DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的歷史與結(jié)構(gòu)內(nèi)容

2024/3/1312024/3/132DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史１DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)旅程２DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生物學(xué)發(fā)展的重要影響？３４幾點(diǎn)啟示2024/3/133自從孟德爾的遺傳定律被重新發(fā)現(xiàn)以后，人們又提出了一個(gè)問題：遺傳因子是不是一種物質(zhì)實(shí)體？是的話，又是哪一種物質(zhì)呢？為了解決基因是什么的問題，人們開始了對核酸和蛋白質(zhì)，以及其他大分子的研究。DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史2024/3/134DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——?jiǎng)e離篇1869年：米歇爾〔JohannFriedrichMiescher，1844—1895〕瑞士的化學(xué)家〕首次別離出DNA米歇爾年輕時(shí)，細(xì)胞核還僅僅是被作為細(xì)胞中央很少見到的斑點(diǎn)而加以描述。米舍爾很想揭示細(xì)胞核的化學(xué)組成。他選取浸泡在膿液中的繃帶作為研究的材料，因?yàn)槟撘耗芴峁┓浅：玫陌准?xì)胞資源。在研究來自外科繃帶中的膿液的細(xì)胞核時(shí)，他發(fā)現(xiàn)一個(gè)含有大量磷的新復(fù)合物，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)該物質(zhì)位于細(xì)胞核中，他稱其為“核素”。2024/3/135這是一個(gè)在當(dāng)時(shí)顯得很不尋常的發(fā)現(xiàn)?；罴?xì)胞中央竟會(huì)存在磷？這似乎令人難以置信。在對此物質(zhì)的根本化學(xué)成分進(jìn)一步的研究中，發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上是酸，所以它被重新命名為核酸。后來的人們又發(fā)現(xiàn)核酸有兩種。一種是脫氧核糖核酸DNA，另一種是核糖核酸RNA。核酸十分不穩(wěn)定，提取時(shí)必須非常小心，速度要快，還得保持很低的溫度。為了制備核酸，米歇爾從清晨5時(shí)開始，就在一個(gè)低溫的房間內(nèi)迅速地工作。最后的制備物可以保存在純酒精中。然而他的辛苦勞動(dòng)未能贏得同代人的贊揚(yáng)，相反對他工作的批評意見卻蜂擁而至。

