1、第2節 dna分子的結構dnadna引發的一場官司引發的一場官司 為紀念為紀念dnadna雙螺旋結構發現雙螺旋結構發現5050周年，北京大學向世紀盛典周年，北京大學向世紀盛典公司定作了一座名為公司定作了一座名為“旋律旋律”的不銹鋼雕塑，雕塑以雙螺旋結的不銹鋼雕塑，雕塑以雙螺旋結構為構思藍本。合同簽訂后，世紀盛典公司如期完工，北大也構為構思藍本。合同簽訂后，世紀盛典公司如期完工，北大也按照合同約定支付了款項。但是，雕塑參展將近一個月后，一按照合同約定支付了款項。但是，雕塑參展將近一個月后，一位北大教授發現雙螺旋雕塑的螺旋方向反了。世紀盛典公司隨位北大教授發現雙螺旋雕塑的螺旋方向反了。世紀盛典公司

2、隨后又按照更改后的圖紙為北大重新制作了雕塑，并向北大提出后又按照更改后的圖紙為北大重新制作了雕塑，并向北大提出支付第二次制作雕塑的成本費用，但北大拒絕了這項要求。世支付第二次制作雕塑的成本費用，但北大拒絕了這項要求。世紀盛典公司遂將北京大學起訴到法院。紀盛典公司遂將北京大學起訴到法院。請思考：請思考：1.1.組成組成dnadna的基本單位是什么？的基本單位是什么？2.2.這些基本單位又是如何連接形成雙螺旋結構的呢？這些基本單位又是如何連接形成雙螺旋結構的呢？課課 時時 目目 標標 探探 究究 點點 理理解解 1.1.概述概述dnadna分子結構分子結構的主要特點的主要特點 分析分析dnadna

3、分子的結構及特性分子的結構及特性根據堿基互補配對原則進行相關計算根據堿基互補配對原則進行相關計算 識識記記 2.dna2.dna雙螺旋結構模型的構建雙螺旋結構模型的構建 主題一主題一 dnadna雙螺旋結構模型的構建雙螺旋結構模型的構建1.1.構建者構建者:_:_沃森和克里克沃森和克里克2.2.構建過程構建過程dnadna衍射衍射a a、g g、c c、t t螺旋螺旋堿基堿基磷酸磷酸脫氧核糖骨架脫氧核糖骨架堿基堿基a=ta=tg=cg=ca a與與t tg g與與c c【判一判【判一判】(1)dna(1)dna分子由四種脫氧核苷酸組成，這四種脫氧核苷酸含有的分子由四種脫氧核苷酸組成，這四種脫氧

4、核苷酸含有的堿基是堿基是a a、u u、c c、g g。( )( )【分析【分析】脫氧核苷酸含有的堿基種類是脫氧核苷酸含有的堿基種類是a a、t t、c c、g g，u u是組成是組成rnarna的堿基。的堿基。(2)at(2)at堿基對和堿基對和gcgc堿基對具有相同的形狀和直徑，使堿基對具有相同的形狀和直徑，使dnadna分分子具有穩定的直徑。子具有穩定的直徑。( )( )【分析【分析】沃森和克里克從別的科學家那里得到沃森和克里克從別的科學家那里得到a=ta=t、g=cg=c這一信這一信息后，讓息后，讓a a與與t t配對，配對，g g與與c c配對，結果發現：配對，結果發現：a-ta-t

5、堿基對和堿基對和g-cg-c堿堿基對具有相同的形狀和直徑，這種配對方式使基對具有相同的形狀和直徑，這種配對方式使dnadna分子具有更分子具有更穩定的直徑。穩定的直徑。 1.1.構建依據構建依據沃森和克里克利用了其他科學家的哪些經驗和成果？沃森和克里克利用了其他科學家的哪些經驗和成果？提示：提示：(1)(1)當時科學界已發現的證據；當時科學界已發現的證據；(2)(2)英國科學家威爾金斯和富蘭克林提供英國科學家威爾金斯和富蘭克林提供dnadna的的x x射線衍射圖譜；射線衍射圖譜；(3)(3)奧地利著名生物化學家查哥夫的研究成果。奧地利著名生物化學家查哥夫的研究成果。 2.2.出現的問題及解決的

