高中生物 必修二 DNA分子的結(jié)構(gòu)

DNA分子的結(jié)構(gòu)2004年7月28日，“分子生物學(xué)之父”克里克在圣地牙哥加州大學(xué)醫(yī)院與世長辭，享年88歲。1953年4月25日，克里克和沃森在《自然》雜志上發(fā)表了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而帶來了遺傳學(xué)的徹底變革，更宣告了分子生物學(xué)的誕生。種瓜為什么能得瓜，就是遺傳物質(zhì)由親代傳給子代的結(jié)果。遺傳物質(zhì)為什么能自我復(fù)制呢？它是怎樣復(fù)制的呢？這些機(jī)理都蘊(yùn)藏在克里克和沃森的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的偉大發(fā)現(xiàn)之中。

早在19世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了DNA的化學(xué)成分：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建脫氧核糖堿基磷酸AGCTAGCT腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸脫氧核苷酸的種類20世紀(jì)初，摩爾根通過果蠅雜交實(shí)驗(yàn)證明基因位于染色體上。1943年，艾弗里證明了DNA攜帶有遺傳信息，并認(rèn)為DNA可能就是基因。1951年，生物物理學(xué)家威爾金斯用X射線衍射技術(shù)對(duì)DNA結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)DNA是一種螺旋結(jié)構(gòu)。女物理學(xué)家富蘭克林在1951年底拍到了一張十分清晰的DNA的X射線衍射照片。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建討論1：沃森和克里克在構(gòu)建DNA模型過程中，利用了他人的哪些經(jīng)驗(yàn)和成果？又涉及到哪些學(xué)科的知識(shí)和方法？而這些，對(duì)你理解生物科學(xué)的發(fā)展以及和各學(xué)科的聯(lián)系有什么啟示？沃森和克里克在構(gòu)建模型的過程中，出現(xiàn)過哪些錯(cuò)誤？他們是如何對(duì)待和糾正這些錯(cuò)誤的？沃森和克里克默契配合，發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程，作為科學(xué)家合作研究的典范，在科學(xué)界傳為佳話。他們這種工作方式給予你哪些啟示？1.主要涉及物理學(xué)（主要是晶體學(xué)）、生物化學(xué)、數(shù)學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科的知識(shí)。涉及的方法主要有：X射線衍射結(jié)構(gòu)分析方法，其中包括數(shù)學(xué)計(jì)算法；建構(gòu)模型的方法等。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中許多成果的取得，都是多學(xué)科交叉運(yùn)用的結(jié)果；反過來，多學(xué)科交叉的運(yùn)用，又會(huì)促進(jìn)學(xué)科的發(fā)展，誕生新的邊緣學(xué)科，如生物化學(xué)、生物物理學(xué)等。2.沃森和克里克根據(jù)當(dāng)時(shí)掌握的資料，最初嘗試了很多種不同的雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型，在這些模型中，他們將堿基置于螺旋的外部。在威爾金斯為首的一批科學(xué)家的幫助下，他們否定了最初建立的模型。在失敗面前，沃森和克里克沒有氣餒，他們又重新構(gòu)建了一個(gè)將磷酸—核糖骨架安排在螺旋外部，堿基安排在螺旋內(nèi)部的雙鏈螺旋。沃森和克里克最初構(gòu)建的模型，連接雙鏈結(jié)構(gòu)的堿基之間是以相同堿基進(jìn)行配對(duì)的，即A與A、T與T配對(duì)。但是，有化學(xué)家指出這種配對(duì)方式違反了化學(xué)規(guī)律。1952年，沃森和克里克從奧地利生物化學(xué)家查哥夫那里得到了一個(gè)重要的信息：腺嘌呤（Ａ）的量總是等于胸腺嘧啶（Ｔ）的量，鳥嘌呤（Ｇ）的量總是等于胞嘧啶（Ｃ）的量。于是，沃森和克里克改變了堿基配對(duì)的方式，讓A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，最終，構(gòu)建出了正確的DNA模型。3.提示：要善于利用他人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)；要善于與他人交流和溝通，閃光的思想是在交流與撞擊中獲得的；研究小組成員在知識(shí)背景上最好是互補(bǔ)的，對(duì)所從事的研究要有興趣和激情等。沃森和克里克的成功憑借的是一種稀缺的想像力，而不是艱苦的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集，這決不是投機(jī)取巧。對(duì)此，別人只能望塵莫及。

首先，他們都信心十足地看好DNA。這就是說，在研究前景還不十分明朗的情況下，他們卻憑著某些關(guān)鍵的線索（如艾弗里的細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)）而認(rèn)準(zhǔn)DNA必定會(huì)是一個(gè)業(yè)績驕人的績優(yōu)股，不少優(yōu)秀科學(xué)家卻因缺乏這一戰(zhàn)略眼光而與此失之交臂（如德爾布呂克）；其次，他們是一對(duì)最佳搭檔，沃森熟悉噬菌體方面的實(shí)驗(yàn)，他的博士論文即與此有關(guān)，而克里克則精通數(shù)學(xué)、物理學(xué)這些被沃森視之為有點(diǎn)難度的學(xué)科，他倆的合作是生物學(xué)與物理學(xué)互補(bǔ)的最佳典范。相形之下，威爾金斯與富蘭克林雖然是當(dāng)時(shí)DNA結(jié)構(gòu)研究的公認(rèn)權(quán)威，許多張x射線衍射圖片即出自于他們之手，但他倆的合作卻相當(dāng)糟糕；第三，他們善于模仿前人的成功經(jīng)驗(yàn)。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者鮑林成功地用模型方法提出蛋白質(zhì)的α螺旋理論，而雙螺旋模型的建立正是成功地借用了這一方法，所謂模型是指用紙板、木塊、金屬等原料做出來的想像中的分子三維結(jié)構(gòu)，被富蘭克林視之為如同小孩子的搭積木游戲；最后，他們還有天賦的好運(yùn)，其實(shí)這與其說是一種好運(yùn)，還不如說是一種高超的想像力。討論2：DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于DNA的什么部位呢？DNA中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于DNA的什么部位？DNA的空間結(jié)構(gòu)以超高分辨率掃描式電子顯微鏡拍到的DNA照片。從圖上可辨認(rèn)出DNA是由兩條鏈交纏在一起的螺旋結(jié)構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)模式圖從圖中可見DNA具有規(guī)則的雙螺旋空間結(jié)構(gòu)放大DNA的空間結(jié)構(gòu)AAATTTGGGGCCCATC磷酸脫氧核糖含氮堿基堿基對(duì)另一堿基對(duì)嘌呤和嘧啶之間通過氫鍵配對(duì)，形成堿基對(duì)，且A只和T配對(duì)、C只和G配對(duì)，這種堿基之間的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系就叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。ATGC氫鍵AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)AA