生物32DNA分子的结构新人教版必修

1、返回返回2 2、组成元素、组成元素:C:C、H H、O O、N N、P P脱氧核苷酸脱氧核苷酸一分子磷酸一分子磷酸一分子脱氧核糖一分子脱氧核糖一分子含氮碱基一分子含氮碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A G C T脱氧核苷酸的结构和种类脱氧核苷酸的结构和种类AGCT腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸的种类DNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建 这是这是20世纪继爱因斯坦发现相对论之后的世纪继爱

2、因斯坦发现相对论之后的又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入分子的层次。因为这项分子的层次。因为这项“生物科学中最具有革生物科学中最具有革命性的发现命性的发现”，两位科学家获得了，两位科学家获得了1962年度诺年度诺贝尔生理学或医学奖。贝尔生理学或医学奖。 1953年，年，美国科学家沃森美国科学家沃森（JD.Watson，1928）和英国科学）和英国科学家克里克（家克里克（F.Crick，19162004），共），共同提出了同提出了DNA分子的双螺旋结构模型。分子的双螺旋结构模型。 1 1、沃森和克里克在构建模型的过程、沃森和克里克在构建模型的过程中，

3、利用了他人的哪些经验和成果？中，利用了他人的哪些经验和成果？（1 1）英国科学家威尔金斯和富兰克林）英国科学家威尔金斯和富兰克林（2 2）奥地利著名生物化学家查哥夫）奥地利著名生物化学家查哥夫早凋的早凋的“科学玫瑰科学玫瑰” 富兰克林富兰克林（ R.E.Franklin） 她和同事威尔金斯她和同事威尔金斯在在19511951年率先采用年率先采用X X射线射线衍射技术拍摄到衍射技术拍摄到D D晶晶体照片，体照片， 但但“科学玫瑰科学玫瑰”没等到没等到分享荣耀，在研究成果被分享荣耀，在研究成果被承认之前就已凋谢。承认之前就已凋谢。(英，英，R.E.Franklin, 19201958） 为推算出为

4、推算出DNADNA分分子呈螺旋结构的结论，子呈螺旋结构的结论，提供了决定性的实验依提供了决定性的实验依据。据。DNA衍射图谱（1 1）同一生物的不同组织的）同一生物的不同组织的DNADNA碱基组成相同；碱基组成相同；（2 2）几乎所有生物的）几乎所有生物的DNADNA，腺嘌呤（腺嘌呤（A A）的量总是等于胸腺嘧啶（）的量总是等于胸腺嘧啶（T T）的量）的量(A=T)(A=T)，鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）的量总是等于胞嘧啶（）的量总是等于胞嘧啶（C C）的量）的量(G=C)(G=C)。（3 3）不同生物来源的）不同生物来源的DNADNA碱基组成不同，表现碱基组成不同，表现为为A+T/G+CA+T/

5、G+C的比值不同。的比值不同。奥地利著名生物化学家查哥夫研究成果：奥地利著名生物化学家查哥夫研究成果：在生命的旋梯上 沃森和克里沃森和克里克克v19531953年年4 4月月2525日，日，克里克和沃森在克里克和沃森在自然自然杂志上杂志上发表了发表了DNA的的双双螺旋结构螺旋结构，从而，从而带来了遗传学的带来了遗传学的彻底变革彻底变革，更宣更宣告了分子生物学告了分子生物学的诞生。的诞生。沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森DNA的空间结构AGCTATGC1）多样性：碱基对的排列顺序的千变万化，构成）多样

6、性：碱基对的排列顺序的千变万化，构成了了DNA分子的多样性。分子的多样性。 在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，请同学们计算DNA分子有多少种？4 种40002）特异性：碱基对的特定排列顺序，又构成了每一）特异性：碱基对的特定排列顺序，又构成了每一 个个DNA分子的特异性分子的特异性.碱基对的排列顺序就代表了遗传信息DNA的多样性和特异性从分子水平上说明了生物体具有多样性和特异性的原因。DNA分子的结构特性分子的结构特性3) 稳定性稳定性DNA分子中在外侧脱氧核糖和磷酸交替连接排列不变，内侧碱基互补配对原则不变。12345678109GTCA1. 胞嘧啶胞嘧啶2. 腺嘌呤腺

7、嘌呤3. 鸟嘌呤鸟嘌呤4. 胸腺嘧啶胸腺嘧啶5. 脱氧核糖脱氧核糖6. 磷酸磷酸7. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸8. 碱基对碱基对9. 氢键氢键10. 一条脱氧核苷酸链的一条脱氧核苷酸链的片段片段1下面是下面是DNA的分子的结构模式图，说出图的分子的结构模式图，说出图中中110的名称。的名称。 【课堂反馈课堂反馈】2 2已知已知1 1个个DNADNA分子中有分子中有40004000个碱基对，其中个碱基对，其中胞嘧啶有胞嘧啶有22002200个，这个个，这个DNADNA分子中应含有的分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是 （ ）A A40