2024/3/136DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——混亂篇1869年發(fā)現(xiàn)核素后的最初一段時(shí)間里，人們對它的了解是混亂的。如有化學(xué)家宣稱，核素“無非是一種不純潔的蛋白質(zhì)物質(zhì)”。說明核酸化學(xué)根本原理的是俄裔美國科學(xué)家列文〔PhoebusAvaronLvevene，1８69—1940〕。他在1900年開始研究核酸化學(xué)，到1905年已經(jīng)成為國際知名的核酸研究權(quán)威。2024/3/137DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——混亂篇列文把核酸同蛋白質(zhì)區(qū)別開來。他說明了組成兩種核酸的糖類的結(jié)構(gòu)，他的工作使人們認(rèn)識(shí)到核酸因其所含的糖類不同可以分成兩類。他搞清了核苷、核苷酸的結(jié)構(gòu)，提出核酸是由大量核苷酸通過酯鍵連接成的高分子化合物。他的工作使人們形成了一個(gè)關(guān)于核酸的比較清晰的圖畫，使人類對核酸的認(rèn)識(shí)有了很大進(jìn)步。2024/3/138DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——混亂篇列文還發(fā)現(xiàn)核酸中的四種堿基克分子數(shù)相等〔實(shí)際上這些數(shù)據(jù)是不精確測量的結(jié)果〕。列文在這證據(jù)下于1908年提出了“四核苷酸假說”。這一假說是說：四種堿基是等量的。在更精細(xì)一些組織的水平上，它意味著多核苷酸是由某種確定的、排列順序不變的單位所組成，而這些單位本身又是由四種核苷酸組成的結(jié)合體。2024/3/139DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——混亂篇最后對這些數(shù)據(jù)的解釋意味著，DNA是一種同糖原相類似的重復(fù)的多聚體。這一假說由于列文的權(quán)威地位被學(xué)術(shù)界廣泛接受，但這種假說將核酸原本的復(fù)雜結(jié)構(gòu)過于簡單化了，特別是不能解釋核酸中豐富的信息含量，因而是錯(cuò)的，正是他的這一假說阻礙了人們對核酸功能的研究。2024/3/1310DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——混亂篇這樣列文的工作是把核酸作為遺傳物質(zhì)的可能性給取消了。如果接受他提出的四核苷酸假說，那么就意味著核酸大分子是由四種核苷酸按照相同的分子比例連接成的四聚體反復(fù)重復(fù)形成的。如AGTCAGTCAGTCAGTC。一串如此單調(diào)的分子是不可能產(chǎn)生對遺傳物質(zhì)來說必不可少的多樣性。事實(shí)上，在列文的四核苷酸假說下，DNA的結(jié)構(gòu)太簡單了，它所扮演的“單純的分子”角色不可能在機(jī)體中起到主要的作用。2024/3/1311DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——混亂篇米歇爾曾私下推究在可遺傳性狀的傳遞中核素的可能作用。他認(rèn)為，核素的原子可能形成“異構(gòu)體”或“幾種不同的空間排列”，由此而導(dǎo)致變異。1885年，德國解剖學(xué)家赫特維?！睴scarHertwig，1849-1922〕提出，核素可能負(fù)責(zé)受精和傳遞遺傳性狀。1895年，英國細(xì)胞學(xué)家威爾遜(EdmundB.Wilson,1856—1939)認(rèn)為：由雙親所提供的兩個(gè)染色體組是嚴(yán)格相等的，雙親在子代遺傳上的奉獻(xiàn)是均等的,并指出這是一條普遍的規(guī)律,適用于一切動(dòng)植物。這種遺傳物質(zhì)就是染色質(zhì)，染色質(zhì)很可能就是米歇爾所指的核素。但早期的這類推測并未引起當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界的注意與重視。2024/3/1312DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——混亂篇在1910年－1930年間，染色質(zhì)被認(rèn)真作為遺傳物質(zhì)的聲譽(yù)似乎失去了。當(dāng)時(shí)，關(guān)于染色質(zhì)化學(xué)的大多數(shù)論文，完全不討論染色質(zhì)可能具有的生物學(xué)作用。生物學(xué)家對染色質(zhì)的期望也變成了泡影。具有挖苦性的是，這卻是改進(jìn)了核酸化學(xué)分析方法所造成的。人們發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)在細(xì)胞周期中的行為似乎十分特別，在某一段時(shí)期，染色質(zhì)仿佛消失了〔實(shí)際上是顯微鏡觀察不到〕，這一現(xiàn)象不太符合作為遺傳物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫z傳物質(zhì)應(yīng)該是一代一代穩(wěn)定遺傳，不會(huì)消失的。2024/3/1313DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——革命篇與蛋白質(zhì)的競爭：作為遺傳物質(zhì)有利爭奪者的是被視為生命中心分子的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)一方面于生命是極其重要的，另一方面人們很早就認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)不僅有二十多個(gè)根本構(gòu)成，并且大小和形狀多樣。簡單說，蛋白質(zhì)是復(fù)雜的。這正是作為遺傳物質(zhì)的必要條件。在蛋白質(zhì)是生命的中心分子這一觀念的影響和束縛下，DNA被無視了。2024/3/1314DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——革命篇脫穎而出、保衛(wèi)地位：〔證實(shí)DNA重要性的幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)〕1、1928年細(xì)胞學(xué)家格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

2、1944年艾弗里的轉(zhuǎn)化因子實(shí)驗(yàn)

DNA是轉(zhuǎn)化因子，是它在執(zhí)行傳遞任務(wù)。DNA是值得進(jìn)一步研究的物質(zhì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象3、噬菌體小組的故事

4、1952年赫爾希－蔡斯混合實(shí)驗(yàn)

