生物化学DNA的分子结构
分子生物学2-7章作业及答案
第二章一、名词解释1、DNA的一级结构：四种脱氧核苷酸按照一定的排列顺序以3’，5’磷酸二酯键相连形成的直线或环状多聚体，即四种脱氧核苷酸的连接及排列顺序。
2、DNA的二级结构：DNA两条多核苷酸链反向平行盘绕而成的双螺旋结构.3、DNA的三级结构：DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。
4、DNA超螺旋:DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构，是DNA结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类。
按DNA双螺旋的相反方向缠绕而成的超螺旋成为负超螺旋，反之，则称为正超螺旋。
所有天然的超螺旋DNA均为负超螺旋。
5、DNA拓扑异构体：核苷酸数目相同，但连接数不同的核酸，称拓扑异构体6、DNA的变性与复性:变性（双链→单链）在某些理化因素作用下，氢键断裂，DNA双链解开成两条单链的过程。
复性(单链→双链）变性DNA在适当条件下，分开的两条单链分子按照碱基互补配对原则重新恢复天然的双螺旋构想的现象。
7、DNA的熔链温度（Tm值）：DNA加热变性时，紫外吸收达到最大值的一半时的温度，即DNA分子内50%的双链结构被解开成单链。
Tm值计算公式：Tm＝69.3+0.41（G+C）%；＜18bp的寡核苷酸的Tm计算：Tm＝4（G+C）+2（A+T）。
8、DNA退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火9、基因：编码一种功能蛋白或RNA分子所必需的全部DNA序列。
10、基因组：生物的单倍体细胞中的所有DNA，包括核DNA和线粒体、叶绿体等细胞器DNA11、C值：生物单倍体基因组中的全部DNA量称为C值12、C值矛盾：C值的大小与生物的复杂度和进化的地位并不一致，称为C值矛盾或C值悖论13、基因家族：一组功能相似、且核苷酸序列具有同源性的基因。
可能由某一共同祖先基因经重复和突变产生。
14、假基因：假基因是原始的、有活性的基因经突变而形成的、稳定的无活性的拷贝。
表示方法：Ψα1表示与α1相似的假基因15、转座：遗传可移动因子介导的物质的重排现象。
DNA的结构和功能
DNA的结构DNA（脱氧核糖核酸）是生物体内负责遗传信息传递的重要分子。
它具有特殊的结构，由双螺旋、碱基对和磷酸骨架组成。
双螺旋结构DNA的双螺旋结构是由两条互相缠绕的螺旋状链构成的。
这两条链以螺旋轴为中心相互螺旋缠绕，形成了一个类似于扭转的梯子结构。
这种结构使得DNA能够紧密地储存和保护遗传信息。
碱基对DNA的两条链通过碱基对相互连接。
碱基是DNA的基本组成单元，包括腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四种。
这四种碱基之间有特定的配对规则：腺嘌呤与胸腺嘧啶之间形成两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间形成三个氢键。
这种碱基的配对方式保证了DNA的稳定性和准确性。
磷酸骨架DNA的两条链由磷酸骨架连接在一起。
磷酸骨架是由磷酸基团和糖分子（脱氧核糖）交替组成的。
糖分子通过磷酸基团连接在一起，形成了链状结构。
这种磷酸骨架不仅赋予DNA稳定的结构，还参与了DNA的复制和转录过程。
DNA的结构对其功能起着重要的作用。
双螺旋结构使得DNA能够紧密地存储和传递遗传信息；碱基对的配对规则保证了DNA的准确复制和遗传的稳定性；磷酸骨架提供了DNA的结构支持和功能参与。
DNA的结构及其功能的研究对于理解生命的遗传机制、开展基因工程和生物技术等领域具有重要意义。
DNA的功能DNA（脱氧核糖核酸）是生物体内负责遗传信息传递的分子，具有多种重要功能，包括遗传信息传递、蛋白质合成和基因调控。
遗传信息传递DNA承载着生物体的遗传信息。
遗传信息是由DNA中特定的碱基序列编码而成的。
通过遗传信息传递，父代将其遗传信息传递给后代，决定了后代的遗传特征。
这种遗传信息的传递是通过DNA复制和细胞分裂过程实现的。
蛋白质合成DNA编码了生物体合成蛋白质所需的信息。
蛋白质是构成细胞和组织的基本组成部分，也是生物体内许多生物化学反应的催化剂。
蛋白质的合成过程称为蛋白质合成或翻译。
在这个过程中，DNA的遗传信息被转录成RNA（核糖核酸），然后通过翻译作用将RNA翻译成具体的氨基酸序列，最终合成特定的蛋白质。
DNA
编辑本段
发现历史
简史
最早分离出DNA的弗雷德里希·米歇尔是一名瑞士医生，他在1869年，从废弃绷带里所残留的脓液中，发现一些只有显微镜可观察的物质。由于这些物质位于细胞核中，因此米歇尔称之为“核素”（nuclein）。到了1919年，菲巴斯·利文进一步辨识出组成DNA的碱基、糖类以及磷酸核苷酸单元[3]，他认为DNA可能是许多核苷酸经由磷酸基团的联结，而串联在一起。不过他所提出概念中，DNA长链较短，且其中的碱基是以固定顺序重复排列。1937年，威廉·阿斯特伯里完成了第一张X光绕射图，阐明了DNA结构的规律性。
