第2节DNA的分子结构.docx

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1、第2节DNA分子的结构问题探讨坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。你知道为什么将它作为高科技的标志吗？2003年是DNA分子双螺旋结构发现50周年。上网查一查有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。本节聚焦：·沃森和克里克是怎样发现DNA分子的双螺旋结构的？·DNA分子的双螺旋结构有哪些主要特点？在通过实验证明DNA是生物体的遗传物质以后，人们更加迫切地想知道：DNA分子是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物性状的？要回答这些问题，首先需要弄清楚DNA的结构。DNA双螺

2、旋结构模型的构建在对DNA分子结构的研究中，于1953年摘取桂冠的是两位年轻的科学家——美国生物学家沃森（J.D.Watsan,1928-）和英国物理学家克里克（F.Crick,1916-2004）。下面的资料讲述了这两位科学家构建DNA双螺旋结构模型的故事。阅读这个故事，思考它带给你的启示，并尝试总结DNA双螺旋结构模型的特点。1951年春天，一直对基因的奥秘深感兴趣的沃森，出席了在意大利举行的生物大分子结构会议。会上，英国著名生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins,1916-2004）（图3-7）在报告中展示了一张DNA

3、的X射线衍射图谱的幻灯片，给沃森留下了极其深刻的印象。这年秋天，沃森来到英国剑桥大学卡文迪什实验室工作。在这里，他遇到了同样对DNA的结构着迷的克里克。物理学家出身的克里克对衍射图谱的分析十分熟悉，能够帮助沃森理解晶体学的原理，而沃森可以帮助克里克理解生物学的内容。当时，科学界对DNA的认识是：DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A,、T、C、G四种碱基。沃森和克里克以威尔金斯和其同事富兰克林（R.E.Franklin，1920-1958）（图3-8）提供的DNA衍射图谱（图3-9）的有关

4、数据为基础推算出DNA分子呈螺旋结构。沃森和克里克尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，在这些模型中，碱基位于螺旋的外部。但是，这些模型很快就被否定了。在失败面前沃森和克里克没有气馁，他们又重新构建了一个将磷酸-脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双链螺旋。在这个模型中是相同碱基进行配对的即A与A,T与T配对。但是，有化学家指出这种配对方式违反了化学规律，于是这个模型又被抛弃了。1952年春天，奥地利的著名生物化学家查哥夫（E.Chargaff,1905-2002）访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得到了一个

5、重要的信息：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量;鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。于是，沃森和克里克又兴奋起来，他们改变了碱基配对的方式，让A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型。结果发现：A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有稳定的直径，能够解释A、T、G、C的数量关系，同时也能解释DNA的复制。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现两者完全相符（图3-10）。1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文

6、在英国《自然》杂志上刊载（见本章题图），引起了极大的轰动。1962年沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。旁栏思考：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？沃森和克里克在构建摸型的过程中，出现过哪些错误？他们是如何对待和纠正这些错误的？思考与讨论：1.请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。（I）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

7、？2.上述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？3.沃森和克里克默契配合，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。他们的这种工作方式给予你哪些启示？DNA分子的结构DNA分子双螺旋结构（图3-1）的主要特点是：（1）DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律:A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶

8、）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。模型构建制作DNA双螺旋结构模型目的要求通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的认识和理解。材料用具曲别针、泡沫塑料、纸片、牙签、橡皮泥等常用物品都可用做模型制作的