脱氧核糖结构图

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3．脱氧核糖核苷酸种类 脱氧核糖核苷酸的含氮碱基有四种，分别是： 腺嘌呤(A)、 鸟嘌呤(G)、 胸腺嘧啶(T) 和 胞嘧啶(C) 。因此脱氧核糖核苷酸也有 四 种。 二、DNA双螺旋结构 1．提出者： 沃森和克里克 。 2．结构特点 (1)由两条脱氧核糖核苷酸 长链，按反向平行方式向右盘绕成双螺旋结构。
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(2)结构
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3．DNA分子的特点 (1)稳定性：DNA分子呈现 右手双螺旋结构 。 (2)多样性：碱基对的 排列方法 在理论上几乎是无限的。 (3)特异性：碱基对的 特定排列顺序 构成了DNA分子的特异性。
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[合作探讨] 探讨1：一分子DNA中，脱氧核糖核苷酸的数量与含氮碱基的数量是否相 等？ 提示：相等，因一分子脱氧核糖核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一 分子含氮碱基组成。 探讨2：DNA彻底水解会得到几种物质？
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(1)每个DNA片段中有2个游离的磷酸基团，各在两条链的其中一端。 (2)氢键数目计算：A与T间可构成2个氢键，G与C间可形成3个氢键，故G—C 对比例越大的DNA分子，其氢键数目越多，DNA分子越稳定。 (3)氢键：可用解旋酶和加热法将其断裂。
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3．DNA分子中碱基计算常用规律
A1＋T1＝A2＋T2，G1＋C1＝G2＋C2(1、2分别代表DNA分子的两条链，下同)。 规律4：一条链中互补的两种碱基数量之和占该单链碱基数的比例等于DNA
分子两条链中这两种碱基数量之和占总碱基数的比例，即
A1＋T1 A1＋T1＋G1＋C1

假定某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子 质量为a，若将其长期培养在含15N的培养 基中，便得到含15N的DNA，相对分子质 量为b。现将含15N的DNA大肠杆菌再培养 在含14N的培养基中，那么子二代DNA的 相对分子质量平均为（ B ） A (a+b)/2 C (2a+3b)/2 B (3a+b)/4 D (a+3b)/4
“点－－线－－面－－体”
（2）立体结构：规则的双螺旋结构
主链（外侧） 碱基对（内侧）
Ｇ、Ｃ含量 脱氧核糖与磷酸交替连 碱基之间以氢键连接 越高的ＤＮ 接，构成基本骨架。 Ａ分子，稳 定性越高。 两条链反向平行 碱基互补配对： A T C G 盘旋成双螺旋结构 碱基对平面之间平行
（3）DNA分子的特性：
4. 分析一个双链DNA分子中，发现30% 的脱氧核苷酸是腺嘌呤脱氧核苷酸，由 此可知该分子一条链上鸟嘌呤含量的最 大值可占此链碱基总数的（ C ）
A 20%
B 30%
C 40%
D 70%
DNA分子的复制
① 概念：以亲代DNA分
子为模板，合成子代 DNA分子的过程。
② 时间：有丝分裂间期
和减数分裂间期。
染色体是DNA的 染色体 主要载体
每个染色体上有一 个DNA分子
DNA是主要的 遗传物质 基因是有遗传效应 的DNA片断 基因中的脱氧核苷 酸排列顺序代表着 遗传信息
DNA
每个DNA分子 上有许多基因 每个基因由许多 脱氧核苷酸组成
基因
脱氧核苷 酸
重点应用——碱基互补配对
• 双链DNA分子
• 规律一：A=T、G=C。 • A+G=T+C或A+C=T+G=总碱基数一半 • A+G/T+C比值为1，鉴定DNA为单链/双链