6、方法出現的問題及解決的方法沃森和克里克在構建模型的過程中出現過哪些錯誤？討論交流沃森和克里克在構建模型的過程中出現過哪些錯誤？討論交流他們是如何對待和糾正這些錯誤的？他們是如何對待和糾正這些錯誤的？提示：提示：(1)(1)他們最初將堿基置于螺旋的外部，但后來這一模型他們最初將堿基置于螺旋的外部，但后來這一模型被否定了。在失敗面前，他們沒有氣餒，又重新建立了新的模被否定了。在失敗面前，他們沒有氣餒，又重新建立了新的模型。型。(2)(2)他們又重新構建的結構模型中，連接雙鏈結構的堿基之間他們又重新構建的結構模型中，連接雙鏈結構的堿基之間是以相同堿基進行配對的，在別人的建議及幫助下，他們構建是以相同

7、堿基進行配對的，在別人的建議及幫助下，他們構建了正確的了正確的dnadna模型。模型。 【拓展延伸【拓展延伸】dnadna雙螺旋結構模型的構建需注意的問題雙螺旋結構模型的構建需注意的問題(1)(1)制作磷酸、堿基和脫氧核糖時，注意分子的大小比例以及制作磷酸、堿基和脫氧核糖時，注意分子的大小比例以及形態設計及連接方式。形態設計及連接方式。(2)(2)按照結構層次由小到大、從簡單到復雜依次完成。按照結構層次由小到大、從簡單到復雜依次完成。(3)(3)兩條長鏈中的脫氧核苷酸的個數必須相同，且并排以保證兩條長鏈中的脫氧核苷酸的個數必須相同，且并排以保證堿基之間能夠配對。堿基之間能夠配對。【典題訓練【典

8、題訓練】在制作在制作dnadna雙螺旋結構模型時，如圖為兩個脫氧核雙螺旋結構模型時，如圖為兩個脫氧核苷酸的模型，其中圓圈代表磷酸，下列說法正確的是苷酸的模型，其中圓圈代表磷酸，下列說法正確的是( )( ) a.a.方形可能代表方形可能代表a a、t t、c c、u u四種含氮堿基四種含氮堿基b.b.兩個圓圈可用曲別針兩個圓圈可用曲別針( (代表化學鍵代表化學鍵) )連接，以形成連接，以形成dnadna的單鏈的單鏈c.c.曲別針曲別針( (代表化學鍵代表化學鍵) )應該連接在一個核苷酸的五邊形和另一個應該連接在一個核苷酸的五邊形和另一個核苷酸的圓圈上核苷酸的圓圈上d.d.如果兩個脫氧核苷酸分別位

9、于鏈的兩側，兩個模型方向相同如果兩個脫氧核苷酸分別位于鏈的兩側，兩個模型方向相同 【解題指南【解題指南】解答本題注意以下兩點：結合必修解答本題注意以下兩點：結合必修1 1的相關內容，的相關內容，熟悉脫氧核苷酸的結構；脫氧核苷酸之間的連接方式。熟悉脫氧核苷酸的結構；脫氧核苷酸之間的連接方式。【解析【解析】選選c c。方形代表含氮堿基，在。方形代表含氮堿基，在dnadna中有中有a a、t t、c c、g g四種，四種，沒有沒有u u，a a錯誤；錯誤；dnadna中一個核苷酸的五邊形和另一個核苷酸的中一個核苷酸的五邊形和另一個核苷酸的圓圈相連接以形成圓圈相連接以形成dnadna單鏈，而不是兩個圓

10、圈之間，單鏈，而不是兩個圓圈之間，b b錯誤、錯誤、c c正確；兩條正確；兩條dnadna單鏈的位置關系應為反向平行，單鏈的位置關系應為反向平行，d d錯誤。錯誤。 【變式訓練【變式訓練】下列關于下列關于dnadna分子模型構建的敘述中，錯誤的分子模型構建的敘述中，錯誤的是是( )( )a.a.富蘭克林的富蘭克林的dnadna衍射圖譜為模型的構建提供了重要依據衍射圖譜為模型的構建提供了重要依據b.b.根據根據dnadna衍射圖譜，沃森和克里克推算出衍射圖譜，沃森和克里克推算出dnadna分子呈螺旋結構分子呈螺旋結構c.c.沃森和克里克最初構建的雙螺旋結構中，認為磷酸和脫氧核糖沃森和克里克最初構

