DNA分子结构和特点

1、第二节第二节 DNADNA的分子结构和特点的分子结构和特点莱纳斯莱纳斯 卡尔卡尔 鲍林鲍林 ，世界著名的，世界著名的化学家，是量子化学和结构生物化学家，是量子化学和结构生物学的先驱者之一，他在化学的多学的先驱者之一，他在化学的多个领域都有过重大贡献。曾两次个领域都有过重大贡献。曾两次荣获诺贝尔奖荣获诺贝尔奖 ， 也是世界上唯一也是世界上唯一的一位每次都是独立的获得诺贝的一位每次都是独立的获得诺贝尔奖的获奖人。一般认为鲍林因尔奖的获奖人。一般认为鲍林因为没有出席为没有出席1952年年4月月28日的伦敦日的伦敦皇家学会的关于蛋白质模型结构的研讨会议而错失目睹一项关键皇家学会的关于蛋白质模型结构的研

2、讨会议而错失目睹一项关键性的证据，而让詹姆斯性的证据，而让詹姆斯沃森及同僚佛朗西斯沃森及同僚佛朗西斯克里克抢得先机，克里克抢得先机，早一步提出了正确的早一步提出了正确的DNA分子结构。分子结构。 威尔金斯和富兰克林威尔金斯和富兰克林改进技术获得较好的改进技术获得较好的DNAXDNAX射射线的衍射图谱，并从中读取了线的衍射图谱，并从中读取了DNADNA结构的一些数据。结构的一些数据。 在生命的旋梯上，面对在生命的旋梯上，面对DNA双螺旋模型的美国生物学家沃双螺旋模型的美国生物学家沃森森(左左)和英国生物物理学家克和英国生物物理学家克里克里克(右右)。沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的

3、双螺沃森、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旋而荣获19621962年诺贝尔医学生理学奖。年诺贝尔医学生理学奖。左一：左一： 威尔金斯威尔金斯左三：左三： 克里克克里克左五：左五： 沃森沃森一、一、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建资料资料1：20世纪世纪30年代，科学家认识到：年代，科学家认识到： DNA分子是以分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。组成种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。组成DNA分子的分子的基本单位是基本单位是 。脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧脱氧核糖核糖含氮碱基含氮碱基磷酸磷酸A A G G C C T T腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶

4、胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷脱氧核苷脱氧核苷酸脱氧核苷酸【模型建构模型建构1】: 脱氧核苷酸脱氧核苷酸1分子脱氧核苷酸分子脱氧核苷酸 = + + .1分子磷酸分子磷酸1分子脱氧核糖分子脱氧核糖1分子含氮碱基分子含氮碱基4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸ACGT腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸资料资料2：DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。【模型建构模型建构2】一条脱氧核苷酸链一条脱氧核苷酸链资料资料3： 1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提年，英国科学家

5、威尔金斯和富兰克林提供了供了DNA的的X射线衍射图谱有关数据。射线衍射图谱有关数据。DNA呈规则的螺旋结构呈规则的螺旋结构而且应该是双螺旋或三而且应该是双螺旋或三螺旋结构结构螺旋结构结构模型设计模型设计1.构建碱基位于螺旋外部的双螺旋和构建碱基位于螺旋外部的双螺旋和三螺旋结构模型三螺旋结构模型2.构建碱基位于螺旋内部的双螺旋结构模型构建碱基位于螺旋内部的双螺旋结构模型任务任务3：构建构建DNA分子的平面结构模型分子的平面结构模型资料资料4 4：奥地利著名生物化学家卡伽夫研究奥地利著名生物化学家卡伽夫研究得出得出：腺嘌呤（腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量）的量(

6、A=T)，鸟嘌呤（，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（）的量总是等于胞嘧啶（C）的）的量量(G=C)。【模型建构模型建构3】DNA分子呈双螺旋结构，分子呈双螺旋结构，A与与T、G与与C配对配对（1 1）DNADNA分子是由两条反向平分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链构成的。行的脱氧核苷酸长链构成的。（2 2）DNADNA分子中的脱氧核糖和分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，磷酸交替连接，排列在外侧，构成构成基本骨架基本骨架；碱基在内侧。碱基在内侧。（3 3）两条链上的碱基通过）两条链上的碱基通过氢氢键键连结起来，形成碱基对，连结起来，形成碱基对，且遵循且遵循碱基互补配对原则碱基互补配对