第二章
核酸的结构与功能
❖ 1868年，瑞士外科医生Fridrich从外科手术绷带上的脓细胞的细 胞核中分离出一种溶于碱而不溶于酸的酸性有机化合物，其分子 中含磷2.5%、含氮14%，该物质被命名为核酸。
❖ 根据核酸分子中所含戊糖的差别： （一）脱氧核糖核酸（DNA）:主要存在于细胞核中（真核细胞的 线粒体中也存在不少量的DNA），携带着决定个体基因型的遗传信 息，是遗传信息的贮存和携带者； （二）核糖核酸（RNA）:主要存在于细胞核和细胞质中，参与细
比DNA复制得多，这与它的功能多样化密切相关。
一、mRNA是蛋白质合成中的模板
❖ 1960年，Jacob 和 Monod 等人用放射性核素示踪实验证实： 一类大小不同的RNA才是细胞内合成蛋白质的真正模板，于 1961年首先提出了信使RNA（mRNA）这个概念。
❖ 在各种RNA分子中，mRNA约占细胞内RNA总量的2～5%，种类 最多，分子大小相差很大；
N H
❖DN生称AN物为稀体有的D碱N基A8 N和79NH。RN45 AN36分12 子N 中NH2还含有一些65含1N4 3量2N 很O 少H的3C碱基65 1，N4 32
N
O
鸟嘌呤
RNA
胞嘧啶
胸腺嘧啶
5´
HOCH2
4´ H
OH O
H 1´
H
H
3´
2´
OH OH
β-D-核糖（构成RNA）
5´
HOCH2
遗传的相对稳定性，又可发生各种重组和突变，适应环境的 变迁，为自然选R型择细提菌供：无机毒会型。肺炎球菌
S型细菌：有毒型肺炎球菌
肺炎球菌转化实验
第三节
RNA 的结构与功能
❖ RNA和蛋白质共同担负着基因的表达和表达调控功能。 ❖ RNA通常以单链形式存在，但可通过链内的碱基配对形成

如果碱基被修饰了，如腺嘌呤的6-氨基上的氢原子被甲基取代或胞嘧啶的5位甲基化了,原来能裂解这个核苷酸顺序的限制性核酸内切酶就不能再作用于这个修饰过的DNA。因此，如果细菌本身的DNA是修饰过的（甲基化），则限制性核酸内切酶对自身DNA不起作用,当外来DNA（未修饰过的）进入细菌体内,限制性核酸内切酸可将其降解，这样对自身就起到了保护作用。
大小和形状 最小的如病毒和噬菌体DNA，分子量d也在百万以上，大肠杆菌的DNA分子量为2.5×109,人的DNA为1.5×1012。DNA的大小还可以所含碱基对数目和分子长度来表示，如猴肾病毒40的DNA含有5100碱基对,其分子长为1.7微米,即长度为1微米的DNA相当于3000碱基对,其分子量为3000×660或2×106（每一碱基对分子量以660计）。
变性和复性 使刚性的DNA双链解开成易于柔折的单链的现象叫做变性。凡能破坏氢键和改变堆集碱基的疏水性的试剂和条件，都能使DNA变性,如尿素、甲酰胺等试剂，酸或碱，以及加热等。随着变性,DNA出现一系列性质的变化，如紫外光吸收的增加即增色效应，旋光的减低，粘度的下降，沉降速度增加，浮力密度上升等。由于GC之间可以形成3个氢键，AT之间只能形成2个氢键，所以DNA分子中G+C的克分子含量愈高，变性愈难。利用DNA变性后的增色效应研究变性过程是最常用的手段。以温度对紫外光吸收作图得一S形曲线，在一个相当窄的温度范围内，增色效应有一个跳跃，类似于结晶的融化。使50％的DNA变性的温度就叫做DNA的融点，通常写作Tm。Tm的高低和DNA分子中G+C的克分子含量有关，可由下式表示：(G+C)％＝( Tm-69.3)×2.44％
重组体DNA是20世纪70年代才开展起来的研究。短短10年利用这个方法已经生产了许多多肽和蛋白质激素、酶制剂、疫苗、干扰素、抗生素等。

