DNA的结构

【教学目标】

1．知识目标：通过讨论DNA双螺旋结构模型的构建过程，理解DNA双螺旋结构模型的特点

2．能力目标：通过对DNA平面结构和立体结构的分析，理解DNA结构的主要特点

【教学重难点】

1．教学重点：DNA结构的主要特点

2．教学难点：

（1）DNA结构的主要特点

（2）碱基的计算

【教学方法】

讲授与学生讨论相结合、问题引导法、归纳

【课时安排】

1课时

【教学过程】

回忆：

DNA全称叫脱氧核糖核酸，是主要的遗传物质。它的基本组成单位是脱氧核苷酸。

为了研究DNA的结构，科学家们展开了一场轰轰烈烈的研究竞赛。

（1）1951年，威尔金斯、富兰克林展示DNA的X射线衍射图

（2）1952年，查哥夫提出：A的量等于T的量，G的量等于C的量

（3）1953年，沃森、克里克发表论文

（4）1962年，沃森、克里克、威尔金斯获诺贝尔生物医学奖

（一）DNA双螺旋结构模型的构建

现在黑板上有四个脱氧核苷酸，请同学们思考，我们应该怎样将它们组合起来，从而构成DNA的结构呢？

圆形硬纸片代表磷酸基团，五边形代表脱氧核糖，四种颜色的长方形代表四种碱基。用粉笔线模拟化学键。那么位于上下的两个脱氧核苷酸是如何连接在一起的？

我们看到：上下脱氧核苷酸之间，在构成DNA时，是以磷酸和五碳糖交替聚合连接构成的链状结构。

DNA是由很多个脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链组成的，DNA的结构包括几条这样的脱氧核苷酸链。两条，这也就是DNA是双链结构的结论。

现在黑板上已经有了两条脱氧核苷酸链，是不是就可以构成了一个DNA分子呢？

不对，如果用向上的箭头表示左链的方向，那么右链应该用向下的箭头表示。

两条反向的由磷酸和五碳糖交替连接构成的脱氧核苷酸链，位于DNA结构的外侧，构成基本骨架，它们是反向平行的。

现在我们一起来观察位于双螺旋结构内侧的这些碱基，刚才在总结主链结构时我们发现构成DNA的左右两条链的脱氧核苷酸的碱基是挨在一起的。那么任意的两个碱基都可以像这样挨在一起吗，还是有什么特殊的规律呢？

1952年，查哥夫提出：A的量等于T的量，G的量等于C的量

（1）长的腺嘌呤A和短的胸腺嘧啶T配对。

（2）长的鸟嘌呤G和短的胞嘧啶C配对。

两条链的碱基总是按照A与T、G与C配对的原则，这一原则我们称之为碱基互补配对原则。A与T是通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，这样会使DNA的结构更加稳定。

展示DNA的X射线衍射图

大家看看上面这幅图，当你第一眼看到此图的时候有什么感觉？

这是富兰克林和同事威尔金斯在1951年率先采用X射线衍射技术拍摄到的DNA晶体照片。

沃森看到这张图时激动得话也说不出来。他的心怦怦直跳，从图上他判定DNA的结构是一个规则的螺旋体。他打定主意要制作一个DNA模型。他的这种想法得到了克里克的认可。于是他们两人便采用当时注明的化学家鲍林研究蛋白质结构的模型构建法。富兰克林的这张图为推算出DNA分子呈螺旋结构的结论，提供了决定性的实验证据。

沃森、克里克也因而获得1962年诺贝尔医学生理学奖。

（二）DNA的结构

1．外侧：磷酸、脱氧核糖交替连接——构成基本骨架（“扶手”）

2．内侧：2条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。A与T配对，G与C配对。

3．由2条链按反向平行方式盘绕成双螺旋结构。

小规律：“五四三二一”

五种元素：C、H、O、N、P

四种碱基：A、G、C、T

三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基

两条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链

一种螺旋：规则的双螺旋结构

（三）DNA的结构特性

1．多样性：碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。

在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？4种

2．特异性：碱基对的特定排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。

3．稳定性：具有规则的双螺旋结构。

思考：研究表明：DNA结构的稳定性与四种碱基的含量有关：G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。

G与C形成三个氢键，A与T只形成两个氢键。氢键越多，结合力越强。

有关DNA中的碱基计算

1．设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则

可知：A1=T2，A2=T1，G1=C2，G2=C1

则在DNA双链中：A=T，G=C

A+G=T+C  A+C=T+G

两条链不互补的碱基之和相等：（A+G）/（A+T+G+C）=1/2

规律一：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之和相等，并为碱基总数的50%（1/2）

例题1：某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？

A=50%–23% =27%

2．

规律二：两条链中互补碱基和与两条链碱基总数之比，与任意一条链的这种比值相等。

例题2：某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上

G占该链碱基总数的22%，求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。

24%

例题3：从某生物组织提取的DNA成分中，鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基含量的46%，已知1号链的碱基中28%是腺嘌呤，22%是胞嘧啶。

（1）全部碱基中腺嘌呤占__27___%

（2）与1号链相对应的2号链中，腺嘌呤占该链全部碱基的__26___%

3．

规律三：在已知链与互补链之间（A+G）/（T+C）互为倒数，在整个DNA分子中（A+G）/（T+C）比值为1

例题4：在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？

2.5，1

4．

规律四：双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。