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? 上網(wǎng)查閱有關(guān)DNA的信息，收集你感興趣的資料與同學(xué)交流共享。
上海崇明螺旋狀自行車公園
美國(guó)冷泉港實(shí)驗(yàn)室外螺旋時(shí)代造型
旋轉(zhuǎn)樓梯的靈感 來自于DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)
雅典奧運(yùn)會(huì)開幕式 激光打出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu) 功能
在確信DNA是遺傳物質(zhì)之后，人們更迫切的想知道：
DNA是怎樣儲(chǔ)存遺傳信息的？
又是怎樣決定生物性狀的？
答案就隱藏在DNA的結(jié)構(gòu)中
1953年，沃森和克里克
克里克:物理學(xué)家,對(duì)X射線晶體衍射圖譜的分析十分熟悉。能夠幫助沃森理解晶體學(xué)原理。
沃森:生物學(xué)家，可以幫助克里克理解生物學(xué)的內(nèi)容。
晚年沃森和克里克在雙螺旋結(jié)構(gòu)模型前的最后一次合影
一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
（1）20世紀(jì)30年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到：DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長(zhǎng)鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、C、G四種堿基。
（1）脫氧核苷酸的種類
（2）1951年11月，英國(guó)生物物理學(xué)家威爾金斯（M.Wilkins）和同事富蘭克林（）應(yīng)用X射線衍射技術(shù)獲得了高質(zhì)量的DNA衍射圖譜。
“X”形意味著DNA分子是螺旋的
20世紀(jì)40年代，測(cè)定幾種生物DNA分子中4種堿基的數(shù)量關(guān)系
奧地利生物化學(xué)家查哥夫
（3）查哥夫法則：在DNA中，腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量； 鳥嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。
（4）據(jù)此，沃森和克里克構(gòu)建出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
富蘭克林發(fā)現(xiàn)，將DNA晶體翻轉(zhuǎn)180度獲得的X射線衍射圖仍然是一樣的。沃森與克里克認(rèn)為：DNA兩條鏈?zhǔn)欠聪蚺帕械摹?br/>沃森和克里克搭建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
①A-T與G-C具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有恒定的直徑。②能夠解釋A=T、G=C的數(shù)量關(guān)系。③模型與X射線衍射照片比較，模型與基于照片推算出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)相符。
1953年，沃森和克里克撰寫的論文在英國(guó)雜志《自然》上發(fā)表，引起極大的轟動(dòng)。 1962，沃森、克里克和威爾金斯三人因這一研究成果共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
討論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)？
（2)DNA 的基本骨架是由那些物質(zhì)組成的？他們分別位于DNA的什么部位？
兩條鏈構(gòu)成，按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)
DNA 的基本骨架包括脫氧核糖和磷酸，它們排列在DNA的外側(cè)
思考?討論：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
（3）DNA中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于DNA的什么部位？
DNA 中的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)。它們位于DNA的內(nèi)側(cè)。堿基配對(duì)有一定規(guī)律：A一定與T配對(duì)，G一定與C配對(duì)。
討論2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，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那些啟示？
③研究小組成員在知識(shí)背景上最好是互補(bǔ)的，對(duì)所從事的研究要有興趣和激情等。
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、合作，閃光的思想是在交流與碰撞中獲得的；
①DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)學(xué)說不但闡明了DNA的基本結(jié)構(gòu)，并且對(duì)一個(gè)DNA分子如何復(fù)制成兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的DNA分子，以及DNA怎么傳遞生物體的遺傳信息進(jìn)行了合理說明。
②是生物科學(xué)中具有革命性的發(fā)現(xiàn)，是20世紀(jì)最重要的發(fā)現(xiàn)之一。是分子生物學(xué)誕生的標(biāo)志。
3.研究DNA結(jié)構(gòu)常用的方法
1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成：
DNA初步水解產(chǎn)物是脫氧核糖(4種)
DNA徹底水解產(chǎn)物是磷酸(1種)、脫氧核糖(1種)、堿基(4種)。
①DNA由 條脫氧核苷酸鏈組成，這些鏈按 的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。②外側(cè)： 和 交替連接構(gòu)成主鏈基本骨架。③內(nèi)側(cè)：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成 。堿基互補(bǔ)配對(duì)遵循以下原則：A===T(兩個(gè)氫鍵)、GC(三個(gè)氫鍵)。
