千變萬化。特定的特定的DNADNA分子具有特定的堿基排列順序。分子具有特定的堿基排列順序。4n(n表示堿基對數(shù)表示堿基對數(shù))DNA分子結構具有多樣性的原因是分子結構具有多樣性的原因是A堿基和脫氧核糖排列順序千變萬化堿基和脫氧核糖排列順序千變萬化 B四種堿基的配對方式千變萬化四種堿基的配對方式千變萬化C兩條長鏈的空間結構千變萬化兩條長鏈的空間結構千變萬化 D堿基對的排列順序千變萬化堿基對的排列順序千變萬化A1 T1 C1 G1T2 A2 G2 C212A1T2 ，T1A2 ， C1G2 ， G1C2注意：在整個DNA分子中仍存在著 A T ， C G因為 A ( A1 + A2 ) T ( T1 + T2 ) ， C (C1 + C2 ) G (G1 + G2) .規(guī)律：互補堿基之和（A+T）/(C+G)的比例在整個DNA及在一條鏈中都相等。 非互補堿基之和（A+G）/(T+C)的比例在整個DNA分子中為1，在兩條互補鏈中互為倒數(shù)。一條鏈中一條鏈中互補鏈中互補鏈中整個整個DNA分子中分子中A1+T1C1+G1 mA2+T2C2+G2A+TC+GA1+G1T1+C1 nA2+G2T2+C2A+GT+Cmm1n1已知在已知在DNADNA分子中的一條單鏈分子中的一條單鏈(A+G)/(T+C)= m(A+G)/(T+C)= m 時時, ,求求: :(1)(1)在另一互補鏈中這一比例是多少在另一互補鏈中這一比例是多少? ? 1/m(2) (2) 這個比例關系在整個分子中又是多少這個比例關系在整個分子中又是多少? ?1若若DNADNA分子的一條鏈中（分子的一條鏈中（A+TA+T）/ /（C+GC+G）=a=a，則，則其互補鏈中該比值為其互補鏈中該比值為 A A、a Ba B、1/a 1/a C C、1 D1 D、1 11/a1/aA A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA雙鏈雙鏈若若DNA分子中一條鏈的堿基摩爾比為分子中一條鏈的堿基摩爾比為ACGT11.522.5，則其互補鏈中，則其互補鏈中嘌呤堿基與嘧啶堿基的摩爾比為嘌呤堿基與嘧啶堿基的摩爾比為A 54 B 43 C 32 D 52在在DNADNA的一個單鏈中，的一個單鏈中，A+G/T+C=0.4A+G/T+C=0.4，上述比例在其，上述比例在其互補互補鏈鏈和和整個整個DNADNA分子分子中分別是多少？中分別是多少？2.5 1 2.5 1 你能根據(jù)堿基互補配對原則，推導出相關的數(shù)學你能根據(jù)堿基互補配對原則，推導出相關的數(shù)學公式嗎？推導后，嘗試進一步總結這些公式，從公式嗎？推導后，嘗試進一步總結這些公式，從中概括出一些規(guī)律。中概括出一些規(guī)律。A=T G=CA=T G=C A+G=T+C A+G=T+C 也可以寫成以下形式：也可以寫成以下形式： 規(guī)律概括：在規(guī)律概括：在DNADNA雙鏈中，任意兩個雙鏈中，任意兩個不互補堿基之不互補堿基之和和 ，并為堿基總數(shù)的，并為堿基總數(shù)的 。A+GA+G( )=T+GT+G( )=50%=50%A+GA+G T+C T+C =( )( )( )= ( ) ( ) ( )=1=1A+T+G+CA+T+G+CA+CT+GT+GA+C相等相等一半一半一個一個DNADNA分子片斷中有磷酸分子片斷中有磷酸150150個，胸腺嘧啶個，胸腺嘧啶3030個，那么它個，那么它含有脫氧核苷酸和胞嘧啶分別是（含有脫氧核苷酸和胞嘧啶分別是（ ） A A300300個和個和3030個個 B B150150個和個和3030個個 C C300300個和個和 45 45個個 D D150150和和4545個個A%=50%-G%A%=50%-G%A%=50%-A%=50%-C C% %T T%=50%-G%=50%-G%T T%=50%-%=50%-C C% %可引申為：可引申為：(在整個在整個DNA分子雙鏈中分子雙鏈中)例題例題1 1、某雙鏈、某雙鏈DNADNA分子中，分子中，G G占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？解析：解析：因為因為 DNADNA分子中，分子中，A+G=T+CA+G=T+C。所以所以 A=50%A=50%23%=27%23%=27%1 1、某雙鏈、某雙鏈DNADNA分子的堿基中，鳥嘌呤分子的堿基中，鳥嘌呤占占30%30%，則胸腺嘧啶為，則胸腺嘧啶為_2 2、一個、一個DNADNA分子的堿基中，腺嘌呤占分子的堿基中，腺嘌呤占20%20%，那么在含有，那么在含有100100個堿基對的個堿基對的DNADNA分分子中，胞嘧啶應是子中，胞嘧啶應是_20% 60個個 單鏈中的一種堿基在該單鏈中的一種堿基在該單鏈中單鏈中的比例為的比例為N A1/（A1+T1+C1+G1）=N 該堿基在該堿基在雙鏈中雙鏈中的比例為的比例為N/2 A1/(A+T+C+G)=N/2 若某單鏈中若某單鏈中T的含量為的含量為24%，則互補鏈中的，則互補鏈中的A占雙鏈占雙鏈DNA所有堿基的所有堿基的 。