蛋白质的发现比核酸早30年，发展迅速。进入20世纪时，组成蛋白质的20种氨基酸中已有12种被发现，到1940年则全部被发现。
1902年，德国化学家费歇尔提出氨基酸之间以肽链相连接而形成蛋白质的理论，1917年他合成了由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18个肽的长链。于是，有的科学家设想，很可能是蛋白质在遗传中起主要作用。如果核酸参与遗传作用，也必然是与蛋白质连在一起的核蛋白在起作用。因此，那时生物界普遍倾向于认为蛋白质是遗传信息的载体。
编辑本段
理化性质
DNA是大分子高分子聚合物，DNA溶液为高分子溶液，具有很高的粘度，可被甲基绿染成绿色。DNA对紫外线有吸收作用，当核酸变性时，吸光值升高；当变性核酸可复性时，吸光值又会恢复到原来水平。温度、有机溶剂、酸碱度、尿素、酰胺等试剂都可以引起DNA分子变性，即使得DNA双键间的氢键断裂，双螺旋结构解开。
20世纪初，德国科赛尔（1853--1927）和他的两个学生琼斯（1865--1935）和列文（1869－－1940）的研究，弄清了核酸的基本化学结构，认为它是由许多核苷酸组成的大分子。核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。其中碱基有4种（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶），核糖有两种（核糖、脱氧核糖），因此把核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。
DNA的结构
DNA的结构DNA（脱氧核糖核酸）是构成生物体基因的重要物质。
它的结构组成和功能非常复杂，对于理解生物遗传和进化过程至关重要。
本文将介绍DNA的结构以及它在生物体内的作用。
DNA分子是由两条互补的链构成的双螺旋结构，类似于梯子的形状。
这种结构被称为DNA的“双螺旋结构”。
每条链由一系列称为核苷酸的单元组成。
核苷酸由三个基本部分组成：一个五碳糖分子（称为脱氧核糖），一个磷酸基团，以及一个氮碱基。
氮碱基有四种类型：腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。
这四种基于是DNA的信息存储的基础。
DNA的双螺旋结构是由两条互补的链通过氢键相互连接在一起。
A氮碱基会与T氮碱基形成两个氢键，而C和G氮碱基则会形成三个氢键。
这种碱基配对是稳定DNA螺旋结构的基础，它确保了两条链之间的互补性。
例如，如果一条链上有A氮碱基，那么与之配对的另一条链上必然会有T氮碱基。
DNA的结构还包括螺旋层面（包括糖和磷酸基团）以及碱基的平面。
DNA的螺旋层面是由两条链以反向方向缠绕形成的，并呈右旋形态。
这种结构使得DNA能够紧密地包裹起来，容纳巨大的数量的遗传信息。
DNA分子的长度可以长达数百万个核苷酸。
碱基平面则是垂直于螺旋层面的，它们是形成分子编码信息的关键。
DNA的结构也具有一定的空间结构。
碱基对之间的间距是固定的，从而确定了分子的宽度。
每条链上的相邻核苷酸之间的距离也是固定的。
这些固定的间隔和结构使得DNA能够在复制和转录过程中准确地进行。
DNA在生物体内具有多种功能。
最重要的功能是存储和传递遗传信息。
由于DNA的碱基配对规则以及双螺旋结构的复制方式，每一条DNA链都可以通过互补配对来复制。
这种复制过程使得生物体可以在细胞分裂过程中将遗传信息传递给下一代。
此外，DNA还能被转录成为RNA，RNA则能进一步翻译成蛋白质。
蛋白质是细胞和生物体功能的关键组成部分，它们通过为生物体提供结构、催化反应和传递信号等方式发挥作用。
DNA的结构
DNA的结构一、DNA的一级结构——碱基序列DNA的一级结构即是指四种核苷酸(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的排列顺序，通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸，由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，故又可称为碱基顺序。
【要点】：1、DNA中的碱基排列顺序构成了DNA的一级结构。
2、核苷酸之间的连接方式是：一个核苷酸的5′位磷酸与下一位核苷酸的3′-OH形成3′，5′磷酸二酯键，构成不分支的线性大分子。
3、DNA分子具有严格的方向性。
5′末端为游离磷酸基，3′末端为游离羟基（-OH）。
二、DNA的二级结构——双螺旋结构1、双螺旋结构模型（1）DNA是反向平行的互补双链结构①两条脱氧核苷酸链反向平行，一股链是5′→3′走向，另一股链是3′→5′走向。
②脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替连接位于双链外侧，形成DNA分子骨架③碱基通过碱基互补配对形成氢键，排列在内侧[氢键]：氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，若与电负性大、半径小的原子Y（OF N等）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。
X与Y可以是同一种类分子，如水分子之间的氢键；也可以是不同种类分子。
（2）DNA双链是右手螺旋结构①螺旋直径：2nm②螺距：3.4nm③螺旋一周包含：10对碱基④每对碱基旋转角度：36°⑤每对碱基平面距离：0.34nm⑥两股链之间在空间上形成一条大沟和一条小沟，这是蛋白质识别DNA的碱基序列，与其发生相互作用的基础。
（3）疏水力和氢键维系DNA双螺旋结构的稳定横向靠氢键，纵向靠碱基平面间的疏水堆积水。
从总能量意义上讲，碱基堆积力对于双螺旋结构的稳定性更重要。
总之，DNA的双螺旋结构永远处于动态平衡中。
[为啥我们的DNA是右手螺旋?]已知右旋的B型DNA是通常生理环境下最稳定的构象，在特殊状况下也存在左旋DNA如Z 型，但是这个特殊状况在生物体内很少。
生物化学DNA的结构
一、DNA的一级结构1.定义DNA是由成千上万个脱氧核糖核苷酸聚合而成的多聚脱氧核糖核酸。
它的一级结构是它的构件的组成及排列顺序，即碱基序列。
2.结构在DNA分子中，相邻核苷酸以3’，5’－磷酸二酯键连接构成长链，前一个核苷酸的3’－羟基与后一个核苷酸的5’－磷酸结合。
链中磷酸与糖交替排列构成脱氧核糖磷酸骨架，链的一端有自由的5’－磷酸基，称为5’端；另一端有自由3’－羟基，称为3’端。
在DNA中，每个脱氧核糖连接着碱基，碱基的特定序列携带着遗传信息。
3.书写书写DNA时，按从5’向3’方向从左向右进行，并在链端注明5’和3’，如5’pApGpCpTOH3’。
也可省略中间的磷酸，写成pAGCT。
这是文字式缩写。
还有线条式缩写，用竖线表示戊糖，1'在上，5'在下。
二、DNA的二级结构（一）双螺旋结构的建立DNA双螺旋结构的阐明，是本世纪最重大的自然科学成果之一。
在40年代，人们已经发现脱水DNA的密度很高，X射线衍射表明DNA中有0.34nm和3.4nm 的周期性结构。
1950年，Chargaff通过对碱基的分析发现了互补配对规律：在任何DNA中，A=T，G=C，所以有A+G=T+C。
1953年Watson和Crick根据Wilkins的DNAX-射线衍射数据和碱基组成规律，建立了DNA的双螺旋结构模型，从而揭开了现代分子生物学的序幕。
当年Watson只有24岁，在剑桥Cavendish实验室进修，他在美国时就认识到核酸的重要性，所以在大家都在研究蛋白质时致力于核酸研究，从而得到了划时代的成果。
Watson和Crick阐明的是B-DNA结晶的结构模型，与细胞内存在的DNA大体一致。
近年来又发现，局部DNA还可以其他双螺旋或三螺旋的形式存在。
（二）B-DNA双螺旋结构的要点1.基本结构DNA双螺旋是由两条反向、平行、互补的DNA链构成的右手双螺旋。
两条链的脱氧核糖磷酸骨架反向、平行地按右手螺旋走向，绕一个共同的轴盘旋在双螺旋的外侧，两条链的碱基一一对应互补配对，集中地平行排列在双螺旋的中央，碱基平面与轴垂直。
3.2 DNA分子的结构-高一生物同步课堂(人教版必修2)
3.2 DNA 分子的结构1.结合必修一有关核酸内容和下图完成下列填空（1）组成元素：五种元素。
（2）DNA基本组成单位：。
①分子组成：一个脱氧核苷酸是由一分子、一分子和一分子组成的。
②种类：4种(3)每个脱氧核苷酸之间通过键链接成脱氧核苷酸长链，DNA由条脱氧核苷酸链构成。
2. DNA双螺旋结构构建者：美国生物学家和英国物理学家。
3.DNA分子双螺旋结构主要特点：（1）DNA分子是由链组成，这两条链按方式盘旋成。
（2）DNA分子中的和交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；排列在内侧。
（3）两条链上的碱基通过连接成碱基对，且遵循原则，即A与配对，G与配对。
4. DNA分子结构特点：稳定性、多样性、特异性（1）稳定性①DNA分子中和交替连接排列在外侧，构成基本骨架不变。
②DNA分子双螺旋结构的中间碱基严格按照原则进行配对。
碱基之间形成，从而维持双螺旋结构的稳定。
（2）多样性：DNA分子中碱基对的排列顺序不同。
若DNA含有n个碱基对，则其可能有______种碱基对排①反向平行绕螺旋②骨架在外碱基内③碱基配对讲原则（A-T，C-G）A和T之间形成_____个氢键，C和G之间形成_____个氢键，所以DNA分子中C和G含量越多，DNA分子越_______。