11、建的雙螺旋結構中，認為磷酸和脫氧核糖排列在外部，堿基安排在內部，且排列在外部，堿基安排在內部，且a a與與t t配對，配對，g g與與c c配對配對d.dnad.dna分子是以四種脫氧核苷酸為單位形成的分子是以四種脫氧核苷酸為單位形成的【解析【解析】選選c c。對于。對于dnadna結構認識經過的歷程是：基本單位是四種結構認識經過的歷程是：基本單位是四種脫氧核苷酸脫氧核苷酸構成脫氧核苷酸鏈構成脫氧核苷酸鏈兩條脫氧核苷酸鏈螺旋成兩條脫氧核苷酸鏈螺旋成dnadna。在這個認識過程中，起初并不是知道在這個認識過程中，起初并不是知道a a一定與一定與t t配對，配對，g g一定與一定與c c配配對。對

12、。 主題二主題二 dnadna分子的結構分子的結構通過上圖可以觀察通過上圖可以觀察dnadna的結構特點：的結構特點：(1)(1)主體結構：主體結構：dnadna分子是由分子是由_(_(填序號填序號) )組成的，它們是按組成的，它們是按_方式盤旋成方式盤旋成_。(2)(2)內部結構：內部結構：dnadna分子中的分子中的_和和_交替連接，交替連接，排列在外側，構成基本骨架；排列在外側，構成基本骨架；和和兩種兩種_排列在內側。排列在內側。(3)(3)堿基配對：兩條鏈上的堿基通過堿基配對：兩條鏈上的堿基通過_連接成堿基對，連接成堿基對，并且遵循并且遵循_、_配對，稱之為配對，稱之為_原則。原則。

13、反向平行反向平行雙螺旋結構雙螺旋結構脫氧核糖脫氧核糖磷酸磷酸堿基堿基氫鍵氫鍵a-ta-tg-cg-c堿基互補配對堿基互補配對【記一記【記一記】巧記巧記dnadna分子的組成及結構分子的組成及結構五種元素：五種元素：c c、h h、o o、n n、p p；四種堿基：四種堿基：a a、g g、c c、t t，相應的有四種脫氧核苷酸；，相應的有四種脫氧核苷酸；三種物質：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基；三種物質：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基；兩條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈；兩條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈；一種螺旋：規則的雙螺旋結構。一種螺旋：規則的雙螺旋結構。 1.1.分析分析dnadna分子的結構

14、及特性分子的結構及特性 據圖思考下列問題：據圖思考下列問題：(1)(1)請寫出請寫出和和兩個堿基的名稱，并敘述判斷的理由。兩個堿基的名稱，并敘述判斷的理由。提示：提示：是胸腺嘧啶是胸腺嘧啶(t)(t)，是胞嘧啶是胞嘧啶(c)(c)，因為在，因為在dnadna分子中分子中a a總是與總是與t t配對，配對，g g總是與總是與c c配對。配對。 (2)(2)請寫出請寫出這對堿基對，并敘述判斷的理由。這對堿基對，并敘述判斷的理由。提示：提示：該堿基對是該堿基對是g gc(c(或或c cg)g)，因為這對堿基對之間有三個，因為這對堿基對之間有三個氫鍵。氫鍵。(3)(3)根據平面圖簡述根據平面圖簡述“反

