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1、第四章第四章 遗传的分子基础遗传的分子基础 第二节第二节 DNADNA的结构和的结构和DNADNA的复制的复制第一课时第一课时 DNADNA的结构的结构 贵州省普安县第一中学：贵州省普安县第一中学：刘刘 妞妞 坐落于北京中关村高科技园区的DNA双螺旋结构雕塑，以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。你知道为什么要将它作为高科技的标志呢？学习目标学习目标（1 1）能说出）能说出DNADNA结构的发现者和协助者；结构的发现者和协助者；（2 2）体验）体验DNADNA双螺旋结构模型的构建历程；双螺旋结构模型的构建历程；（2 2）概述）概述DNADNA分子结构的主要特点；分子结构的主要特点；（4 4
2、）制作）制作DNADNA双螺旋结构模型，锻炼学生的动双螺旋结构模型，锻炼学生的动 手、动脑以及空间思维能力。手、动脑以及空间思维能力。学生活动学生活动1 1：课前预习（阅读教材内容，完成学案：课前预习（阅读教材内容，完成学案1 1、2 2）1 1、DNADNA双螺旋结构模型的构建双螺旋结构模型的构建（1 1）模型名称：）模型名称：模型。模型。（2 2）构建者：美国生物学家）构建者：美国生物学家 和英国物理学和英国物理学 家家 。（3 3）构建依据构建依据：a a、DNADNA分子是以分子是以 为单位连接而成的为单位连接而成的 长链，这长链，这4 4种脱氧核苷酸分别含有种脱氧核苷酸分别含有 四四
3、 种碱基，写出这四种碱基的中文名称种碱基，写出这四种碱基的中文名称 、。b b、威尔金斯和富兰克林提供的、威尔金斯和富兰克林提供的DNADNA衍射图谱表明衍射图谱表明DNADNA 分子呈分子呈 结构。结构。c c、查哥夫测定、查哥夫测定DNADNA的分子组成，发现的分子组成，发现 的量总是的量总是 等于等于 的量；的量；的量总是等于的量总是等于 的量。的量。DNADNA双螺旋结构双螺旋结构沃森沃森克里克克里克脱氧核苷酸脱氧核苷酸A A、G G、C C、T T腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）胞嘧啶（胞嘧啶（C C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）螺旋螺旋A AT TG GC C2、D
4、NA分子的结构分子的结构（1）DNA的中文名称是的中文名称是 ，构成的元素组，构成的元素组 成有成有 。（2）基本单位：构成）基本单位：构成DNA分子的基本单位是分子的基本单位是 ，它是由一分子，它是由一分子 、一分子、一分子 和一分子含氮碱基和一分子含氮碱基连接而成，由于含氮碱基的不同，脱氧核苷酸有连接而成，由于含氮碱基的不同，脱氧核苷酸有4种。种。（3）用用 代表磷酸，代表磷酸，代表脱氧核糖，代表脱氧核糖，代表含氮代表含氮碱基，写出下列碱基，写出下列4种脱氧核苷酸的名称。种脱氧核苷酸的名称。脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖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
5、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糖核酸脱氧核糖核酸C、H、O、N、P一、解开DNA结构之谜1、20世纪30年代后期，瑞典的科学家们证明DNA是不对称的。第二次世界大战以后，科学家们用电子显微镜测定出DNA分子的直径约为2nm。2、1951年美国生物化学家查戈夫定量分析年美国生物化学家查戈夫定量分析DNA分分子的碱基组成，发现腺嘌呤（子的碱基组成，发现腺嘌呤（A）的量总是等于）的量总是等于胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）的量（）的量（A=T），鸟嘌呤（），鸟嘌呤（G）的量）的量总是等于胞嘧啶（总是等于胞嘧啶（C）的量（）的量（G=C）。）。一、解开DNA
6、结构之谜3、1952年英国化学家富兰克林等用X射线衍射技术拍摄到DNA结构的照片，确认DNA为螺旋结构，并且是由不止一条链所构成的。一、解开DNA结构之谜4、1953年美国科学家沃森（左）和英国科学家克年美国科学家沃森（左）和英国科学家克里克（右）提出里克（右）提出DNA分子的双螺旋结构模型，发分子的双螺旋结构模型，发表论文表论文核酸的分子结核酸的分子结 构模型脱氧核糖核酸构模型脱氧核糖核酸 的一个结构模型的一个结构模型二、二、二、二、DNA DNA的的的的基基基基本组成单位本组成单位本组成单位本组成单位-脱脱脱脱氧核苷酸氧核苷酸氧核苷酸氧核苷酸 1234含碱基含碱基脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸5
