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(guò)往行人，你知道為什么將它作為高科技標(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(shuō)明科學(xué)和技術(shù)是相互支持，密不可分的。
1951年，當(dāng)時(shí)科學(xué)界已認(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、Ｇ、Ｃ4種堿基。
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
英國(guó)威爾金斯和同事富蘭克林應(yīng)用X射線衍射技術(shù)獲得高質(zhì)量的DＮＡ衍射圖譜
沃森和克里克以該照片的有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，推算出DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)
沃森和克里克采用了構(gòu)建模型的方法來(lái)分析DNA分子的結(jié)構(gòu)
先根據(jù)理論上的考慮建立模型
再用X射線衍射結(jié)構(gòu)來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?br/>沃森和克里克嘗試搭建了很多種不同的雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型
1952年，從查哥夫那得知：在ＤＮＡ中，堿基數(shù)量特點(diǎn)：Ａ=Ｔ，Ｇ=Ｃ
將堿基安排在雙鏈螺旋內(nèi)部，脫氧核糖磷酸骨架安排在螺旋外部的模型
A與T配對(duì)，G與C配對(duì)
DNA兩條鏈的方向是相反的
A—T堿基對(duì)與G—C堿基對(duì)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，能夠解釋A、T、G、C的數(shù)量關(guān)系
把這個(gè)用金屬材料制作的模型與拍攝的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(xiě)論文引起了極大的轟動(dòng)1962年，沃森、克里克和威爾金斯三人共同獲得了諾貝爾獎(jiǎng)
1. 請(qǐng)你根據(jù)資料回答有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題。(1) DNA是由幾條鏈構(gòu)成的?它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)?
兩條。這兩條鏈按反向平行方式盤(pán)旋成雙螺旋結(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?
(3) DNA中的堿基是如何配對(duì)的?它們位于DNA的什么部位?
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(huà)。他們的這種工作方式給予你哪些啟示?
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)。
DNA中的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，它們位于DNA的內(nèi)側(cè)。堿基配對(duì)有一定的規(guī)律A一定與T配對(duì); G一定與C配對(duì)。
要善于利用他人的研究成果和經(jīng)驗(yàn);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;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.威爾金斯和富蘭克林通過(guò)對(duì)DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)(　　)2.沃森和克里克構(gòu)建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中，脫氧核糖—磷酸骨架排列在螺旋外部，堿基排列在螺旋內(nèi)部(　　)3.沃森和克里克研究DNA分子的結(jié)構(gòu)時(shí)，運(yùn)用了構(gòu)建物理模型的方法(　　)
[典例1] 1953年沃森和克里克構(gòu)建了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，其重要意義在于(　　)①發(fā)現(xiàn)DNA如何儲(chǔ)存遺傳信息　②確定DNA是主要的遺傳物質(zhì)?、郯l(fā)現(xiàn)DNA分子中堿基含量的規(guī)律性?、転镈NA復(fù)制機(jī)理的闡明奠定基礎(chǔ)A.①③ B.②③ C.①④ D.③④
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解釋了DNA為什么能儲(chǔ)存大量遺傳信息，為DNA半保留復(fù)制奠定了基礎(chǔ)。
資料一　嘌呤和嘧啶堿基具有疏水性，脫氧核糖和磷酸具有親水性。
脫氧核糖和磷酸基團(tuán)排列在雙鏈DNA分子的外側(cè)，堿基排列在內(nèi)側(cè)。
資料二　DNA螺旋的直徑是固定的，均為2 nm。資料三　嘌呤和嘧啶的分子結(jié)構(gòu)圖
不是相同的堿基兩兩相連，應(yīng)是嘌呤與嘧啶相連。
假說(shuō)一: A與T配對(duì)，G與C配對(duì);假說(shuō)二: A與C配對(duì)，G與T配對(duì)。
資料四　查哥夫?qū)Χ喾N生物的DNA做了堿基定量分析。
假說(shuō)一: A與T配對(duì)，G與C配對(duì)
1分子磷酸 + 1分子脫氧核糖 +1分子含氮堿基
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)，稱(chēng)作5′－端，另一端有一個(gè)羥基(—OH)，稱(chēng)作3′－端，兩條單鏈走向相反，一條單鏈從5′－端到3′－端，另一條單鏈從3′－端到5′－端。
DNA的結(jié)構(gòu)——主要特點(diǎn)
(1)DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
(2)DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。
(3)兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，并且堿基配對(duì)具有一定規(guī)律：A一定與T配對(duì)，G一定與C配對(duì)。堿基之間的這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，叫作堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。
4.DNA分子由四種脫氧核苷酸組成，這四種脫氧核苷酸含有的堿基是A、U、C、G(　　)5.DNA分子由兩條方向相同的脫氧核苷酸鏈盤(pán)旋而成(　　)6.DNA分子中的堿基一定存在如下數(shù)量關(guān)系：C＝T，A＝G(　　)7.DNA單鏈中的A與T的數(shù)量一定相等(　　)
[典例2] 下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中，不正確的是(　　)A．每個(gè)DNA分子中通常都含有四種脫氧核苷酸B．DNA分子的兩條鏈反向平行C．DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連，且A與T配對(duì)，G與C配對(duì)D．DNA分子長(zhǎng)鏈的每個(gè)脫氧核糖上均連接著一個(gè)磷酸和一個(gè)堿基
DNA分子長(zhǎng)鏈結(jié)束部位的脫氧核糖上連接著一個(gè)磷酸和一個(gè)堿基，其他脫氧核糖上連接兩個(gè)磷酸和一個(gè)堿基，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
1.組裝“脫氧核苷酸模型”
利用材料制作若干個(gè)脫氧核糖、磷酸和堿基，組裝成若干個(gè)脫氧核苷酸。
2.制作“多核苷酸長(zhǎng)鏈模型”
將若干個(gè)脫氧核苷酸依次穿起來(lái)，組成兩條多核苷酸長(zhǎng)鏈。注意兩條長(zhǎng)鏈的單核苷酸數(shù)目必須相同，堿基之間能夠互補(bǔ)配對(duì)。
3.制作DNA分子平面結(jié)構(gòu)模型
按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則，將兩條多核苷酸長(zhǎng)鏈互相連接起來(lái)，注意兩條鏈的方向相反。
4.制作DNA分子的立體結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu))模型
把DNA分子平面結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一下，即可得到一個(gè)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