8、004000个和个和900900个个 B B40004000个和个和l800l800个个C C80008000个和个和18001800个个D D80008000个和个和36003600个个C3. 3. 拓展题拓展题你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。律。A=T G=CA=T G=C A+G=T+C A+G=T+C 也可以写成以下形式：也可以写成以下形式： 规律概括：在规律概括：在DNADNA双链中，任意两个不互补碱基之双链中，任意两

9、个不互补碱基之和和 ，并为碱基总数的，并为碱基总数的 。A+GA+G( )=T+CT+C( )=50%A+GA+G T+C T+C =( ( ( )=( ( ） ( )=1A+G+T+CA+G+T+CA+CT+CT+G )A+G恒等恒等一半一半双链双链DNA分子中：分子中：( A+G)/(T+C)=(A+C)/(T+G)=(T+C)/(A+G)=(T+G)/(A+C)=1A=T， G=C A+G=T+C =A+C=T+G= 50%任意两个不互补碱基之和任意两个不互补碱基之和且各占且各占DNA总碱基数的总碱基数的 A 1T 2T 1A2G 1C 2C 1G 2利用碱基互补配原则的计算规律利用碱基

10、互补配原则的计算规律1 1、在一条双链、在一条双链DNADNA分子中，腺嘌呤占分子中，腺嘌呤占35%35%，它，它所含的胞嘧啶应占（所含的胞嘧啶应占（ ） A A、 15% B15% B、 30% 30% C C 、35% D 35% D 、70%70%2 2、在双链、在双链DNADNA中有鸟嘌呤中有鸟嘌呤P P个，占全部碱基的个，占全部碱基的比例为比例为N / M N / M （MM2N2N），则该），则该DNADNA分子中腺分子中腺嘌呤的数目是（嘌呤的数目是（ ） A A 、 P BP B、（、（PM / NPM / N） + P + P C C、（、（PM / 2NPM / 2N）P D

11、 P D 、 PM / 2NPM / 2NAC双链双链DNA分子中分子中A+T/G+C等于其等于其中任何一条链的中任何一条链的A+T/G+C。A+TG+CA 2 +T 2G 2 +C 2A 1 1+T1G 1 1+C1 1=n= n= nA 1T 2T 1A2G 1C 2C 1G 2在在DNA分子中一条链中分子中一条链中A+T的和占该的和占该链碱基比率等于另一条链中链碱基比率等于另一条链中A+T的和占的和占该链碱基比率，还等于双链该链碱基比率，还等于双链DNA分子中分子中A+T的和占整个的和占整个DNA分子的碱基比率。分子的碱基比率。A+TA+T+G+CA 2 +T 2 +G 2 +C 2A

12、2 +T 2=A 1 +T 1 +G 1 +C 1A 1 +T 1=3 3、某双链、某双链DNADNA片段中，片段中，A A占占23%23%，其中一条，其中一条链中的链中的C C占该单链的占该单链的24%24%，问另一条链中的，问另一条链中的C C占多少？占多少？30%两条链中两条链中A+G/T+C互为倒数。即两不互补碱基互为倒数。即两不互补碱基之和的比值等于另一互补链中这一之和的比值等于另一互补链中这一 比值的倒数比值的倒数.1nA 2+G 2T 2 +C2=T 1 +C 1=nA1+G 1不同生物的不同生物的DNADNA分子中，其互补配对的碱基之和分子中，其互补配对的碱基之和的比值不同，代

13、表了每种生物的比值不同，代表了每种生物DNADNA分子的分子的特异性特异性。 u（A+C）：（：（T+G）=1不能反映种间差异。不能反映种间差异。u（A+T）：（）：（C+G）不同生物一般不同，）不同生物一般不同， 反映种间差异。反映种间差异。4 4、在、在DNADNA的一个单链中，的一个单链中，A+G/T+C=0.4A+G/T+C=0.4，上，上述比例在其互补链和整个述比例在其互补链和整个DNADNA分子中分别是多分子中分别是多少？少？5 5若若DNADNA的一个单链中，的一个单链中，A+T/G+C=0.4A+T/G+C=0.4，上，上述比例在其互补链和整个述比例在其互补链和整个DNADNA