双螺旋解开放大
TA GC CG AT GC CG TA GG C
DNA片段的立体结构模式图
DNA片段的平面结构模式图
二、DNA的结构
5'
胸腺嘧啶脱氧核苷酸 磷酸二酯键 鸟嘌呤脱氧核苷酸
3'
TA GC CG AT GC CG TA GG C
3'
一条脱氧核苷酸链片段
DNA分子中 磷酸 = 脱氧核糖 = 含氮碱基
C-G间：3个
单链中相邻碱基：通过脱氧 核糖一磷酸一脱氧核糖连接
氢键越多，结合力越强。G和C的含 量越多，DNA的结构稳定性越强。
特点：(3)两条链上的碱基通过氢键连
接成碱基对，并且碱基配对具有一定
规律：A一定与T配对，G一定与C配
对。碱基之间的这种一一对应的关系，
叫作碱基互补配对原则。
5'
特点
DNA分子的稳定性
五、巩固练习
2. 书本P52页 在含有4种碱基的DNA片段中，腺嘌呤有a个，占该 区段全部碱基的比例为b，则（ C ） A.b≤0.5 B.b≥0.5 C.胞嘧啶为a（1/2b-1）个 D.胞嘧啶为b（1/2b-1）个
预告
制作DNA双螺旋结构模型比赛
时间：半期考后一周 材料用具：曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等 常用物品，都可用作模型制作的材料。不可以网上直接购买模型。
腺嘌呤脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
一、DNA双螺旋结构模型的构建
脱氧核苷酸如何形成DNA分子呢？
一、DNA双螺旋结构模型的构建
资料2： 1951年，波林（1954年诺贝尔化学奖
得主），发现蛋白质的长链结构。由此启 发：DNA是由许多个 脱氧核苷酸 连 接而成的 长链 。

4
4
2.核酸的功能:课文P26
核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生 物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中 具有极其重要的作用。
3.核酸的分布：
真核生物细胞中：DNA主要分布在细胞核，少量分 布在线粒体和叶绿体中；RNA主要分布在细胞质。 原核生物细胞中：DNA分布在拟核区域； RNA分布在细胞质。
甲基绿、吡罗红混合染色剂将细胞染色，可以显示DNA和 RNA在细胞中的分布。
2.盐酸能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，同
时使染色体中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂 结合。
4、“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验：
1.取口腔上皮细胞 （1）在洁净的载玻片上，滴一滴质量分数为 0.9%的 NaCl
（1）原理：? （2）实验材料：?
选颜色浅的植物细胞（如不选叶肉细胞）的原因：
防止深颜色对颜色反应的干扰。
注意：甲基绿和吡罗红要混合使用。
（3）实验步骤：5步
0.9%Nacl溶液的作用？ 保持细胞的正常形态。 烘干的目的：？
使细胞粘在载玻片上防止水解 时从载玻片上掉下来，也防止 冲洗时被冲掉。
用蒸馏水的缓水流冲洗载玻片10秒的目的：？ 去盐酸 观察：低倍镜：选染色均匀、色泽浅的区域，移到 视野中央； 高倍镜：观察细胞核，细胞质的染色情况
2014年3月1日山西晋济高速隧道燃爆事故造成31人死亡， 另有9失踪，遇难者遗体有的通过DNA鉴定身份；有的高 度碳化，已无法确认身份，需通过车牌号以及同车人员 信息确认身份。为什么能通过DNA鉴定死者身份？
第3节 遗传信息的携带者—核酸
核酸是高分子化合物，分子量从几十万至几百万。
P
核苷酸
P
五碳糖