7、A GC T1、化学元素组成：C、H、O、N、P腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸胞嘧啶胞嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸 胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸2 2、脱、脱氧核苷酸的种类氧核苷酸的种类(4(4种种)A脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸G脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸C脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸T脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸学生活动学生活动2：观察：观察DNA分子的平面结构模型分子的平面结构模型（小组合作学习，完成（小组合作学习，完成学案学案3）思考：思考：（1）构成DNA分子的脱氧核苷酸是如何连接？（2）每个DNA分子中有几条脱氧核苷酸链？（3）脱氧核苷酸链之间如何连接？多个
8、脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链多个脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链AAGGCCCCAA磷酸磷酸磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基含氮碱基含氮碱基AA磷酸二酯键磷酸二酯键四种含N碱基请问标注的核苷酸请问标注的核苷酸怎么命名呢？怎么命名呢？胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶鸟嘌呤鸟嘌呤3 3 3 3、连接脱氧核苷酸的化学键、连接脱氧核苷酸的化学键、连接脱氧核苷酸的化学键、连接脱氧核苷酸的化学键-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键多个脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链多个脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链两条脱氧核苷酸链组成一个分子两条脱氧核苷
9、酸链组成一个分子AAAAGGCCCCAAT TT TGGGGT TCCAAAAAAT TT TT TGGGGGGCCCCAAT TCC磷酸脱氧核糖含氮碱基CCGG碱基对氢键 嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则。注意：注意：注意：注意：A+T=C+G?A+T=C+G?4、碱碱基基 互互 补补 配配 对对原原则则在在在在DNADNA分子中形成分子中形成分子中形成分子中形成 碱基对时，碱基对时，碱基对时，碱基对时，A一定与一定与一定与一定与T配对，配对，配对，配对，G一定与一定与一定与一定与C配对，这种一一对应的关
10、系，称为配对，这种一一对应的关系，称为配对，这种一一对应的关系，称为配对，这种一一对应的关系，称为碱基互补配对原则。碱基互补配对原则。碱基互补配对原则。碱基互补配对原则。碱碱碱碱基对之间的氢键具有固定的数目，基对之间的氢键具有固定的数目，基对之间的氢键具有固定的数目，基对之间的氢键具有固定的数目，A A与与与与T T有两有两有两有两个氢键，个氢键，个氢键，个氢键，C C与与与与GG有三个氢键有三个氢键有三个氢键有三个氢键在在在在双链双链双链双链DNADNA分子中有分子中有分子中有分子中有A=T，C=G，所以，所以，所以，所以 A+G=C+T 即即即即 嘌呤碱基总数嘌呤碱基总数嘌呤碱基总数嘌呤碱
11、基总数=嘧啶碱基总数嘧啶碱基总数嘧啶碱基总数嘧啶碱基总数 AAATTTGGGGCCCATC1、DNA分子的平面结构分子的平面结构（2）DNA分子中的脱氧核分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成在外侧，构成基本骨架基本骨架；碱基在内侧。碱基在内侧。（3）两）两条链上的碱基通过条链上的碱基通过氢键氢键连结起来，形成碱基连结起来，形成碱基对，且遵循对，且遵循碱基互补配对碱基互补配对原则原则。三、三、DNA分子的分子的结构结构（1 1 1 1）DNADNADNADNA分子是由两条反向分子是由两条反向分子是由两条反向分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链平行的脱氧核苷酸长链