12%DNADNA分子的一條單鏈中，分子的一條單鏈中，A=20%A=20%，T=22%T=22%，求整個，求整個DNADNA分子中分子中G= _G= _ 29%4、分析一個DNA分子時，發(fā)現(xiàn)20%的脫氧核苷酸含有A，由此可知，該分子中一條鏈上G含量的最大值可占此鏈堿基總數(shù)的多少？60%由題可知，在總鏈中由題可知，在總鏈中T=A=20% G=C=30%T=A=20% G=C=30%G G1 1+G+G2 2=G=G每一條鏈中的每一條鏈中的G G占總數(shù)的最大值為占總數(shù)的最大值為30%30%則在則在該鏈該鏈中比值為中比值為60%60%雙鏈雙鏈DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整個占整個DNADNA分分子堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條子堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條鏈中鏈中A+TA+T占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其中任何一條鏈中任何一條鏈A+TA+T是整個是整個DNADNA分子分子A+TA+T的一半。的一半。A+TA+TA+T+G+CA+T+G+CA A1 1 +T +T1 1 +G +G1 1 +C +C1 1A A1 1 +T +T1 1= = =A A2 2 +T +T2 2 +G +G2 2 +C+C2 2A A2 2 +T +T2 2= =A A1 1 +T +T1 1（A+TA+T）1 12 2= = =A A2 2 +T+T2 2A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA雙鏈雙鏈（G+CG+C）1 12 2GG1 1 +C +C1 1G G2 2 +C +C2 2= = =某雙鏈某雙鏈DNADNA分子中，分子中，A A與與T T之和占整個之和占整個DNADNA堿基總堿基總數(shù)的數(shù)的54%54%，其中一條鏈上，其中一條鏈上G G占該鏈堿基總數(shù)的占該鏈堿基總數(shù)的22%22%。求另一條鏈上。求另一條鏈上G G占其所在鏈堿基總數(shù)的百占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量。分含量。24%24%雙鏈中雙鏈中A A+ +T=54% T=54% G+C=46% G+C=46% 單鏈中單鏈中A A1 1+ +T T1 1=54% =54% GG1 1+C+C1 1=46% =46% 從某生物組織中提取從某生物組織中提取DNADNA進行分析進行分析, ,其四種堿其四種堿基數(shù)的比例是鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的比例是鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的基數(shù)的46% ,46% ,又知又知DNADNA的一條鏈的一條鏈(H(H鏈鏈) )所含的所含的堿基中堿基中28%28%是腺嘌呤是腺嘌呤, ,問與問與H H鏈相對應的另一鏈相對應的另一條鏈中腺嘌呤占條鏈中腺嘌呤占該鏈該鏈全部堿基數(shù)的全部堿基數(shù)的 ( )( )、26%26% 、24% 24% 、14% 14% 、11%11%1.1.某生物細胞某生物細胞DNADNA雙鏈分子的堿中，腺嘌雙鏈分子的堿中，腺嘌呤的分子數(shù)占呤的分子數(shù)占2222，那么，胞嘧啶的，那么，胞嘧啶的分子數(shù)占分子數(shù)占 A A1111 B B2222 C C2828 D D44442、根據(jù)堿基互補配對原則，在根據(jù)堿基互補配對原則，在AGAG時，雙鏈時，雙鏈DNADNA分子中，下列四個式子中正確的是（分子中，下列四個式子中正確的是（ ）3 3、已知、已知1 1個個DNADNA分子中有分子中有18001800個堿基對，其中胞嘧啶有個堿基對，其中胞嘧啶有10001000個，個，這個這個DNADNA分子中應含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分子中應含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是分別是 A A18001800個和個和800800個個 B B18001800個和個和l800l800個個C C36003600個和個和800800個個D D36003600個和個和36003600個個