1. DNA只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能夠儲(chǔ)存足夠量的遺傳信息?
DNA雖然只含有4種脫氧核普酸，但是堿基的排列順序卻是千變?nèi)f化的。堿基排列順序的千變?nèi)f化，使DNA儲(chǔ)存了大量的遺傳信息。
2. DNA是如何維系它的遺傳穩(wěn)定性的?
(1)靠DNA堿基對(duì)之間的氫鍵維系兩條鏈的偶聯(lián);(2)在DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，由于堿基對(duì)平面之間相互靠近，形成了與堿基對(duì)平面垂直方向的相互作用力。
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．如圖是DNA的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖回答下列問(wèn)題：
(1)說(shuō)出圖中①～⑩的名稱(chēng)。
⑩一條脫氧核苷酸鏈的片段
(2)一個(gè)鏈狀DNA分子含有幾個(gè)游離的磷酸基團(tuán)？
因?yàn)锳與T之間有兩個(gè)氫鍵，而G與C之間有三個(gè)氫鍵，所以DNA中G與C堿基對(duì)所占的比例越高，該DNA穩(wěn)定性越強(qiáng)。
含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。
(3)為什么G－C堿基對(duì)含量越多DNA越穩(wěn)定？
即：雙鏈中A＝ G＝
2．雙鏈DNA堿基數(shù)目的相關(guān)計(jì)算規(guī)律
根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1
規(guī)律一：雙鏈DNA分子中嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和為堿基總數(shù)的一半。
A＋G＝ ＝ ＝ ＝ 1/2(A＋G＋T＋C)
規(guī)律二：互補(bǔ)堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個(gè)DNA分子中都相等，簡(jiǎn)記為“補(bǔ)則等”。
規(guī)律三：非互補(bǔ)堿基之和的比值在兩條互補(bǔ)鏈中互為倒數(shù)，簡(jiǎn)記為“不補(bǔ)則倒”。
規(guī)律四：某種堿基在雙鏈中所占的比例等于它在每一條單鏈中所占比例和的一半。
1.下列學(xué)生小組制作的DNA結(jié)構(gòu)模型片段中，正確的是( )　
組成DNA分子的兩條鏈按反向平行方式盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條鏈中的脫氧核糖的方向應(yīng)相反，兩條鏈上互補(bǔ)的堿基A與T通過(guò)兩個(gè)氫鍵相連、G與C通過(guò)三個(gè)氫鍵相連，A 正確。
2.在一個(gè)雙鏈DNA分子中，堿基總數(shù)為a，鳥(niǎo)嘌呤堿基數(shù)為b，則下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) A.脫氧核苷酸數(shù)＝磷酸數(shù)＝a B.堿基之間的氫鍵數(shù)為a＋b C.T的數(shù)量為a－b D.一條鏈中C＋G的數(shù)量為b
DNA的基本單位是脫氧核苷酸，1分子的脫氧核苷酸是由1分子磷酸、1分子脫氧核糖和1分子含氮堿基組成，因此脫氧核苷酸數(shù)＝磷酸數(shù)＝a，A正確；依題意和堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可推知，在該雙鏈DNA中，A＋T＋G＋C＝a，G＝C＝b，A＝T＝(a－b－b)÷2＝1/2a－b，又因?yàn)樵陔p鏈DNA分子中，A與T之間有2個(gè)氫鍵， G與C之間有3個(gè)氫鍵，所以堿基之間的氫鍵數(shù)為2×(1/2a－b)＋3b＝a＋b，B正確，C錯(cuò)誤；依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可推知，在雙鏈DNA分子中，一條鏈上的堿基C、G分別與另一條鏈上的G、C相等，所以一條鏈中C＋G的數(shù)量為b，D正確。

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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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