7、原则。二、二、DNADNA分子的结构特点分子的结构特点DNA分子是由两条分子是由两条反向反向平平行的脱氧核苷酸长链盘旋行的脱氧核苷酸长链盘旋成成双螺旋结构双螺旋结构。碱基对的排列顺序不同碱基对的排列顺序不同碱基对的排列顺序中碱基对的排列顺序中思考思考1 1. .比较不同组的比较不同组的DNADNA模型有什么不同？模型有什么不同？2 2. .DNADNA中的遗传信息蕴藏在哪儿中的遗传信息蕴藏在哪儿? ?3 3. .在生物体内，一个最短在生物体内，一个最短DNADNA分子也大约分子也大约有有40004000个碱基对，请同学们计算个碱基对，请同学们计算DNADNA分子分子有多少种？有多少种？并把碱基

8、对数量（并把碱基对数量（n n）和碱基对排列方式）和碱基对排列方式的关系建立数学模型。的关系建立数学模型。4n (n代表碱基对数代表碱基对数) 44000三、三、DNA分子性质的特点：分子性质的特点：(1)(1)稳定性稳定性: :DNADNA分子由两条按反向平行方式盘旋成分子由两条按反向平行方式盘旋成双螺旋结构构成，分子外侧的脱氧核糖和磷酸交双螺旋结构构成，分子外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列，构成基本骨架，碱基互补配对的原则稳替排列，构成基本骨架，碱基互补配对的原则稳定不变。定不变。 (2)(2)多样性多样性: :每个每个DNADNA分子中的脱氧核苷酸的数目不分子中的脱氧核苷酸的数目不同，碱基对

9、的排列顺序多种多样，同，碱基对的排列顺序多种多样，( (若有若有n n对碱基对碱基, ,排列方式有排列方式有4 4n n ) )构成了构成了DNADNA分子的多样性。分子的多样性。(3)(3)特异性特异性: :每个每个DNADNA分子都有自己特定的碱基排列分子都有自己特定的碱基排列顺序，各种生物的顺序，各种生物的DNADNA分子，其碱基排列顺序各不分子，其碱基排列顺序各不相同，构成了相同，构成了DNADNA分子的特异性。分子的特异性。1 23 45 67 89 10胞嘧啶（胞嘧啶（C C）腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（GG）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸胸腺嘧啶

10、脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸碱基对碱基对氢键氢键DNA单链单链12345678109GTCA(A+T) / (C+G)越小越稳定越小越稳定不同物种比值不同不同物种比值不同 小结小结4 4DNADNA和和RNARNA的比较的比较1.名称名称2.基本单位基本单位3.碱基种类碱基种类4.戊糖戊糖5.主要分布主要分布核苷酸链数目核苷酸链数目设设DNADNA一条链为一条链为1 1链，互补链为链，互补链为2 2链。根据碱基互补配对原则链。根据碱基互补配对原则可知：可知：A A1 1=T=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， GG2 2 =C =C1 1。则在则在

11、DNADNA双链中：双链中： A = T A = T ， G = CG = C可推知：可推知：嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数数A+G=T+C A+G=T+C 即即(A+G)/(T+C)=1(A+G)/(T+C)=1，但但（A+T）与（）与（C+G）却不一定相等，）却不一定相等，可反映物种之间的差异。可反映物种之间的差异。A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链例题例题1.1.某双某双链链DNADNA分子中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多占多少？少？解析：解析：因为因为D

12、NADNA分子中，分子中，A+G=T+CA+G=T+C。所以，。所以，A=50%23%=27%A=50%23%=27%A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链双链双链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+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1GG1 1+C+C1 1A A2 2 +T +T2 2G G 2 2 +C +C2 2= = =A+TA+TA+T+G+CA+T+G+CA A1 1 +T +T1 1 +G +G1 1 +C +C1 1A A1

