坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑，以它簡(jiǎn)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雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示是劃時(shí)代的偉大發(fā)現(xiàn)，在生物學(xué)的發(fā)展中具有里程碑式的意義。弄清楚 DNA結(jié)構(gòu)，以及測(cè)定 DNA序列等應(yīng)用了很多高科技技術(shù)，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示也說明科學(xué)和技術(shù)是相互支持，密不可分的。
在對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的探索中，于1953年摘取桂冠的是兩位年輕的科學(xué)家—美國(guó)的生物學(xué)家沃森（，1928—）和英國(guó)的物理學(xué)家克里克（F.Crik，1916—2004），DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)揭示是劃時(shí)代的偉大發(fā)現(xiàn)，在生物學(xué)的發(fā)展中具有里程碑式的意義。
他們是如何逐步摸索出DNA的結(jié)構(gòu)的？DNA的結(jié)構(gòu)是怎樣的？
一、DNA結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
閱讀P48-49的思考?討論，并回答下列問題。
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)？一般DNA是由兩條鏈結(jié)合成的，具有雙螺旋的立體結(jié)構(gòu) （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？DNA分子中的磷酸分子和脫氧核糖通過交替連接排列在分子外側(cè)，構(gòu)成基本骨架。 （3）DNA中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于DNA的什么部位？A–T,C–G。DNA是由脫氧核糖核苷酸連接而成的，堿基就是在兩條DNA單鏈的中間。2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的，是科學(xué)家合作研究的典范，在科學(xué)界傳為佳話。他們的這種工作方式給予你哪些啟示？
①要善于利用他人的研究成果和經(jīng)驗(yàn);②要善于與他人 交流和溝通，閃光的思想是在交流與撞擊中獲得的;③研究小組成員在知識(shí)背景上最好是互補(bǔ)的;④對(duì)所從事的研究要有興趣和激情等。
3.在構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型的過程中，設(shè)計(jì)到了哪些學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用？
主要涉及了物理學(xué)（主要是晶體學(xué)），生物化學(xué)、數(shù)學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科的知識(shí)。涉及的方法主要有∶X射線衍射結(jié)構(gòu)分析方法，其中包括數(shù)學(xué)計(jì)算法;構(gòu)建模型的方法等等。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中許多成果的取得都是多學(xué)科交叉運(yùn)用的結(jié)果;反過來，多學(xué)科交叉的運(yùn)用，又會(huì)促進(jìn)學(xué)科的發(fā)展，誕生新的邊緣學(xué)科，如生物化學(xué)、生物物理學(xué)等
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：
〔1〕DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
〔2〕DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成根本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。
〔3〕兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結(jié)成堿基對(duì)，并且堿基對(duì)具有一定的規(guī)律。A（腺嘌呤）一定與T（胸腺嘧啶）配對(duì)；G（鳥嘌呤）一定與C（胞嘧啶）配對(duì)。堿基之間的這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。
（4）A與T之間2個(gè)氫鍵，C與G之間三個(gè)氫鍵，故DNA分子中 G一C比例高的穩(wěn)定性強(qiáng)。
（5）脫氧核糖上與堿基相連的碳叫作1'-C，與磷酸基團(tuán)相連的碳叫作5'-C。（6） DNA的一條單鏈具有兩個(gè)末端，一端有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，這一端稱作5'端。另一端有一個(gè)羥基（—OH）、稱作3'-端。（7）DNA的兩條單鏈走向相反.從雙鏈的一端起始，一條單鏈?zhǔn)菑?'-端到3'-端的，另一條單鏈則是從3'到5'-端的。
圖3-8 DNA的結(jié)構(gòu)模式圖