列顺序（3）特异性：每种生物的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，所以每个特定的DNA分子中都贮存着特定的遗传信息。
1.结合必修一有关核酸内容和下图完成下列填空（1）组成元素：__C、H、O、N、P_五种元素。
（2）DNA基本组成单位：脱氧核苷酸。
①分子组成：一个脱氧核苷酸是由一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成的。
(3)每个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键键链接成脱氧核苷酸长链，DNA由2条脱氧核苷酸链构成。
2. DNA双螺旋结构构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
3.DNA分子双螺旋结构主要特点：（1）DNA分子是由2条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
高中生物dna分子的结构和复制的发现史
高中生物dna分子的结构和复制的发现史
DNA（脱氧核糖核酸）是生物体内含有遗传信息的分子，它的结构和复制过程的发现历史是一个充满着科学探索和发现的故事。
以下是关于DN A分子结构和复制的发现史的简要概述：
1.DNA分子结构的发现：
1869年，瑞士生物化学家弗里德里希·米歇尔斯首次提出了核酸的概念。
1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克在剑桥大学的实验室中提出了DNA的双螺旋结构模型。
这个模型是基于X射线衍射数据和罗莎琳德·富兰克林的工作。
1962年，詹姆斯·沃森、弗朗西斯·克里克和莫里斯·威尔金斯因他们在D NA结构研究中的贡献而获得了诺贝尔生理学或医学奖。
2.DNA复制的发现：
1958年，美国生物学家马修·梅塞尔森和弗兰克林·斯托尔提出了半保留复制的概念，即DNA分子的每条链作为模板用于合成新的DNA链。
1959年，美国生物学家亚瑟·科恩伯格和保罗·贝格在细菌中首次证明了DNA的复制是半保留的过程。
1960年代，研究人员进一步探索了DNA复制的详细机制，包括DNA 聚合酶等酶的作用。
这些科学家们的研究成果为我们揭示了DNA分子的结构和复制过程，为遗传学和分子生物学领域的发展奠定了基础。
他们的发现对于我们理解生命的遗传机制和DNA的重要性具有深远的影响。
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沃森
克里克
一、DNA分子结构的发现 二、DNA的一级结构
磷酸
脱氧核糖 碱基
脱氧核苷酸结构式
腺嘌呤 脱氧核苷酸
鸟嘌呤 脱氧核苷酸
胞嘧啶 脱氧核苷酸
胸腺嘧啶 脱氧核苷酸
A
G
C
T
5
P
43
P
5 4
3
P
543
2
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1
T
2 1
C
1
A
P 543 2
1
G
（1）定义：脱氧核苷酸的排列顺序，又称碱基序列 （2）意义：携带遗传信息
2019-nCoV
早发现 早隔离 早诊断 早治疗
诊断
核酸
核酸
DNA RNA
DNA的分子结构
一、DNA分子结构的发现
发 现
1953年，美国生物化学家沃 森和英国物理学家克里克提
出了DNA分子的双螺旋结构。
20世纪生命科学领域内最 意 伟大的发现之一，开创了 义
现代生命科学的新纪元。
1962
C
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A
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5′
多核苷酸链的方向性
3′
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一、DNA分子结构的发现 二、DNA的一级结构 三、DNA的二级结构
5′
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G C
T A
脱氧核糖
磷酸
A
G
T
C
AGC T AGT C G T CGA TCAGC
直径2nm
螺距3.4nm
疾病基因组 学应运而生
阐明临床疾病 的发病机制
给临床医学诊断和 治疗带来全新理念
基因治疗手段 应用于临床
B型构象
作业：
1.DNA分子的构想类型都有哪些？ 2.对比分析不同构象的结构特点。
RNA
下一讲
RNA的 分 子 构结0.34nm小沟
大沟
DNA双螺旋结构要点
1.反向平行的“右手”双螺旋 2.磷酸与脱氧核糖位于双螺旋外侧 3.碱基位于内侧，互补配对原则：A=T，G≡C 4.维持双螺旋结构稳定的作用力：氢键和碱基堆积力 5.双螺旋直径2nm，螺距3.4nm 6.螺旋表面形成大沟和小沟
DNA的分子结构
基因信息的 传递及其调控