15、向平行反向平行”中中“反向反向”的含義。的含義。提示：提示：從圖中可以看出，一條鏈一端是游離的磷酸，另一端是從圖中可以看出，一條鏈一端是游離的磷酸，另一端是脫氧核糖，但另一條鏈的磷酸和脫氧核糖位置正好與該條鏈相脫氧核糖，但另一條鏈的磷酸和脫氧核糖位置正好與該條鏈相反。反。 (4)(4)哪些因素使得哪些因素使得dnadna分子具有較強的穩定性？分子具有較強的穩定性？提示：提示：有穩定的基本骨架有穩定的基本骨架磷酸與脫氧核糖交替連接；磷酸與脫氧核糖交替連接；堿基對在內，且堿基對之間具有氫鍵；堿基對在內，且堿基對之間具有氫鍵；兩條鏈反向平行構成穩定的雙螺旋結構。兩條鏈反向平行構成穩定的雙螺旋結構。

16、【精講點撥【精講點撥】dnadna分子的特點及特性分子的特點及特性(1)dna(1)dna分子的特點可以總結為：反向平行成螺旋、骨架在外堿分子的特點可以總結為：反向平行成螺旋、骨架在外堿基連、基連、a at t、g gc c配對不會亂。配對不會亂。(2)dna(2)dna分子的特性：螺旋結構不易變分子的特性：螺旋結構不易變( (穩定性穩定性) )、堿基序列多樣、堿基序列多樣化化( (多樣性多樣性) )、特定、特定dnadna序列有一種序列有一種( (特異性特異性) )。 2.2.根據堿基互補配對原則進行相關計算根據堿基互補配對原則進行相關計算(1)(1)思考在所有的雙鏈思考在所有的雙鏈dnad

17、na分子中，分子中，(a+g)/(c+t)(a+g)/(c+t)的值是否相同？的值是否相同？在在dnadna分子的一條單鏈中是否存在這樣的規律？分子的一條單鏈中是否存在這樣的規律？提示：提示：相同。在整個雙鏈相同。在整個雙鏈dnadna分子中，由于分子中，由于a=ta=t，g=cg=c，所以嘌，所以嘌呤數等于嘧啶數，即呤數等于嘧啶數，即a+g=c+ta+g=c+t，可得，可得(a+g)/(c+t)=1(a+g)/(c+t)=1，因此在所，因此在所有的雙鏈有的雙鏈dnadna分子中分子中(a+g)/(c+t)(a+g)/(c+t)的值相同。在的值相同。在dnadna分子的一條分子的一條單鏈中，單

18、鏈中，a a的數目不一定等于的數目不一定等于t t的數目，的數目，c c的數目不一定等于的數目不一定等于g g的的數目，所以在數目，所以在dnadna分子的一條單鏈中分子的一條單鏈中(a+g)/(c+t)(a+g)/(c+t)的值不一定相的值不一定相同。同。 (2)(2)如果如果dnadna一條鏈中的一條鏈中的(a(a1 1+t+t1 1)/(g)/(g1 1+c+c1 1)=a)=a，那么另一條鏈中的，那么另一條鏈中的(a(a2 2+t+t2 2)/(g)/(g2 2+c+c2 2) )是多少？該是多少？該dnadna分子中分子中(a+t)/(g+c)(a+t)/(g+c)是多少是多少? ?

19、請請闡明原因。闡明原因。提示：提示：(1)(a(1)(a2 2+t+t2 2)/(g)/(g2 2+c+c2 2)=a)=a。根據堿基互補配對原則，。根據堿基互補配對原則， a a1 1=t=t2 2、 t t1 1=a=a2 2 、g g1 1=c=c2 2、 c c1 1=g=g2 2，所以由，所以由(a(a1 1+t+t1 1)/(g)/(g1 1+c+c1 1)=a)=a，可知，可知(a(a2 2+t+t2 2)/(g)/(g2 2+c+c2 2)=a)=a；(2)(a+t)/(g+c)=a(2)(a+t)/(g+c)=a。 因為因為(a+t)/(g+c)=(a(a+t)/(g+c)=

