第二节DNA分子的结构

DNA分子是怎样存储遗传信息的 又是怎样决定生物性状的 因为绝大多数生物的遗传物质是DNA 所以说DNA是主要的遗传物质 第二节DNA分子的结构 发现双螺旋结构 为基因工程奠定了基础 50年来 在研究DNA过程中涌现出的基因克隆 基因组测序以及聚合酶链式反应等技术 直接促进了现代生物技术产业的兴起 2002年 全球种植转基因作物的面积达到5800多万公顷 目前已有16个国家的600万农民靠种植转基因作物为生 发现双螺旋结构 使当代医学受益良多 为设计药物提供了新的手段 同时也催生了基因诊断以及基于DNA技术的治疗新方法 用基因工程技术开发出的干扰素 胰岛素和抗体等 成为近年来增速最快的新型治疗手段 发现双螺旋结构 在人类生活的众多层面打下印记 身份认定 DNA亲子鉴定 DNA法医鉴定技术 发现双螺旋结构 甚至在社会文化领域产生影响 简洁 优雅和深邃的双螺旋结构 成为当代科学的最佳 形象代言人 艺术家们灵感的泉源 按照英国牛津大学艺术史学家肯普的比喻 DNA分子是我们这个科学时代的 蒙娜 丽莎 一 DNA双螺旋结构模型的构建 沃森和克里克在构建模型的过程中 利用了他人的哪些经验和成果 1 证据有 组成 N 分子的单位是脱氧核苷酸 N 分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的 2 英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的 的 射线衍射图谱 3 美国生物化学家鲍林揭示生物大分子结构的方法 1950年 4 奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果 腺嘌呤 的量总是等于胸腺嘧啶 的量 鸟嘌呤 的量总是等于胞嘧啶 的量 沃森和克拉克在构建模型的过程中 出现了哪些错误 他们是如何对待和纠正这些错误的 最初的双螺旋模型 标志着分子生物学的诞生 1953年4月25日 年轻的美国科学家詹姆斯 沃森和英国科学家弗朗西斯 克里克 在英国 自然 杂志发表不足千字的短文 正式提出DNA 脱氧核糖核酸 双螺旋结构模型 思考与讨论 1 请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题 1 DNA是由几条链构成的 它具有怎样的立体结构 2 DNA的基本骨架是由哪些物质组成的 它们分别位于DNA的什么部位 3 DNA中的碱基是如何配对的 它们位于DNA的什么部位 2 上诉资料中涉及到哪些学科的知识和方法 这对你理解生物科学的发展有什么启示 主要涉及物理学 主要是晶体学 生物化学 数学和分子生物学等学科的知识 涉及的方法主要有 X射线衍射结构分析方法 其中包括数学计算法 建构模型的方法等 现代科学技术中许多成果的取得 都是多学科交叉运用的结果 反过来 多学科交叉的运用 又会促进学科的发展 诞生新的边缘学科 如生物化学 生物物理学等 3 沃森和克里克默契的配合 发现DNA双螺旋结构的过程 作为科学家合作研究的典范 在科学界传为佳话 他们的这种工作给予你哪些启示 要善于利用他人的研究成果和经验 要善于与他人交流和沟通 闪光的思想是在交流与撞击中获得的 研究小组成员在知识背景上最好是互补的 对所从事的研究要有兴趣和激情等 沃森与克里克 互补的一对 1953年沃森与克里克 拼凑 与科学 沃森和克里克曾被戏称为 站在巨人的脚趾上 然而没人可以抹去他们的伟大成就 这种 拼凑 不是无知随意的折腾 而需要严谨的态度 勤奋的工作 精密的推理 合理的分析 再加上智慧的灵光一闪 那是多年轻的两张脸 1953年3月发现DNA双螺旋结构时 美国生物学家詹姆斯 沃森25岁 英国物理学家弗朗西斯 克里克37岁 他们从真正接触DNA结构的研究 到提出DNA双螺旋结构 只用了不到2年的时间 DNA双螺旋结构与量子力学和相对论一起被称为20世纪自然科学领域的三大发现 