13、 1 +T +T1 1= = =A A2 2 +T +T2 2 +G +G2 2 +C +C2 2A A2 2 +T +T2 2= = 例题例题3 3、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，A A与与T T之和占整个之和占整个DNADNA碱基总数碱基总数的的54%54%，其中一条链上，其中一条链上G G占该链碱基总数的占该链碱基总数的22%22%。求另一条链上。求另一条链上G G占其所在链碱基总数的百分含量。占其所在链碱基总数的百分含量。24%24%A AT=54% G+C=46% T=54% G+C=46% 双链双链DNADNA分子中，互补的两条链中分子中，互补的两条链中A+G/T+CA

14、+G/T+C互为倒数。互为倒数。A A1 1+G+G1 1T T1 1 +C +C1 1 = a = aT T2 2 +C +C2 2A A2 2 +G +G2 2 = 1/a = 1/aA A 1 1+C1+C1T T 1 1 +G +G1 1T T2 2 +G +G2 2A A2 2 +C +C2 2= = 例题例题2 2、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，上述比例在其互补，上述比例在其互补链和整个链和整个DNADNA分子中分别是多少？分子中分别是多少？2.5 1 2.5 1 A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A 2 2

15、G G 1 1C C 2 2C C 1 1G G 2 2DNADNA双链双链 练习练习1.1.构成构成DNADNA分子的基本单位种类有（分子的基本单位种类有（ ） A A. .二种二种 B B. .三种三种 C C. .四种四种 D D. .五五种种2.2.某某DNADNA分子的碱基中，鸟嘌呤的分子数占分子的碱基中，鸟嘌呤的分子数占22%22%，那么胸腺嘧啶的分子数占（，那么胸腺嘧啶的分子数占（ ） A A、11%11% B B、22%22% C C、28%28% D D、44%44%CC 2.对双链对双链DNA分子的叙述，下列哪项是不正确的（分子的叙述，下列哪项是不正确的（ ）A. 若一条链

16、若一条链A和和T的数目相等，则另一条链的数目相等，则另一条链A 和和T的数目也相等的数目也相等B. 若一条链若一条链G的数目为的数目为C的两倍，则另一条链的两倍，则另一条链 G的数目为的数目为C的的0.5倍倍C. 若一条链若一条链A:T:G:C=1:2:3:4，则另一条链相则另一条链相 应碱基比为应碱基比为2:1:4:3D. 若一条链若一条链G:T=1:2，则另一条链则另一条链C:A=2:1 D7.7.某某DNADNA分子中分子中A+TA+T占整个占整个DNADNA分子碱基总数的分子碱基总数的34%34%，其中一条，其中一条链上的链上的C C占该链碱基总数的占该链碱基总数的28%28%，那么，

17、对应的另一条互补链，那么，对应的另一条互补链上的上的C C占该链碱基总数的比例是多少？占该链碱基总数的比例是多少？38%38% 5.5.在含有四种碱基的在含有四种碱基的DNADNA区段中，有腺嘌呤区段中，有腺嘌呤a a个，占该区段个，占该区段全部碱基的比例为全部碱基的比例为b b，则，则 （ ) ) A.A. b0.5 B. b0.5b0.5 B. b0.5C.C.胞嘧啶为胞嘧啶为a(1/2ba(1/2b1) D.1) D.胞嘧啶为胞嘧啶为b(1/2ab(1/2a1)1)C C 6.6.分析一个分析一个DNADNA分子时，发现分子时，发现30%30%的脱氧核苷酸含有的脱氧核苷酸含有A A，由，由此可知，该分子中一条链上此可知，该分子中一条链上G G含量的最大值可占此链碱基总数含量的最大值可占此链碱基总数的多少？的多少？40%40%8.8.已知在已知在DNADNA分子中的一条单链分子中的一条单链(A+G)/(T+C)= m(A+G)/(T+C)= m 时时, ,求求: :(1)(1)在另一互补链中这一比例是多少在另一互补链中这一比例是多少? ? 1/m1/m(2) (2) 这个比例关系在整个分子中又是多少这个比例关系在整个分子中又是多少? ?1 1(3)(3)在另一互补链中这一比例是多少在另一互补链中这一比例是多少? ?n n(4)(4)这个比例在整个这个比例在整个DNADNA分子