DNA的分子结构

在双链DNA =C A+G = T+C = A+C = T+G
在DNA双链中，任意两个不互补的 DNA双链中， 双链中 碱基之和恒等，并为碱基总数的50% 碱基之和恒等，并为碱基总数的50%。
二、制作DNA双螺旋结构模型 制作DNA双螺旋结构模型 DNA
• 失败后，他们并没有放弃，很快又重新构 失败后，他们并没有放弃， 建了一个将磷酸 磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺 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 双链螺旋。 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， 在这个模型中是相同碱基进行配对的，即 配对，Ｔ ，Ｔ与 配对。但是， Ａ与Ａ配对，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， 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。 是这个模型又被抛弃了。
• 此时，生物大分子结构会议在意大利举行， 此时，生物大分子结构会议在意大利举行， 威尔金斯在富兰克林不知情的情况下在报 告中展示了ＤＮＡ ＤＮＡ的 射线衍射照片， 告中展示了ＤＮＡ的Ｘ射线衍射照片，这 给沃森留下了极深的印象。不久后， 给沃森留下了极深的印象。不久后，沃森 来到剑桥大学遇到了克里克， 来到剑桥大学遇到了克里克，他们的配合 成为科学家合作的典范。 成为科学家合作的典范。物理学家出身的 克里克可以帮助沃森分析衍射图谱， 克里克可以帮助沃森分析衍射图谱，而沃 森可以帮助克里克理解生物学的内容。 森可以帮助克里克理解生物学的内容。
三、DNA分子双螺旋结构的特点 DNA分子双螺旋结构的特点
由两条脱氧核苷酸链按反向 由两条脱氧核苷酸链按反向 平行的方式 平行的方式 盘旋成双螺旋结构
四、巩固练习
1．下面是DNA的分子的结构模式图，说出图中1－10 下面是DNA的分子的结构模式图，说出图中1 DNA的分子的结构模式图 的名称。 的名称。
A G
T C
碱基互补 配对原则
C T
G A
A G
T C
A C A A C G A G
T G T T G C T C
你注意到了吗？
两条长链上的脱 氧核糖与磷酸交 替排列的顺序是 稳定不变的。
长链中的碱基对 的排列顺序是千 变万化的。
DNA分子的特点： DNA分子的特点： 分子的特点
稳定性： ＤＮＡ中的脱氧核糖和磷酸交替连接的 ①稳定性： ＤＮＡ中的脱氧核糖和磷酸交替连接的 方式不变， 方式不变，两条链间碱基互补配对的原 则不变。（即结构的稳定性） 。（即结构的稳定性 则不变。（即结构的稳定性） ②多样性： 分子碱基对的排列顺序千变万化。 多样性： 分子碱基对的排列顺序千变万化。 DNA分子碱基对的排列顺序千变万化 DNA 一个最短的DNA分子也有4000个碱基对， 一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可 DNA分子也有4000个碱基对 能的排列方式就有4 能的排列方式就有44000种。 特异性： ③特异性： 特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序。 DNA分子具有特定的碱基排列顺序 特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序。 不同的生物，碱基对的数目可能不同， 不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱 基对的排列顺序肯定不同。 基对的排列顺序肯定不同。
模型设计： 模型设计： ① 磷酸、脱氧核糖和碱基在什么部位相互连接？ 磷酸、脱氧核糖和碱基在什么部位相互连接？ 在适当的位置用线将它们连接脱氧核苷酸） （在适当的位置用线将它们连接脱氧核苷酸
P
碱基
脱氧 核糖
二、制作DNA双螺旋结构模型 制作DNA双螺旋结构模型 DNA
② 每个脱氧核苷酸之间是在什么部位怎样相互 连接？在模型中如何体现两条链是反向平行的？ 连接？在模型中如何体现两条链是反向平行的？ （在适当的位置用线将脱氧核苷酸连接成双链 DNA， 中填上你制作的模型中的碱基） DNA，并在 中填上你制作的模型中的碱基