14、分子中分别是多分子中分别是多少？少？2.5 12.5 10.4 0.40.4 0.4： 1、 某双链某双链DNA分子中，（分子中，（A+T）/（G+C）=1.5则它的则它的C占全部碱基的：占全部碱基的： A.20% B.25% C. 30% D.35% 3、测的、测的DNA分子一条单链中（分子一条单链中（A+T）/（G+C） =0.7，在整个，在整个DNA分子中这种比例是分子中这种比例是 A.1.43 B. 0.7 C. 0.5 D0.3B 4、 根据碱基互补配对原则，且在数量上根据碱基互补配对原则，且在数量上C=A，那么下列的四个式子中，正确的是，那么下列的四个式子中，正确的是 A.（C+T

15、 ） / （ G+A ） =1 B. （ A+C ） / （ T+G ）=1 C. （ G+C ） / （ A+T ） =1 D. （ T+A ） / （ C+G ） =1A5、若、若DNA分子的分子的一条一条链中链中(AT)/(CG)=a，则和该则和该DNA单链互补的单链片段中单链互补的单链片段中 (AT)/(CG)的比值为的比值为 Aa B1/a C1 D1-1/a6、一段多核苷酸链中的碱基组成为：一段多核苷酸链中的碱基组成为：35的的A、20的的C、35的的G、10的的T。它。它是一段是一段 A双链双链DNA B单链单链DNA C双链双链RNA D单链单链RNA AB7、 在双链在双链D

16、NA分子中，当分子中，当(A+G)/(T +C)在一条多脱氧核苷酸链上的比例为在一条多脱氧核苷酸链上的比例为0.4时，则在另一互补链时，则在另一互补链和整个和整个DNA中，中，这种比例分别是这种比例分别是 A. 0.4，1 B. 1 ，1 C. 0.6，1 D. 2.5，18、由、由120个碱基对组成的个碱基对组成的DNA分子片段，分子片段，可因其可因其碱碱基对组成和序列不同携带不同基对组成和序列不同携带不同的遗传信息，其种类最多可达的遗传信息，其种类最多可达 A. 120 B. 1204 C. 460 D. 4120DDDNA 的的 复复 制制1. 2. DNA双螺旋结构的特点（双螺旋结构的

17、特点（5个）个）1. 稳定性：稳定性： 双螺旋结构；氢键联结双螺旋结构；氢键联结2. 方向性：方向性： 极性反向平行；极性反向平行；3. 专一性：碱基互补配对；专一性：碱基互补配对；4. 多样性：多样性： 碱基对排列序列无穷；碱基对排列序列无穷；5. 特异性：特定特异性：特定DNA分子有特定分子有特定 的碱基对数目和排列组合顺序的碱基对数目和排列组合顺序 沃森和克里克在提出沃森和克里克在提出DNA双螺旋结构之后，双螺旋结构之后，又提出了又提出了DNA复制的假说：复制的假说：DNA半保留复制半保留复制模模型；型； 1958年，米西尔森和斯坦尔采用含年，米西尔森和斯坦尔采用含15N同位同位素的素的

18、NH4Cl培养大肠杆菌，放在正常的培养液培养大肠杆菌，放在正常的培养液里繁殖，然后用梯度离心技术测定分裂时里繁殖，然后用梯度离心技术测定分裂时DNA复制时的密度变化，证实了复制时的密度变化，证实了DNA的的半保留复制半保留复制。 体细胞有丝分裂的体细胞有丝分裂的间期间期、有性生殖细胞减、有性生殖细胞减数分裂第一次分裂的数分裂第一次分裂的间期间期。 1. 解解 旋；旋； DNA分子利用细胞提供的分子利用细胞提供的能量能量，在，在解旋酶解旋酶的作用下，使得的作用下，使得DNA双链的双链的氢键断氢键断裂裂，这样使得螺旋结构的，这样使得螺旋结构的DNA双链解开。双链解开。 DNA分子的双链象拉链一样被

19、拉开分子的双链象拉链一样被拉开2. 复复 制制 以解开的每段以解开的每段DNA链（母链）为链（母链）为模板模板，以，以周围环境中周围环境中游离的脱氧核苷酸游离的脱氧核苷酸为原料，在为原料，在相关酶相关酶的作用下，按照的作用下，按照碱基互补配对原则碱基互补配对原则，合成与母链，合成与母链互补的子链。互补的子链。3. 分分 配配 复制出来的子代复制出来的子代DNA分子，通过细胞的分分子，通过细胞的分裂，被分配到子代细胞中。裂，被分配到子代细胞中。DNA复制过程：复制过程： 1. 破坏氢键，打开破坏氢键，打开DNA双链双链2. 游离核苷酸与母链碱基互补配对游离核苷酸与母链碱基互补配对3. 配对的游离