的内涵 和外延 。
的基 础 ， 提高概念教学有效性 ， 关键是让 学生真 正明 白 概念的内涵和外延 ， 区分相 似概 念 ， 归纳 相关 概念 ， 并 最终 建立起 自己的概念体 系。
基酸结 构通式 及其特点。
１ ． ４ 应用球 棍模 型 ， 体验氨基酸的 空间结构 在学 生
后核苷 中的戊糖 与磷 酸之 间再脱 水缩合 ， 生成 的化合 物就是核苷酸 ［ 。核糖核苷酸 和脱 氧核糖核 苷酸 （ 图
７ ） 的结构式为 ：
Ｈ
初步掌握 了氨基酸 的结 构通式后 ， 教师有 必要 在课 堂
与主链碳 原 子相 连 ， 还是 氮 原子 与 主链碳 原 子 相 连。
图 ６ 核糖核苷 （ 左） 和脱氧核糖 核苷（ 右） 的结构式
脱水缩合时 ， 戊糖 脱去 羟基 、 含氮 碱基 脱氢 ， 形成 的化学键 叫做糖 苷键 （ 糖 苷键 不 需 要学 生 了解 ） 。然
结果将导致学生思 维混乱 ， 部 分学 生不能 准确认 识 氨
∞ ∞
面 的细节 ， 随意将氨基酸通式写成不同的形式 ， 尽 管有
时写法是正确 的 ， 但会对学生造成诸多理解上 的困难 。 例如①学 生通过 简式无法 回答 出“ 氨基 和羧 基连 接在
同一个碳原子上 ” ； ② 学生不 知道 哪些 共价 键该 写 出 ，
哪些共价键 可 以不 写 ； ③学 生不 理解氨 基 中是氢 原子
生 物学 教学 ２ ０ １ ３ 年（ 第３ ８ 卷） 第６ 期
・
１ ９・
高 中生物 学 概 念 教 学初 探
孙瑞芳 （ 广 东 省 梅 州 市 梅 江 区 嘉 应 中 学５ １ ４ ０ ０ ０ ）
摘 要 本文针对影响学生形成 正确生物学概念 的原 因和提高生物学概念教学有效性等方面阐述 了高效生物学 概念教学 的具 体 有效性

核酸的结构和功能
脱氧核糖核酸 简称DNA
核糖核酸 简称RNA
二、核酸的功能 核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生 物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中 具有极重要的作用。
三、核酸在细胞中的分布：
核酸存在于所有的细胞中，它们在细胞中 是如何分布的？
Hale Waihona Puke 观察DNA和RNA在细胞中的分布
实验原理：
甲基绿与吡罗红两种染色剂对DNA和RNA的亲
人体内的DNA有30亿个碱基对 430000000000≈1018亿种排列方式
A C A
T G T
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
A
C G A G
T
G C T C
长链中的碱基对的排列 顺序是千变万化的 →DNA分子的多样性
碱基的特定的排列顺序 →构成每一个DNA分子 的特异性
归纳
具 细 胞 结 构 生 物 非细 胞结 构 生物
C 、 H、 O、 N、 P
核苷酸 DNA：双螺旋 RNA：单链 核苷酸排列顺序 细胞核内 遗传物质
合成场所
主要功能 相互关系
核糖体内 结构成分、调节代谢、 催化、运输、免疫等
核酸控制蛋白质的合成
RNA
构成
组 成
盘曲折叠
多肽链
脱水缩合
1条脱氧核糖 核苷酸长链
组 成
核苷酸
组 成
氨基酸 核糖核苷酸
组 成
脱氧核糖核苷酸
C、H、O、N等元素 C、H、O、N、P等元素
核酸与蛋白质的比较！ 蛋白质 基本元素 基本单位 分子结构 多样性 核酸
C 、 H、 O、 N
氨基酸 氨基酸→多肽链→空 间结构→蛋白质 氨基酸种类、数量、 排列顺序，空间结构