證明進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的是噬菌體的DNA，而不是蛋白質(zhì)。也就是說DNA帶有遺傳信息。噬菌體是由兩大類分子構(gòu)成的：蛋白質(zhì)和DNA。2024/3/13152024/3/13162024/3/13172024/3/13185、查伽夫〔奧地利生化學(xué)家ErwinChargaff,1905--?)的工作DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史——革命篇他的研究使當(dāng)時(shí)對于DNA的看法起了革命性的變化。發(fā)現(xiàn)了查伽夫規(guī)那么：腺嘌呤A與胸腺嘧啶T數(shù)量相等，鳥嘌呤G與胞嘧啶C數(shù)量相等。2024/3/13191953年2月28日，DNA突然綻放出了它的異彩。在英國劍橋的伊爾(Eagle)酒館，37歲的英國科學(xué)家克里克向在場吃午飯的人(主要是一些科學(xué)家)宣布，他和25歲的美國同事沃森已經(jīng)完成了一項(xiàng)偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)——建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)分子模型，從而揭示了生命的奧秘。消息傳出，滿座皆驚。不久，他們的論文《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)》和《脫氧核糖核酸結(jié)構(gòu)的遺傳學(xué)意義》兩篇文章相繼于4月25日和5月3o日在英國權(quán)威科學(xué)雜志《自然》上刊出。從此，生物科學(xué)史上一個(gè)嶄新的時(shí)代——分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的時(shí)代開始了!分子生物學(xué)時(shí)代的到來——DNA綻放篇2024/3/1320讓我們進(jìn)入這條發(fā)現(xiàn)之路吧！2024/3/13211951年5月1沃森出席了在意大利那不勒斯召開的一次會(huì)議，聽到了倫敦國王大學(xué)莫里斯·威爾金斯教授所做的一篇有關(guān)DNAX射線結(jié)晶學(xué)的報(bào)告。2鮑林破譯了角蛋白的分子結(jié)構(gòu)。1951年4月3沃森來到劍橋大學(xué)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室從事研究工作，在那里他遇到了克里克。1951年10月DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)旅程2024/3/13221951年11月4沃森和威爾金斯參加了富蘭克林主持召開的研討會(huì)，遺憾的是沃森記不得富蘭克林測量的DNA樣品中水的精確含量。5沃森和克里克制作了一個(gè)具有三條螺旋鏈的DNA模型，而富蘭克林看后立刻指出他們的重大錯(cuò)誤，因?yàn)镈NA分子中水的含量幾乎是她假定的十倍。1951年11月6由于沃森和克里克的失誤，他們被迫停止了DNA項(xiàng)目的研究，并把DNA模型的裝配架送給了在倫敦工作的威爾金斯和富蘭克林。1951年12月DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)之路2024/3/13231952年5月7富蘭克林得到了最為重要的DNAX射線圖像，并將其命名為B型DNA；富蘭克林和威爾金斯正式分道揚(yáng)鑣。卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任指派威爾金斯負(fù)責(zé)研究B型DNA，而富蘭克林則負(fù)責(zé)從事A型DNA的研究。8沃森和克里克得知，鮑林提出的DNA模型是一個(gè)以糖和磷酸骨架為中心的三條鏈的螺旋結(jié)構(gòu)。1953年1月28日DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)之路2024/3/13249沃森意識(shí)到鮑林提出的DNA模型的不合理之處，并親自趕往倫敦將真實(shí)情況告訴威爾金斯和富蘭克林。隨后，威爾金斯向沃森展示了富蘭克林得到的一幅清晰的B型DNA照片副本，沃森看后更加強(qiáng)了他對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型正確性的理解。1953年1月30日10英國的《自然》雜志刊登了美國的沃森和英國的克里克在英國劍橋大學(xué)合作的研究成果：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。1953年4月25日DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)之路2024/3/13251962年，沃森、克里克和威爾金斯三人共獲諾貝爾獎(jiǎng)。2024/3/1326沃森、克里克成功原因之一——完美互補(bǔ)

噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)小組成員沃森在得到DNA是遺傳物質(zhì)的充分證據(jù)后，由于當(dāng)時(shí)DNA是遺傳物質(zhì)的機(jī)理并不清楚，刺激了他研究DNA結(jié)構(gòu)的想法，導(dǎo)致了他與克里完美的互補(bǔ)合作，因?yàn)榭死锟擞芯涿裕骸叭绻荒苎芯抗δ埽腿パ芯拷Y(jié)構(gòu)?！?024/3/1327性格互補(bǔ)：沃森——孤僻、安靜、性格內(nèi)向克里克——嗓門很高、比較外向沃森、克里克成功原因之一——完美互補(bǔ)專業(yè)互補(bǔ)：沃森熟悉噬菌體方面的實(shí)驗(yàn)，而克里克那么精通數(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)的最正確典范；無私地互相補(bǔ)充、互相取長補(bǔ)短、互相坦誠地批評和互相鼓勵(lì)?！巳瞬粦?yīng)成為孤島2024/3/1328認(rèn)準(zhǔn)DNA必定會(huì)是一個(gè)業(yè)績驕人的績優(yōu)股大膽假設(shè)、細(xì)心求證、百折不撓、虛心求教、不斷汲取新知。借鑒諾貝爾獎(jiǎng)獲得者鮑林成功地用模型方法提出蛋白質(zhì)的α螺旋理論良好心態(tài)目標(biāo)一致借鑒他人沃森、克里克成功其他原因：2024/3/1329沃森、克里克成功其他原因：高超的想象力和敏感的直覺:關(guān)于DNA的x射線衍射圖片只能提供一半的信息，另一半那么來自于研究者的想象。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。所謂物以稀為貴。對此別人只能望塵莫及。沃森憑著生物學(xué)家的直覺，堅(jiān)信生物體偏愛螺旋形?？死锟四敲磸奈锢韺W(xué)角度出發(fā)認(rèn)為，規(guī)那么的螺旋會(huì)大大減少自由變量的數(shù)目，這將使結(jié)構(gòu)變得易解。此外，就是對雙鏈的設(shè)定。因?yàn)閳D片信息無法提供鏈條的數(shù)目，鮑林和威爾金斯〔包括沃森和克里克〕最初都在三鏈模型上栽過跟頭，是沃森的生物學(xué)直覺再次幫了他們，因?yàn)槌呻p配對正是生物界的根本現(xiàn)象。2024/3/1330沃森、克里克成功背后的英雄之一——X射線晶體學(xué)領(lǐng)域的英格蘭玫瑰富蘭克林拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片，這張照片正是發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。英國X射線晶體衍射技術(shù)專家羅莎琳德·弗蘭克林(R．Franklin，1920—1958)2024/3/1331沃森、克里克成功背后的英雄之二