巧記　利用數(shù)字“五、四、三、二、一”巧記DNA分子結(jié)構(gòu)
2.DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)
某同學(xué)想制作一段具有10對(duì)堿基對(duì)的DNA片段模型，他在準(zhǔn)備材料時(shí)至少需要：(1)代表磷酸的球形塑料片幾個(gè)？(2)代表四種堿基的長(zhǎng)方形塑料片幾個(gè)？(3)代表脫氧核糖的五邊形塑料片幾個(gè)？ (4)可組裝出幾種該DNA片段模型？
制作出一個(gè)個(gè)含有不同堿基的脫氧核苷酸模型
將制成的脫氧核苷酸模型連接成長(zhǎng)鏈。
制作DNA平面結(jié)構(gòu)模型：將兩條鏈間的堿基連接。
制作DNA空間結(jié)構(gòu)模型：雙手分別提起兩端，拉直雙鏈，向右旋轉(zhuǎn)一下，即可得到一個(gè)DNA分子的雙螺旋空間結(jié)構(gòu)模型。
例1.用卡片構(gòu)建DNA平面結(jié)構(gòu)模型,所提供的卡片類型和數(shù)量如表所示,下列說法正確的是(　　)
A.最多可構(gòu)建4種脫氧核苷酸,5個(gè)脫氧核苷酸對(duì)B.構(gòu)成的雙鏈DNA片段最多有10個(gè)氫鍵C.DNA中每個(gè)脫氧核糖均與1分子磷酸相連D.最多可構(gòu)建44種不同堿基序列的DNA
①DNA中兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，A—T含2個(gè)氫鍵，G—C含3個(gè)氫鍵。②DNA中并不是所有的脫氧核糖都連著兩個(gè)磷酸基團(tuán)，兩條鏈各有一個(gè)脫氧核糖連著一個(gè)磷酸基團(tuán)。③雙鏈DNA中A與T分子數(shù)相等，G與C分子數(shù)相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。④DNA中，當(dāng)(A＋G)/(T＋C)＝1時(shí)，可能是雙鏈DNA，也可能是單鏈DNA。
⑤并非所有的DNA分子均具“雙鏈”，有的DNA分子為單鏈。⑥D(zhuǎn)NA的特異性是由堿基的排列順序決定的，而不是由配對(duì)方式?jīng)Q定的，配對(duì)方式只有四種：A—T、C—G、T—A、G—C。⑦并非所有DNA片段都是基因，基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，不是連續(xù)分布在DNA上的，而是由堿基序列將不同的基因分隔開。
①在DNA雙鏈中嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù)相同，即A＋G＝T＋C。
三、“歸納法”求解DNA分子中的堿基數(shù)量的計(jì)算規(guī)律
配對(duì)的兩堿基之和在單雙鏈中所占比例相等
②互補(bǔ)堿基之和的比例在任意一條鏈及整個(gè)DNA分子中都相同，若 ，，則 ，
DNA兩互補(bǔ)鏈中，不配對(duì)的兩堿基之和的比值乘積為1
③非互補(bǔ)堿基之和的比例在兩條互補(bǔ)鏈中互為倒數(shù)，在整個(gè)DNA分子中為1，若 , , 則 ，
④在DNA雙鏈中,(A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%＝(A3＋U3)%(G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%＝(G3＋C3)%
⑤根據(jù)堿基比例對(duì)核酸樣品進(jìn)行判定
可能是雙鏈DNA可能是單鏈DNA
例1.已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的35.8%，其中一條鏈中的T與C分別占該鏈堿基總數(shù)的32.9%和17.1%。則在它的互補(bǔ)鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的（ ）A.32.9%，17.1%　　　B.31.3%，18.7%C.18.7%，31.3%　　　D.17.1%，32.9%
(A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%=64.2% T1=32.9% T2=?(G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%=35.8% C1=17.1% C2=?
例2.下列有關(guān)雙鏈DNA分子的敘述，正確的是（ ）A.若DNA分子一條鏈中的堿基A所占比例為a，則另一條鏈的堿基C所占比例為1/(2-a)B.如果一條鏈上(A＋T)∶(G＋C)＝m，則另一條鏈上該比值也為mC.如果一條鏈上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，則另一條鏈上該比值為3∶3∶2∶2D.由50個(gè)堿基對(duì)組成的DNA分子片段中至少含有氫鍵的數(shù)量為150個(gè)
例3.某研究小組測(cè)定了多個(gè)不同雙鏈DNA分子的堿基組成，根據(jù)測(cè)定結(jié)果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補(bǔ)鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數(shù)目比值的關(guān)系圖，下列正確的是（ ）
一、概念檢測(cè)1.DNA兩條單鏈的堿基數(shù)量關(guān)系是構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）DNA兩條單鏈不僅堿基數(shù)量相等，而且都有A、T、G、C四種堿基（ ）（2）在DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)中，堿基的比例總是（A+G）/（T+C）=1。 （ ）
2.下面是DNA的結(jié)構(gòu)模式圖，請(qǐng)寫出圖中①~⑩的名稱。
一條脫氧核苷酸鏈的片段
思考：這個(gè)DNA片段有多少個(gè)游離的磷酸基團(tuán)（沒有形成磷酸二酯鍵的磷酸基團(tuán)）？

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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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