12、平行的脱氧核苷酸长链平行的脱氧核苷酸长链盘旋盘旋盘旋盘旋而成。而成。而成。而成。“反向平行反向平行”怎么理解？怎么理解？APGPCPTPAPGPCPTP学生活动学生活动3：观察：观察DNA分子双螺旋立分子双螺旋立体结构模型体结构模型 思考：思考：DNA分子的立分子的立 体结构特点？体结构特点？DNA分子立体结构模型分子立体结构模型2 2、DNADNA分子的立体结构分子的立体结构规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构主要特点：主要特点：由两条脱氧核苷酸长链按由两条脱氧核苷酸长链按反向平行反向平行方式盘旋成规方式盘旋成规则的则的双螺旋结构双螺旋结构。外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成外侧：脱氧核糖和磷酸交
13、替连接构成基本骨架基本骨架；内侧：碱基对。内侧：碱基对。碱基通过氢键连接成碱基对，碱基之间的配对遵循碱基通过氢键连接成碱基对，碱基之间的配对遵循碱碱基互补配对原则基互补配对原则：即：即A A与与T T配对，配对，C C与与G G配对。配对。1、稳定性：稳定性：2、多样性：多样性：3、特异性：特异性：两条长链上的两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳的顺序是稳定不变的。定不变的。一般来说，一个一般来说，一个DNA分子有分子有4,000至至400亿个碱基亿个碱基对，其排列顺序的组合是几近无穷的。对，其排列顺序的组合是几近无穷的。每个特定的每个特定的DNA分子都具有其特定
14、的碱基对数量分子都具有其特定的碱基对数量和排列顺序。和排列顺序。四、四、四、四、DNADNADNADNA分子的结构特点分子的结构特点分子的结构特点分子的结构特点学生活动学生活动4：用所给材料构建：用所给材料构建DNA分子立体结分子立体结 构模型构模型选择三根丝线（至少有两根颜色不同）、橡皮筋，选择三根丝线（至少有两根颜色不同）、橡皮筋，按照教师所教的方法编织按照教师所教的方法编织DNA分子双螺旋结构模分子双螺旋结构模型。型。注意：选择丝线时的颜色搭配注意：选择丝线时的颜色搭配 双螺旋结构的方向双螺旋结构的方向完成后完成后思考思考：不同颜色的两根丝线分别代表什么？：不同颜色的两根丝线分别代表什么
15、？课堂小结：元素组成：元素组成：元素组成：元素组成：C H O N PC H O N P基本组成单位：基本组成单位：基本组成单位：基本组成单位：脱氧核苷酸脱氧核苷酸 （四种）（四种）一分子含氮碱基（四种）一分子含氮碱基（四种）一分子脱氧核糖一分子脱氧核糖一分子磷酸一分子磷酸空间结构空间结构空间结构空间结构规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构两条脱氧核苷酸长链，反向平行两条脱氧核苷酸长链，反向平行外侧：外侧：外侧：外侧：磷酸和脱氧核糖交替连接磷酸和脱氧核糖交替连接内侧：内侧：内侧：内侧：碱基对以氢键连接碱基对以氢键连接碱基互补配对原则碱基互补配对原则DNADNADNADNA分子的结构特点：分子的结构
16、特点：分子的结构特点：分子的结构特点：稳定性稳定性 多样性多样性 特异性特异性AGCT下图是下图是DNADNA分子结构模式图，用文字填出分子结构模式图，用文字填出1 11010的名称。的名称。胞嘧啶（胞嘧啶（C）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸碱基对碱基对氢键氢键一条脱氧核苷酸链的片段一条脱氧核苷酸链的片段、10、课堂练习：课堂练习：课后作业：预习碱基互补配对原则的应用课后作业：预习碱基互补配对原则的应用思考并完成学案思考并完成学案4、5、6：4.4.某生物细胞某生物细胞DNADNA分子的碱中，腺嘌呤的分子
17、数占分子的碱中，腺嘌呤的分子数占2222，那，那么，胞嘧啶的分子数占（么，胞嘧啶的分子数占（）A A1111 B B2222 C C2828 D D44445.5.若若DNADNA分子的一条链中（分子的一条链中（A+TA+T）/（C+GC+G）=a=a，则其互补链中，则其互补链中该比值为（该比值为（）A.a B.1/a C.1 D.1A.a B.1/a C.1 D.11/a1/a6.6.若若DNADNA分子中一条链的碱基摩尔比为分子中一条链的碱基摩尔比为A AC CG GT T1 11.51.52 22.52.5，则其互补链中嘌呤碱基与嘧啶碱基的摩尔比为，则其互补链中嘌呤碱基与嘧啶碱基的摩尔比