奧地利量子物理學(xué)家埃爾文·薛定諤(ErwinSchro—dinger，1887—1961)認(rèn)為基因是一種有特殊地位的分子，物理學(xué)和化學(xué)規(guī)律同樣可以應(yīng)用于細(xì)胞及基因的研究。

2024/3/1332沃森、克里克成功背后的英雄之三

——美國化學(xué)家努斯·鮑林(LinusPauling．1901—1994．1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)和1962年諾貝爾和平獎(jiǎng)得主)他將x衍射圖譜與原子間相互關(guān)系結(jié)合起來，建造分子模型，然后用x衍射圖數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男Ч睦碚撋献C明這兩者的一致性。

2024/3/1333沃森、克里克成功背后的英雄之四

——新西蘭生物物理學(xué)家奠里斯·威爾金斯(MauriceH．Wilkings，1916——？)1951年，威爾金斯在意大利那不勒斯舉行的生物大分子結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議上，作了關(guān)于DNA衍射圖片分析的報(bào)告，并出示了一張DNA纖維的x一射線衍射圖，這給當(dāng)時(shí)參加會(huì)議的沃森留下了深刻印象．

2024/3/1334沃森、克里克成功背后的英雄之五——奧地利生物化學(xué)家埃爾文·查迦夫(ErwinChargaf，1905一)查伽夫及其同事創(chuàng)造用色層分析法測量DNA內(nèi)部的各種堿基的含量，并作了精細(xì)的分析。結(jié)果說明：腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)，鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)比值接近1：1，這就是現(xiàn)在眾所周知的DNA分子的“堿基配對”原那么。2024/3/1335沃森、克里克成功背后的英雄之六——英國數(shù)學(xué)家約翰·格里菲斯(JohnGriflqth)格里菲斯的奉獻(xiàn)在于，為沃森和克里克計(jì)算了一個(gè)DNA分子內(nèi)堿基的相互吸引力(弱的相互作用)。使沃森和克里克茅塞頓開，走出了“相同堿基相互吸引”的誤區(qū)，最終走向成功。2024/3/13361869醫(yī)生米歇爾(MiescherF．)發(fā)現(xiàn)，在傷口膿液細(xì)胞的核中有一種酸性物質(zhì)，它由蛋白質(zhì)和另一種化合物構(gòu)成。米歇爾為后者起名為核酸，這便是今天我們所認(rèn)識(shí)的脫氧核糖核酸——DNA

1919雷文訥(LeveneP．A．)提出，在DNA中有4種核苷酸，它們接續(xù)排列。1928格里菲斯(GrifithF)發(fā)現(xiàn)，在熱滅活的肺炎雙球菌中有一種物質(zhì)，可使攜帶它的活體細(xì)菌發(fā)生遺傳性變化。他稱這種現(xiàn)象為1928正“轉(zhuǎn)”(transformation)1938西格納(SignerR．)等發(fā)現(xiàn)，DNA的分子量可高達(dá)5O萬一100萬。因此，雷文訥的4核苷酸結(jié)構(gòu)必定是一條長鏈1944阿瑞里(AreryO．)等從化學(xué)上辨明，格里菲斯的“轉(zhuǎn)化”是基于DNA，并且明確提出：DNA是基因材料1949查伽夫(clE．)報(bào)告，在不同的DNA片斷中堿基的組成是不同的。全部嘌呤(即A和G)的總合大約等于全部嘧啶(即T和C)的總和。并且，A與T數(shù)量相等，G與C的數(shù)量也相等1949凡特列(VendrelyR．)等發(fā)現(xiàn)，在人體性細(xì)胞核中DNA的數(shù)量只及體細(xì)胞的一半

1951富蘭克林通過x射線衍射區(qū)分了兩種類型(A型和B型)的DNADNA發(fā)現(xiàn)全記錄2024/3/13371952何舍衣(HersheyA．)等發(fā)現(xiàn)，在病毒感染細(xì)菌的過程中，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的只是病毒的核酸，而沒有病毒蛋白，并且病毒可在細(xì)菌內(nèi)部繁衍后代1952富蘭克林獲得了極為清晰的B型DNA．X射線的衍射圖。該圖直接了當(dāng)?shù)仫@示出DNA的螺旋結(jié)構(gòu)：螺旋的軸向周期是．4rim，并且在0．34rim處另有很強(qiáng)的反射。這些定量結(jié)果與我們現(xiàn)在對DNA的認(rèn)識(shí)完全～致：盤繞螺旋軸的每一圈有1O個(gè)核苷酸，螺距是3．36rim19534月25日(Nature)刊出了沃森和克里克等具有里程碑意義的3篇論文1954物理學(xué)家伽莫夫(GamowG．)提出，DNA對蛋白質(zhì)的合成起編碼作用1955本策(BenzerS．)分析了一種病毒的DNA精細(xì)結(jié)構(gòu)，區(qū)分了沿DNA鏈的單個(gè)堿基