20、(a1 1+ a+ a2 2+t+t1 1+t+t2 2)/(g)/(g1 1+ + g g2 2+c+c1 1+ c+ c2 2)=2(a)=2(a1 1+t+t1 1)/2(g)/2(g1 1+c+c1 1)=a)=a。 【規律方法【規律方法】簡圖法巧解堿基計算問題簡圖法巧解堿基計算問題(1)(1)畫示意圖：畫示意圖：(2)(2)設定堿基個數：設定堿基個數：可將可將dnadna兩條單鏈的堿基數設定為兩條單鏈的堿基數設定為100100， dnadna堿基總數為堿基總數為200200，避免堿基比例轉化帶來的計算麻煩。避免堿基比例轉化帶來的計算麻煩。(3)(3)標出堿基個數：標出堿基個數：根據題

21、意直接在圖中標出各堿基的個數。根據題意直接在圖中標出各堿基的個數。(4)(4)計算堿基個數或比例。計算堿基個數或比例。 dnadna中的堿基計算規律中的堿基計算規律(1)(1)不互補堿基之和計算規律：不互補堿基之和計算規律：任意兩個不互補堿基之和恒等且各占任意兩個不互補堿基之和恒等且各占dnadna總堿基數的總堿基數的50%50%，即，即a+g=t+c=a+c=t+g=50%a+g=t+c=a+c=t+g=50%總堿基數；總堿基數；一條鏈中兩不互補堿基之和的比值等于另一互補鏈中這一比一條鏈中兩不互補堿基之和的比值等于另一互補鏈中這一比值的倒數。值的倒數。即：即： ，則，則 ； ，則則 。 11

22、11agntc2222ag1tcn1111acngt2222ac1gtn(2)(2)互補堿基之和計算規律：互補堿基之和計算規律：雙鏈雙鏈dnadna分子中分子中(a+t)/(g+c)(a+t)/(g+c)等于其中任何一條鏈的等于其中任何一條鏈的(a+t)/(g+c)(a+t)/(g+c)，即：，即： 。在在dnadna分子中一條鏈的分子中一條鏈的a+ta+t的和占該鏈堿基比例等于另一條鏈的和占該鏈堿基比例等于另一條鏈中中a+ta+t的和占該鏈堿基比例，還等于雙鏈的和占該鏈堿基比例，還等于雙鏈dnadna分子中分子中a+ta+t的和占的和占整個整個dnadna分子的堿基比例。即：分子的堿基比例。

23、即：11221122atatatnnngcgcgc，112211112222atatatatgcatgcatgc【典題訓練【典題訓練】(2012(2012臨沂高一檢測臨沂高一檢測) )下圖為某同學在學習下圖為某同學在學習dnadna的的結構后畫的含有兩個堿基對的結構后畫的含有兩個堿基對的dnadna片段片段( (其中其中代表磷酸基團代表磷酸基團) )，下列為幾位同學對此圖的評價，其中正確的是下列為幾位同學對此圖的評價，其中正確的是( )( )a a甲說：該圖沒有什么物質和結構上的錯誤甲說：該圖沒有什么物質和結構上的錯誤b b乙說：該圖有一處錯誤，就是乙說：該圖有一處錯誤，就是u u應改為應改為

24、t tc c丙說：該圖有三處錯誤，其中核糖應改為脫氧核糖丙說：該圖有三處錯誤，其中核糖應改為脫氧核糖d d丁說：如果說他畫的是丁說：如果說他畫的是rnarna雙鏈則該圖就是正確的雙鏈則該圖就是正確的 【解題指南【解題指南】解答本題的關鍵是從解答本題的關鍵是從dnadna分子的組成單位和各單分子的組成單位和各單位之間連接的方式入手進行分析，結合圖示找出其中的錯誤。位之間連接的方式入手進行分析，結合圖示找出其中的錯誤。【解析【解析】選選c c。圖中有三處錯誤，錯誤一：組成。圖中有三處錯誤，錯誤一：組成dnadna的五碳糖應的五碳糖應該是脫氧核糖，所以圖中的核糖應改為脫氧核糖；錯誤二：堿該是脫氧核糖，所以圖中的核糖應改為脫氧核糖；錯誤二：堿基應為基應為a a、t t、g g、c c四種，其中圖中的四種，其中圖中的u u應改為應改為t t；錯誤三：單鏈；錯誤三：單鏈中脫氧核苷酸之間的連接形式不應該是磷酸與磷酸之間，而是中脫氧核苷酸之間的連接