20、核苷酸联结为子链配对的游离核苷酸联结为子链4. 子链与模板母链盘绕成双螺旋结构子链与模板母链盘绕成双螺旋结构复制的特点：复制的特点：1. DNA分子是分子是边解旋边复制边解旋边复制的；多个位点同时复制的；多个位点同时复制2. 半保留复制半保留复制；复制的条件：复制的条件：1. 模板：模板： 解旋的解旋的DNA分子；分子；2. 原料：原料： 细胞中游离的脱氧核苷酸细胞中游离的脱氧核苷酸3. 能量：能量：ATP 4. 酶：解旋酶、聚合酶等酶：解旋酶、聚合酶等可以进行人工模拟复制可以进行人工模拟复制(PCR技术技术)复制的意义复制的意义 通过通过DNA分子的复制，把亲代的遗传信息传分子的复制，把亲代

21、的遗传信息传给子代，从而使得前后代保持了一定的连续性。给子代，从而使得前后代保持了一定的连续性。 复制的分子基础复制的分子基础 1. DNA分子具有独特的双螺旋结构；分子具有独特的双螺旋结构； 2. 连接两条链的碱基有互补配对能力。连接两条链的碱基有互补配对能力。 在氮源为在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌的培养基上生长的大肠杆菌,其其DNA分子均为分子均为l4N-DNA(对照对照);在氮源为在氮源为15N的培养的培养基上生长的大肠杆菌基上生长的大肠杆菌,其其DNA分子均为分子均为15N-DNA(亲亲代代)。将亲代大肠杆菌转移到含。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上的培养基上,再连再连

22、续繁殖两代续繁殖两代(I和和II),用某种离心方法分离得到的结用某种离心方法分离得到的结果如右图所示。请分析果如右图所示。请分析:(1)由实验结果可以推测第一代由实验结果可以推测第一代(I)细菌细菌DNA分子中分子中一条链是一条链是 ，另一条链是，另一条链是 。(2)将第一代将第一代(I)细菌转移到含细菌转移到含15N的培养基上繁殖一的培养基上繁殖一代代,将所得到的细菌的将所得到的细菌的DNA用同样的方法分离。请用同样的方法分离。请参照上图参照上图,将将DNA分子可能分子可能出现在试管中的位置在出现在试管中的位置在上图中标出。上图中标出。2. 一个噬菌体侵染细菌后，形成了一个噬菌体侵染细菌后，

23、形成了200个子代噬个子代噬菌体，子代菌体，子代DNA中含最初中含最初DNA链的链的DNA占占 A. 1% B. 2% C. 25% D. 50%4. 某双链某双链DNA分子带有分子带有15N同位素标记，在试管同位素标记，在试管中以该中以该DNA为模板进行复制实验，连续复制为模板进行复制实验，连续复制4代代之后，试管中带有之后，试管中带有15N同位素标记的同位素标记的DNA占总量占总量的的 A. 12.5% B. 25% C. 50% D. 100%A 下图是有关DNA复制的示意图，ABC表示大肠杆菌的DNA复制，DEF表示哺乳动物的DNA复制。图中“-”表示复制起始点。 （1）若A中含485

24、02个碱基对，而子链延伸的速度是每分钟105个碱基对，则此DNA分子复制完成约需30s，而实际只需16s，根据AC图分析，是因为 。 （2）哺乳动物的）哺乳动物的DNA分子展开可达分子展开可达2m之之长，若按长，若按AC的方式复制至少需要的方式复制至少需要8h，而实际上约而实际上约6h左右。根据左右。根据DF图分析，图分析，是因为是因为 。 （3）AC，DF均有以下特点：延伸均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复分子复制是制是 。从多个起点同时双向复制的从多个起点同时双向复制的 边解旋边复制边解旋边复制3. 3. 拓展题拓展题你能根据碱基互补配对原则

25、，推导出相关的数学公式吗？你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。律。A=T G=CA=T G=C A+G=T+C A+G=T+C 也可以写成以下形式：也可以写成以下形式： 规律概括：在规律概括：在DNADNA双链中，任意两个不互补碱基之双链中，任意两个不互补碱基之和和 ，并为碱基总数的，并为碱基总数的 。A+GA+G( )=T+CT+C( )=50%A+GA+G T+C T+C =( ( ( )=( ( ） ( )=1A+G+T+CA+G+T+CA+CT+CT+G )A+G恒等恒等一半一半1 1、在一条双链、在一条双链DNADNA分子中，腺嘌呤占分子中，腺嘌呤占35%35%，它，它所含的胞嘧啶应占（所含的胞嘧啶应占（ ） A A、 15% B15% B、 30% 30% C C 、35% D 35% D 、70%70%2 2、在双链、在双链DNADNA中有鸟嘌呤中有鸟嘌呤P P个，占全部碱基的个，占全部碱基的比例为比例为N / M N / M （MM2N2N），则该），则该DNADNA分子中腺分子中腺嘌呤的数目是（嘌呤