1957克里克提出“中心法則”：生命體的遺傳信息在于DNA中核苷酸的次序，它決定了各種蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序1958梅賽爾森(MeselsonM．)等用放射性同位素跟蹤細(xì)胞分裂過程，展示了DNA鏈的半保留復(fù)制：雙螺旋在復(fù)制之前必須先解開，舊鏈作為模板為兩條新鏈的合成提供信息，同時(shí)舊鏈本身又成為新雙螺旋的一部分

DNA發(fā)現(xiàn)全記錄2024/3/13381958柯思貝克(KombergA．)等分離出DNA聚合酶，從生物化學(xué)的角度證明：這種酶在DNA復(fù)制中起“復(fù)印機(jī)”的作用。新鏈的堿基與模板鏈堿基互補(bǔ)配對，即A對T，C對G；兩條新鏈合成的運(yùn)行方向是相反的1961尼倫貝克(NirenbergM．)等闡明，核苷酸的次序可以編碼氨基酸，從而為破譯基因編碼奠定了基礎(chǔ)1962諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予沃森、克里克和威爾金斯。然而，曾對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)作出決定性貢獻(xiàn)的女科學(xué)家富蘭克林，卻因英年早逝(1958年死于癌癥，年僅37歲)未能登上諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)DNA發(fā)現(xiàn)全記錄2024/3/1339DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生物學(xué)開展的重要影響DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)后，極大地震動(dòng)了學(xué)術(shù)界，啟發(fā)了人們的思想。從此，一個(gè)眼花繚亂、匪夷所思的分子生物學(xué)和基因工程的時(shí)代開始了。人們以遺傳學(xué)為中心開展了大量的分子生物學(xué)的研究。首先是圍繞著4種堿基怎樣排列組合進(jìn)行編碼才能表達(dá)出20種氨基酸為中心開展實(shí)驗(yàn)研究。1967年，遺傳密碼全部被破解，基因從而在DNA分子水平上得到新的概念。它說明：基因?qū)嶋H上就是DNA大分子中的一個(gè)片段，是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的功能單位和結(jié)構(gòu)單位。一定結(jié)構(gòu)的DNA，可以控制合成相應(yīng)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。2024/3/1340DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生物學(xué)開展的重要影響蛋白質(zhì)是組成生物體的重要成分，生物體的性狀主要是通過蛋白質(zhì)來表達(dá)的。因此，基因?qū)π誀畹目刂剖峭ㄟ^DNA控制蛋白質(zhì)的合成來實(shí)現(xiàn)的。在此根底上相繼產(chǎn)生了基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程等，這些生物技術(shù)的開展必將使人們利用生物規(guī)律造福于人類?，F(xiàn)代生物學(xué)的開展，愈來愈顯示出它將要上升為帶頭學(xué)科的趨勢。2024/3/1341DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生物學(xué)開展的重要影響綜觀人類對遺傳物質(zhì)的探索歷史，使我們認(rèn)識(shí)到科學(xué)發(fā)現(xiàn)是不能方案或憑空設(shè)想的，而是在良好的研究環(huán)境和氣氛中，通過許多科學(xué)家創(chuàng)造性的思維和腳踏實(shí)地的努力取得的。在生物科學(xué)史中，不僅記載著生命科學(xué)知識(shí)的形成過程，而且蘊(yùn)含著科學(xué)家的創(chuàng)造性思維方式和靈活多樣的科學(xué)方法，表達(dá)著科學(xué)家尊重事實(shí)、服從真理和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，以及勇于創(chuàng)新、善于合作和無私奉獻(xiàn)的科學(xué)精神。因此，在高中生物學(xué)教學(xué)中注重科學(xué)史的學(xué)習(xí)，必將對培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。2024/3/1342162354DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的幾點(diǎn)啟示：2024/3/13431.將一個(gè)學(xué)科開展成熟的知識(shí)、技術(shù)和方法應(yīng)用到另一學(xué)科的前沿，能夠產(chǎn)生重大的創(chuàng)新成果。學(xué)科交叉是創(chuàng)新思想的源泉。2024/3/13442.科學(xué)的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)知識(shí)不斷積累、認(rèn)識(shí)不斷深化的過程．善于學(xué)習(xí)和鑒別，對已有的結(jié)論經(jīng)過去粗取精，去偽存真，有選擇地繼承并且加以開展，才能做出重大創(chuàng)新．重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)不會(huì)孤立地出現(xiàn)，在它之前必然已經(jīng)有前人大量的探索，不斷突出矛盾，不斷掃清外圍，等待著幸運(yùn)兒的出現(xiàn)。2024/3/13453.選擇有戰(zhàn)略意義的重大課題，堅(jiān)持不懈地努力，十分重要．取得重大發(fā)現(xiàn)的路程不會(huì)一帆風(fēng)順，中間會(huì)出現(xiàn)失敗和挫折，要像沃森和克里克那樣，充滿自信，不畏艱險(xiǎn)，不怕失敗，不怕嘲笑，以堅(jiān)決不移的努力去實(shí)現(xiàn)認(rèn)定的目標(biāo)。2024/3/13464.要敢于競爭，更善于合作．沃森和克里克之最后成功，在于他們之間有良好的人際關(guān)系，既會(huì)頑強(qiáng)地堅(jiān)持己見，又能靈活地傾聽對方意見，在爭論中互相尊重，發(fā)揮各自長處，最后服從真理，很快達(dá)成一致．善于在競爭中合作，使他們能從皇家學(xué)院得到重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．善于向周圍科學(xué)家請教和學(xué)習(xí)，使他們最快地得到正確的核苷酸配對方式。2024/3/13475.實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)科學(xué)理論惟一的標(biāo)準(zhǔn)，保持理論和實(shí)驗(yàn)的密切合作是取得重大發(fā)現(xiàn)、證明理論正確的關(guān)鍵。2024/3/13486.他們的合作就如同天才誕生在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)期、在恰當(dāng)?shù)娜兆酉嘤?、在恰?dāng)?shù)膶W(xué)科內(nèi)互補(bǔ)、在恰當(dāng)?shù)娜松吠旧现救は嗤?，是可遇不可求的?024/3/1349大家探討的問題：１、如何解決生物科技帶來的倫理問題？2、科學(xué)需要想象力，需要探究精神，我們在原有教育體制下成長的一代，如何教會(huì)學(xué)生探究？3、思維如何培養(yǎng)？4、沃森、克里克獲得諾貝爾獎(jiǎng)的原因？DNA分子的結(jié)構(gòu)〔3〕能夠控制蛋白質(zhì)的合成〔2〕能夠進(jìn)行自我復(fù)制〔1〕結(jié)構(gòu)具有相對穩(wěn)定性DNA作為遺傳物質(zhì)應(yīng)具備什么樣的特點(diǎn)？解開DNA結(jié)構(gòu)之謎回眸歷史沃森、克里克和英國物理學(xué)家威爾金斯因發(fā)現(xiàn)生命的雙螺旋而榮獲1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。左一：威爾金斯左三：克里克左五：沃森閱讀故事，思考答復(fù)1.沃森和克里克開始研究DNA結(jié)構(gòu)時(shí)，科學(xué)界對DNA已有的認(rèn)識(shí)是什么？