①磷酸：DNA分子中絕大部分脫氧核糖都連接2個(gè)磷酸基團(tuán)，兩端的DNA分子只連接一個(gè)磷酸基團(tuán)。1個(gè)DNA分子只有2個(gè)游離的磷酸。②磷酸二酯鍵：連接2個(gè)脫氧核苷酸的化學(xué)鍵，可用限制酶切斷，可用DNA連接酶（DNA片段）或DNA聚合酶（單個(gè)脫氧核苷酸）連接③脫氧核糖：五碳糖④堿基：DNA單鏈A≠T,G≠C⑤堿基對(duì)：堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，A與T，G與C配對(duì)
⑥氫鍵：堿基對(duì)之間的化學(xué)鍵，DNA解旋酶或高溫變性斷裂，A與T兩個(gè)氫鍵，G與C三個(gè)氫鍵⑦脫氧核苷酸：含磷酸、脫氧核糖和含氮堿基各1個(gè)，DNA的基本組成單位，DNA初步水解產(chǎn)物⑧脫氧核苷酸鏈（單鏈）：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈雙螺旋形成DNA分子⑨DNA的內(nèi)側(cè)：堿基對(duì)的排列順序代表著遺傳信息，決定DNA的特異性和多樣性⑩DNA的外側(cè)：脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成DNA的基本骨架
?組成元素：C、H、O、N、P
?DNA分子的特性∶ 穩(wěn)定性、多樣性（4n數(shù)學(xué)模型）和特異性
DNA分子特性〔1〕穩(wěn)定性：磷酸和脫氧核糖交替連接，排列在外側(cè)構(gòu)成根本骨架。堿基與堿基之間形成氫鍵。 穩(wěn)定DNA分子的主要力是堿基堆集力?！?〕多樣性：堿基對(duì)多種多樣的排列次序。 假設(shè)某DNA分子中有n個(gè)堿基對(duì)，那么排列順序有4n種，其中n代表堿基對(duì)數(shù)?！?〕特異性：每種DNA分子都有特定的堿基對(duì)排列順序，代表了特定的遺傳信息。
DNA有關(guān)堿基數(shù)量計(jì)算 的三個(gè)規(guī)律：
應(yīng)用堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可推演出哪些規(guī)律來計(jì)算核酸中的堿基含量?規(guī)律一∶ DNA雙鏈中的兩條互補(bǔ)鏈的堿基數(shù)量相等。DNA 雙鏈中任意兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和恒等，占?jí)A基總數(shù)的 50%，即 A+G=T+C，A+C=T+G。規(guī)律二∶DNA雙鏈中，一條單鏈的（A+G）/（T+C）的值與互補(bǔ)鏈的（A+ G）/（T+C）的值互為倒數(shù)關(guān)系。規(guī)律三∶DNA的雙鏈中，一條單鏈的（A+T）/（G+C）的值與另一條互補(bǔ)鏈的（A+T）/（G+C）的值是相等的，也與整個(gè)DNA分子中的（A+T）/（G+C）的值相等。
三、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
目的要求 通過制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，加深對(duì)DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和理解。材料用具 曲別針、泡沫塑料、制片、扭扭棒、牙簽、橡皮泥、鐵絲等常用物品，都可用做模型制作材料。
模型設(shè)計(jì) 制作模型前首相應(yīng)該進(jìn)行設(shè)計(jì)，并考慮一下問題。 1.分別用哪幾種材料來代表組成DNA的磷酸、脫氧核糖和堿基？這3中物質(zhì)是在什么部位相應(yīng)連接的？怎樣將這幾種材料正確地連接起來？ 2.DNA中每隔脫氧核苷酸之間是什么部位相互連接的？怎樣將脫氧核苷酸正確地連接起來？ 3.在模型中，如何體現(xiàn)DNA的兩條鏈?zhǔn)欠较蚱叫械模坑衷鯓芋w現(xiàn)兩條鏈的堿基之間互補(bǔ)配對(duì)？
討論 1.DNA只含有4中脫氧核苷酸，它為什么能夠儲(chǔ)存足夠量的遺傳信息？ 2.DNA是如何維系它的遺傳穩(wěn)定性的？ 3.你能夠根據(jù)DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)想DNA的復(fù)制方式嗎？
1.以下能正確表示DNA片段示意圖的是 ( )
2.某DNA分子中，G+C之和占全部堿基的35.8%，一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數(shù)的32.9%和17.1%，則它的互補(bǔ)鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的（ )
A.32.9%和17.1% B.31.3%和18.7%C.18.7%和31.3% D.17.1%和32.9%
3.下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中錯(cuò)誤的是（ ）A.每個(gè)雙鏈DNA分子通常都會(huì)含有四種脫氧核苷酸B.每個(gè)核糖上均連接著一個(gè)磷酸和一個(gè)堿基C.每個(gè)DNA分子的堿基數(shù)=磷酸數(shù)=脫氧核糖數(shù)D.雙鏈DNA分子中的一段若含有40個(gè)胞嘧啶，就一定會(huì)同時(shí)含有40個(gè)鳥嘌呤
4.DNA分子中，穩(wěn)定不變的是（ ）A.堿基對(duì)的排列順序B.脫氧核糖和磷酸的交替排列C.脫氧核苷酸的排列順序D.核糖和磷酸的交替排列

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第2節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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