18、为A.5A.54 B.44 B.43 C.33 C.32 D.52 D.52 2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，G G1 1=C=C2 2 ，G G2 2=C=C1 1。则在则在DNADNA双链中：双链中：A=T A=T，G=CG=C可引申为：可引申为：嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数A+G=T+C A+G=T+C 即即A+G/T+C=1A+G/T+C=1或或A+G/A+T+G+C=50%A+G/A+T+G+C=50%
19、或或A%=50%-G%A%=50%-G%A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链例例1 1：某：某双链双链DNADNA分子中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？解析：解析：因为因为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%碱基互补配对原则的应用碱基互补配对原则的应用碱基互补配对原则的应用碱基互补配对原则的应用双链双链DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C等于其中任何等于其中任何一条链一条链的的A
20、+T/G+CA+T/G+C。A+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1GG1 1+C+C1 1A A2 2+T+T2 2GG2 2+C+C2 2=规律：互补碱规律：互补碱 基和之比相等基和之比相等例例2：某：某DNA分子中，当分子中，当A+T/G+C在一单链中为在一单链中为0.4时，时，在其互补链中这个比例是：在其互补链中这个比例是：0.4 双链双链DNADNA分子中，互补的两条链中非互补碱基和之分子中，互补的两条链中非互补碱基和之比互为倒数。比互为倒数。DNADNA分子中分子中A+G/T+CA+G/T+C之比相等。之比相等。A A1 1+G+G1 1T T1 1+C+C1 1 =a=
21、aT T2 2+C+C2 2A A2 2+G+G2 2 =1/a=1/a 例例3 3：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，上述比例在其互补链和整个，上述比例在其互补链和整个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 A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链 双链双链DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整个占整个DNADNA分子碱基总数的百分比等于其中任分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中何一条链中A+TA+T占该链碱
22、基总数的百分占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链比，其中任何一条链A+TA+T是整个是整个DNADNA分分子子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双链双链 例例4 4：某：某双链双链DNADNA分子
23、中，分子中，A A与与T T之和占整个之和占整个DNADNA碱基总数的碱基总数的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占占其所在链碱基总数的百分含量。其所在链碱基总数的百分含量。24%24%（G+CG+C）1 12 2GG1 1+C+C1 1G G2 2+C+C2 2=A AT=54%G+C=46%T=54%G+C=46%G1G1A1+T1+G1+C1A1+T1+G1+C1=22%例例例例5 5：某：某：某：某双链双链双链双链DNADNA分子中，（分子中，（分子中，（分子中，（A+TA+T）/（G+CG+C）
24、=1.5=1.5 则它的则它的则它的则它的C C占全部碱基的：占全部碱基的：占全部碱基的：占全部碱基的：A.20%B.25%C.30%D.35%A.20%例例例例6 6：由：由：由：由120120个碱基组成的个碱基组成的个碱基组成的个碱基组成的DNADNA分子片段，可因碱基对分子片段，可因碱基对分子片段，可因碱基对分子片段，可因碱基对组成和序列的不同，而形成具有不同遗传信息的组成和序列的不同，而形成具有不同遗传信息的组成和序列的不同，而形成具有不同遗传信息的组成和序列的不同，而形成具有不同遗传信息的DNADNA分子，其种类数最多可达分子，其种类数最多可达分子，其种类数最多可达分子，其种类数最多可达 A.4A.4120120 B.120 B.1204 4 C.4 C.46060 D.60 D.604 4C.460