2.沃森、克里克在前人已有的認(rèn)識(shí)上，采用什么方法研究DNA結(jié)構(gòu)？

3.沃森和克里克先后分別提出了怎樣的模型？

DNA的根本單位－脫氧核苷酸含Ｎ堿基脫氧核糖磷酸AGCT化學(xué)元素組成：CHONP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DNA分子的根本單位A脫氧核糖磷酸G脫氧核糖磷酸脫氧核糖C磷酸T脫氧核糖磷酸DNA模型建構(gòu)代表磷酸D代表脫氧核糖代表4種堿基代表連接各組分的化學(xué)鍵【模型建構(gòu)1】:脫氧核苷酸P【模型建構(gòu)2】

一條脫氧核苷酸鏈…DNA模型建構(gòu)【模型建構(gòu)3】DNA雙鏈P41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PP兩條鏈中的堿基是排在外側(cè)，還是在內(nèi)側(cè)？【模型建構(gòu)3】DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PPP41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】DNA雙鏈連接兩條鏈的堿基如何配對?堿基配對時(shí)，為什么嘌呤堿不與嘌呤堿或嘧啶堿不與嘧啶堿配對呢？

這是由于嘌呤堿是雙環(huán)化合物，占有空間大；嘧啶堿是單環(huán)化合物，占有空間小。而DNA分子的兩條鏈的距離是固定的。為什么只能是A配T，G配C，不能是A配C，G配T？(1)A的量總是等于T的量,G的量總是等于C的量.(2)A與T通過兩個(gè)氫鍵相連，G與C通過三個(gè)氫鍵相連，使DNA的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定.【模型建構(gòu)3】