它把生物科学研究的视野 一下子从细胞水平推向了分子水平 1953年2月28日中午 剑桥大学的两位年轻的科学家弗朗西斯 克里克和詹姆斯 沃森步入老鹰酒吧 TheEaglePub 宣布他们的发现 DNA是由两条核苷酸链组成的双螺旋结构 首先 他们都信心十足地看好DNA 其次 他们是一对最佳搭档 沃森熟悉噬菌体方面的实验 而克里克则精通数学 物理学这些被沃森视之为有点难度的学科 他俩的合作是生物学与物理学互补的最佳典范 第三 他们善于模仿前人的成功经验 诺贝尔奖获得者鲍林成功地用模型方法提出蛋白质的 螺旋理论 而双螺旋模型的建立正是成功地借用了这一方法 最后 他们还有天赋的好运 其实这与其说是一种好运 还不如说是一种高超的想像力 因为关于DNA的x射线衍射图片只能提供一半的信息 另一半则来自于研究者的想象 他们没做什么事 都是别人作过的事 这是沃森和克里克1962年凭DNA双螺旋结构问鼎诺贝尔奖后 不少人想不通的地方 成功的秘诀 思别人所未思 集别人之成果 加上自己的一点点创新 最后成功了 早凋的 科学玫瑰 许多人知道发现 双螺旋结构的故事 知道获得诺贝尔奖的沃森 克里克 威尔金斯 但另一位同样功不可没的女科学家 科学玫瑰 富兰克林则被不少人遗忘了 50年前 她率先拍摄到 晶体照片 把 的双螺旋结构清晰地展示出来 但 科学玫瑰 没等到分享荣耀 在研究成果被承认之前就已凋谢 1953年 月底 33岁的富兰克林在日记中写道 具有两条链的结构 这时她已经确认这个生物分子具有两种形式 链外面有磷酸根基团 1953年初 剑桥大学卡文迪许实验室的沃森和克里克构建出 分子双螺旋结构模型 而此时富兰克林对这一进展并不知情 她更不知道的是 沃森和克里克曾看过她拍摄的能验证 双螺旋结构的 射线晶体衍射照片 并由此获得了重要启发 沃森在1968年出版的 双螺旋 一书中坦承 罗西 即富兰克林 没有直接给我们她的数据 而克里克在很多年后承认 她离真相只有两步 目前 科技界对富兰克林的工作给予较高评价 对威尔金斯是否有资格分享发现 双螺旋结构的殊荣存在很大争论 1962年 当沃森 克里克和威尔金斯共同分享诺贝尔生理学或医学奖时 富兰克林已经因长期接触放射性物质而患癌症英年早逝 富兰克林拍摄的DNA晶体的X射线衍射照片 这张照片正是发现DNA结构的关键 双螺旋结构之母 罗莎琳德 富兰克林 已逾古稀之年的沃森在2003年为此感慨 在1953年 我根本不可能梦想到我的科学生涯 能够跨越从DNA双螺旋到人类基因组的整个路途 生物学的面貌因此焕然一新 二 DNA分子的结构 DNA分子的基本单位是 脱氧核苷酸 A G C T 含氮的碱基 脱氧核糖 磷酸 DNA的结构组成 DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链 在大多数生物体的细胞中 DNA由两条核苷酸链构成 碱基互补配对原则 模型构建 制作DNA双螺旋结构模型 练习 基础题1 1 胞嘧啶 2 腺嘌呤 3 鸟嘌呤 4 胸腺嘧啶 5 脱氧核糖 6 磷酸 7 脱氧核苷酸 8 碱基对 9 氢键 10 一条脱氧核苷酸链的片段 2 C 3 B 拓展题 A T G C A G T C A G A G T C T C A G T C 50 也可以写成以下形式 A G T C T G A C T C A G 1规律概括为 在DNA双链中 任意两个不互补碱基之和恒等 并为碱基总数的50 SA 我们回顾双螺旋发现的竞赛 很显然不同人的个性 强烈影响了是谁最早发现以及如何发现的认定 然而 当时这项发现似乎也是箭在弦上 不得不发 那时你们有好些人都很接近答案 你和克里克 加州理工学院的鲍林 LinusPauling 英国国王学院的威尔金斯 MauriceWilkins 和富兰克林 RosalindFranklin 等 要是你和克里克当时没有提出这项发现 沃特生 我相信在一年内就