沃森和克里克:核酸的分子结构--脱氧核糖核酸的结构
1953年4月25日
我们拟提出脱氧核糖核酸（DNA）盐的一种结构。这种结构的崭新特点具有重要的生物学意义。鲍林和考瑞曾提出过一个核酸结构。他们在发表这一结构之前，欣然将手稿送给我们一阅。他们的模型包含磷酸接近纤维袖，碱基在外周的三条多核苷酸链。我们觉得这样的结构是不够满意的，其理由有二：（1）我们认为进行过X射线衍射分析的样品是DNA的盐而不是游离的酸。没有酸性氢原子，接近轴心并带负电的磷酸会相互排斥。在这样的条件下，究竟是什么力量把这种结构维系在一起，尚不清楚。（2）范德瓦尔力距似显太小。弗雷泽曾提出过另外一种三条多核苷酸链的结构（将出版）。在他的模型中，磷酸在外边，碱基在内部，并由氢键维系着。他描述的这种结构也不够完善，因此，我们将不予评论。我们拟提出一个完全不同的脱氧核糖核酸盐的结构。该结构具有绕同一轴心旋转的两条螺旋链（见图）。根据化学常识我们假定，每条链包括联结β-D-脱氧呋喃核糖的3',5'磷酸二酯键。两条链（不是它们的碱基）与纤维轴旋转对称垂直，并呈右手螺旋。由于旋转对称性，两条链的原子顺序方向相反。每条链都与弗尔伯格的第一号模型粗略地相似；即碱基在螺旋内部，磷酸在外边。糖的构型及其附近的原子与弗尔伯格“标准构型”相似，即糖和与其相联的碱基大致相垂直。每条链在z向每隔3.4埃有一个核苷酸。我们假定，同一条链中相邻核苷酸之间呈36度角，因此，一条链每10个核苷酸，即34埃出现一次螺旋重复。磷原子与纤维轴之间的距离为10埃。因为磷酸基团在螺旋的外部，正离子则易于接近它们。这个结构模型仍然有值得商榷之处，其含水量偏高，在含水量偏低的情况下，碱基倾斜，DNA的结构会更加紧凑些。这个结构的一个新特点就是通过嘌呤和嘧啶碱基将两条链联系在一起。碱基平面与纤维轴垂直。一条链的碱基与另一条链的碱基通过氢键联系起来形成碱基对。两条链肩并肩地沿共同的之向联系在一起。为了形成氢键，碱基对中必须一个是嘌呤，另一个是嘧啶。在碱基上形成氢键的位置为嘌呤的1位对嘧啶的1位；嘌呤的6位对嘧啶的6位。假定核酸结构中碱基仅以通常的互变异构形成（即酮式而非醇式构型）出现，则只能形成专一的碱基对。这些专一碱基对为：腺嘌呤（嘌呤）和胸腺嘧啶（嘧啶），鸟嘌呤（嘌呤）和胞嘧啶（嘧啶）。换言之。按照这种假设，如果一个碱基对中有一个腺嘌呤，在另一条链上则必然是胸腺嘧啶。同样地，一条链上是鸟嘌呤，另一条链上必是胞嘧啶。多核苷酸链的碱基顺序不受任何限制。因此，如果仅仅存在专一碱基对的话，那么，知道了一条链的碱基顺序，则另一条链的碱基顺序自然也就决定了。以前发表的关于脱氧核糖核酸的X射线资料，不足以严格验证我们提出的这种结构。至今，我们只能说它与实验资料粗略地相符合，但在没有用更加精确的结果检验以前，还不能说它已经得到了证明。在本文后面发表的一篇短文提供了一些精确的数据。但是，我们在搞出这个DNA结构以前，并不知道该文报告的详细结果。这个结构模型虽然不是完全地，但主要地是根据已发表的资料和立体化学原则建造起来的。我们当然注意到了，我们提出的专一碱基对直接地表明遗传物质的一种可能的复制机制。该结构的全部细节，包括建造模型的一些条件以及原子的同向性等问题将另行发表。我们非常感谢多纳休经常向我们提出建议和批评，特别是关于原子间距问题。我们也得到伦敦金氏学院威尔金斯博士、富兰克林博士及其同事们一些尚未发表的实验结果和思想的鼓舞。作者之一（沃森）由美国小儿麻痹症国家基金会（Natiortal Foundation for lnfantile Para1ysis，U.S.A。）奖学金资助。剑桥卡文迪什实验室，医学研究委员会生物分子结构研究单位，1953年4月2日。参考文献[1] Pauling，L.，and Corey，R.B.,Nature，171，346 （1953）．Proc.U.S．Nat.Acdd．Sci.，39，84 （1953）.[2] Furberg，S.，Acta.Chem Scand，6，634 （1952）。[3]Chargaff，E., for references see Zamenhof，S.,Brawerman，G.,and Chargaff，E.,Biochim。 Biophys, Acta，9，402 （1952）。[4]Wyatt，G.R.，J.Gen.Physiol，36，201（1952）。[5]〕Astbury，W.T.,Symp. Soc. Exp．BiOl.,l，Nucleic Acid,66（Camb.Univ.press，1947）.[6]Wilkins，M.H.F．，and Randall，T.T.，Biochim，Biophys。 Acta. 10，192（1953）.