DNA雙鏈3.4nm2nm0.34nm【模型建構(gòu)4】

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)PPPPATCGP41352oP413520PPACTG磷酸脫氧核糖含氮堿基DNA的平面結(jié)構(gòu)102345012345DNA模型分析反向平行堿基對另一堿基對嘌呤和嘧啶之間通過氫鍵配對，形成堿基對，且A只和T配對、C只和G配對，這種堿基之間的一一對應(yīng)的關(guān)系就叫做堿基互補(bǔ)配對原那么。ATGC氫鍵DNA模型分析AAATTTGGGGCCCATC

思考1：ＤＮＡ結(jié)構(gòu)中的哪個(gè)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定不變的?哪個(gè)結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的？兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。長鏈中的堿基對的排列順序是千變?nèi)f化的。？DNA分子的平面結(jié)構(gòu)脫氧核糖與磷酸交替連接構(gòu)成骨架堿基對氫鍵堿基互補(bǔ)配對原那么為什么DNA結(jié)構(gòu)上具有穩(wěn)定性？共價(jià)鍵氫鍵嘌呤---嘧啶比較不同組的DNA模型有什么不同？DNA中的遺傳信息蘊(yùn)藏在哪兒?堿基對的排列順序不同堿基對的排列順序中【思考2】3、DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？2、DNA的根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？1、DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？【思考3】總結(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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)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分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成根本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成根本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)?！?〕兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結(jié)起來，形成堿基對，且遵循堿基互補(bǔ)配對原那么。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)〕DNA的結(jié)構(gòu)和組成可用五四三二一表示分別表示的是什么？五種元素：C、H、O、N、P四種堿基：A、G、C、T，相應(yīng)的有四種脫氧核苷酸三種物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基兩條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈一種螺旋：規(guī)那么的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子的特點(diǎn)：②多樣性：一個(gè)最短的DNA分子也有4000個(gè)堿基對，可能的排列方式就有44000種。

③特異性：不同的生物，堿基對的數(shù)目可能不同，堿基對的排列順序肯定不同。①穩(wěn)定性：ＤＮＡ中的脫氧核糖和磷酸交替連接的方式不變，兩條鏈間堿基互補(bǔ)配對的原那么不變。〔即結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性〕DNA分子堿基對的排列順序千變?nèi)f化。特定的DNA分子具有特定的堿基排列順序。4n(n表示堿基對數(shù))3、DNA分子的結(jié)構(gòu)特性1〕多樣性：堿基對的排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。

在生物體內(nèi)，一個(gè)最短DNA分子也大約有4000個(gè)堿基對，堿基對有：A—T、T—A、G—C、C—G。請同學(xué)們計(jì)算DNA分子有多少種？4

種40002〕特異性堿基對的特定排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)DNA分子的特異性。3)穩(wěn)定性具有規(guī)那么的雙螺旋結(jié)構(gòu)拓展題：你能根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原那么，推導(dǎo)出相關(guān)的數(shù)學(xué)公式嗎？推導(dǎo)后，嘗試進(jìn)一步總結(jié)這些公式，從中概括出一些規(guī)律?！逜＝T，G＝C∴A+G＝T+C∴A+GT＋C〔〕〔〕

50％也可以寫成以下形式：A+GT＋C1（）（）（）（）……規(guī)律概括：在DNA雙鏈中，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和

，并為堿基總數(shù)的

。A+T+C+GA+T+C+GA+C

T+GA+C

T+G相等50％DNA分子各種堿基的數(shù)量關(guān)系：①在整個(gè)DNA分子中，A=T、G=C；A+G=T+C，A+C=T+G；(A+G〕/〔T+C〕=1②DNA分子的一條鏈中的A+T=另一條鏈的T+A

；同理，G+C=C+G④如果一條鏈中的(A+T)/(G+C)=a，那么另一條鏈中的(A+T)/(G+C)比例也是a；如果一條鏈中的(A+G)/(T+C)=b,那么另一條鏈中(A+G)/(T+C)的比例是1/b③兩個(gè)非配對堿基之和占?jí)A基總數(shù)的50%。即

A+C=T+G=50%，A+G=T+C=50%⑤在DNA分子中一條鏈中A+T的和占該鏈堿基比率等于另一條鏈中A+T的和占該鏈堿基比率，還等于雙鏈DNA分子中A+T的和占整個(gè)DNA分子的堿基比率。即：(A1+T1)%=(A2+T2)%=總(A+T)%同理：(G1+C1)%=(G2+C2)%=總(G+C)%DNA分子的結(jié)構(gòu)小結(jié)1.化學(xué)組成元素：2.根本組成單位：3.空間結(jié)構(gòu)：4.DNA分子的特點(diǎn)：DNA分子的結(jié)構(gòu)小結(jié)1.化學(xué)元素組成：CHONP2.根本組成單位：(四種)脫氧核苷酸一分子含氮堿基一分子脫氧核糖一分子磷酸3.空間結(jié)構(gòu):規(guī)那么的雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條脫氧核苷酸長鏈堿基對氫鍵堿基互補(bǔ)配對原那么4.DNA分子特點(diǎn):多樣性,特異性,穩(wěn)定性堿基互補(bǔ)配對原則應(yīng)用設(shè)DNA一條鏈為1鏈，互補(bǔ)鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原那么可知：A1=T2A2=T1G1=C2G2=C1且在DNA雙鏈中：A=T，G=CA

1T2T1A2G

1C2C1G

2DNA雙鏈

你能根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，推導(dǎo)出相關(guān)的數(shù)學(xué)公式嗎？推導(dǎo)后，嘗試進(jìn)一步總結(jié)這些公式，從中概括出一些規(guī)律。 ∵A=TG=C ∴A+G=T+C

也可以寫成以下形式：規(guī)律概括：在DNA雙鏈中，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和

，并為堿基總數(shù)的

。A+G()=T+G()=50%A+GT+C=()()=()()=1A+T+G+CA+T+G+CA+CT+GT+GA+C相等一半【課堂反響】

1．下面是DNA的分子結(jié)構(gòu)模式圖，說出圖中1－10的名稱。12345678109GTCA1.胞嘧啶2.腺嘌呤3.鳥嘌呤4.胸腺嘧啶5.脫氧核糖6.磷酸7.胸腺嘧啶脫氧核苷酸8.堿基對9.氫鍵10.一條脫氧核苷酸鏈的片段2．1個(gè)DNA分子中有1800個(gè)堿基對，其中胞嘧啶有1000個(gè)，這個(gè)DNA分子中應(yīng)含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是〔〕 A．1800個(gè)和800個(gè) B．1800個(gè)和l800個(gè) C．3600個(gè)和800個(gè)D．3600個(gè)和3600個(gè)C【課堂反響】3、DNA分子的一條單鏈中，A=20%，T=22%，求整個(gè)DNA分子中G=_____

29%【課后拓展】記錄本小組制作的DNA模型中四種堿基的數(shù)量，并將幾個(gè)小組的結(jié)果進(jìn)行合并，統(tǒng)計(jì)、歸納雙鏈DNA分子中四種堿基數(shù)量的比例關(guān)系。項(xiàng)目整個(gè)DNA分子1鏈2鏈ATCG的關(guān)系A(chǔ)=？

G=？A1=？T1=？C2=？G2=？(A+G)/(T+C)非互補(bǔ)堿基和之比？m？（A+T）/（G+C）互補(bǔ)堿基和之比n？？（A+G）或（T+C）在整個(gè)DNA分子中占?jí)A基總數(shù)的？堿基互補(bǔ)配對規(guī)律的有關(guān)計(jì)算堿基互補(bǔ)配對規(guī)律為A—T〔A—U〕,G—C配對〔一〕DNA雙鏈中的兩個(gè)互補(bǔ)的堿基相等，A=T,G=C,不互補(bǔ)的兩個(gè)堿基之和為50％

某DNA的堿基中,鳥嘌呤的分子數(shù)占22％,那么胸腺嘧啶的分子數(shù)占多少？T占28％

某DNA雙鏈中,假設(shè)腺嘌呤有P個(gè),占全部堿基數(shù)的比例為N/M〔M>2N〕,那么該DNA分子中含胞嘧啶數(shù)是多少？〔PM/2N〕-P〔二〕DNA分子中一條鏈中的兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和的比值是另一個(gè)互補(bǔ)鏈的這一比值的倒數(shù)DNA的一條單鏈中A+G/T+C=0.4,在互補(bǔ)單鏈和整個(gè)DNA分子中分別是多少？2.51

在雙鏈DNA分子中,當(dāng)T+C/A+G在一條多核苷酸鏈上的比例是0.5時(shí),那么在另一條互補(bǔ)鏈和整個(gè)DNA分子中,這種比例應(yīng)分別是多少？21DNA的一條單鏈中A+T/G+C=0.4,上述比例在其互補(bǔ)單鏈和整個(gè)DNA分子中分別是多少？〔三〕雙鏈DNA分子中互補(bǔ)堿基之和在兩條單鏈中所占比例比值相等，等于在整個(gè)DNA分子中所占比例。0.41

在一個(gè)雙鏈DNA分子中,G占?jí)A基總量的18％,其中一條鏈中G占20％,那么此鏈中C應(yīng)為多少？〔分析〕根據(jù)規(guī)律六,G平均占18％,由于在一條鏈中多占2％,所以在互補(bǔ)鏈中應(yīng)少2％,即16％,又根據(jù)規(guī)律一,G與C配對,此鏈中C也應(yīng)為16％。１２３４AGCT以下圖是DNA分子結(jié)構(gòu)模式