这个故事的结局有些伤感。 这个故事的结局有些伤感。当1962 年沃森、 年沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔 生理学或医学奖的时候， 生理学或医学奖的时候，富兰克林已经 年前因为卵巢癌而去世。 在4年前因为卵巢癌而去世。按照惯例， 年前因为卵巢癌而去世 按照惯例， 诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外， 诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外， 同一奖项至多只能由3个人分享 个人分享。 同一奖项至多只能由 个人分享。由于富 兰克林的突出贡献，人们总在猜想： 兰克林的突出贡献，人们总在猜想：假 如富兰克林活着，她会得奖吗？ 如富兰克林活着，她会得奖吗？性别差 异是否会成为公平竞争的障碍？当然， 异是否会成为公平竞争的障碍？当然， 现在这个问题已经永远是一个迷了。 现在这个问题已经永远是一个迷了。今 天，科技界对富兰克林的工作给予很高 评价。 评价。
• 当时科学界对ＤＮＡ的认识：ＤＮＡ分子 当时科学界对ＤＮＡ的认识：ＤＮＡ分子 ＤＮＡ的认识 是以４ 是以４种脱氧核苷酸为单位连接而成的长 种脱氧核苷酸分别含有Ａ、Ｔ、 链，这４种脱氧核苷酸分别含有Ａ、Ｔ、 Ｇ、Ｃ四种碱基 四种碱基。 Ｇ、Ｃ四种碱基。沃森和克里克根据威尔 金斯提供的ＤＮＡ ＤＮＡ衍射图谱的有关数据推 金斯提供的ＤＮＡ衍射图谱的有关数据推 算出ＤＮＡ分子呈螺旋结构。 ＤＮＡ分子呈螺旋结构 算出ＤＮＡ分子呈螺旋结构。他们尝试了 很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型， 很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型， 这些模型中，碱基位于螺旋的外部。 这些模型中，碱基位于螺旋的外部。但是 这些模型很快被否定了。 这些模型很快被否定了。
富兰克林在法国学习的X射线衍射技术在她 富兰克林在法国学习的 射线衍射技术在她 的研究中派上了用场。 射线是波长非常短 的研究中派上了用场。 X射线是波长非常短 的电磁波。医生通常用它来透视， 的电磁波。医生通常用它来透视，而物理学 家用它来分析晶体的结构。 家用它来分析晶体的结构。当X射线穿过晶 射线穿过晶 体之后，会形成衍射图样——一种特定的明 体之后，会形成衍射图样 一种特定的明 暗交替的图形。 暗交替的图形。不同的晶体产生不同的衍射 图样， 图样，仔细分析这种图形人们就 能知道组成晶体的原子是如何 排列的。富兰克林精于此道， 排列的。富兰克林精于此道， 她成功的拍摄了DNA晶体的 晶体的X 她成功的拍摄了 晶体的 射线衍射照片。 射线衍射照片。
广州市44中学 生物科
顾俭
2008.4.11
一、DNA双螺旋结构模型的构建 DNA双螺旋结构模型的构建
DNA的结构在1953年由沃森和克里克确定 DNA的结构在1953年由沃森和克里克确定 的结构在1953
富兰克林1920年生于伦 富兰克林1920年生于伦 1920 15岁就立志要当科学家 敦，15岁就立志要当科学家 ，但父亲并不支持她这样做 。她早年毕业于剑桥大学， 她早年毕业于剑桥大学， 专业是物理化学。1945年 专业是物理化学。1945年， 当获得博士学位之后， 当获得博士学位之后，她前 往法国学习 射线衍射技术。 学习X 往法国学习X射线衍射技术。 她深受法国同事的喜爱， 她深受法国同事的喜爱，有 人评价她 “从来没有见到法 语讲的这么好的外国人” 语讲的这么好的外国人”。 1951年 回到英国， 1951年，她回到英国，在伦 敦大学国王学院取得了一个 职位 。
DNA分子结构的发现历程： DNA分子结构的发现历程： 分子结构的发现历程
DNA分子是以4 DNA分子是以4 种 脱氧核苷酸 为 分子是以 单位连接而成的长链， 单位连接而成的长链，它们分别含 有
A、T 、 、 C G
4种碱基； 种碱基；
基本单位：脱氧核苷酸（ 种 基本单位：脱氧核苷酸（4种）
磷酸
A：腺嘌呤 脱氧 核糖
含氮碱基 含氮碱基
T：胸腺嘧啶 C：胞嘧啶 G：鸟嘌呤
DNA分子结构的发现历程： DNA分子结构的发现历程： 分子结构的发现历程
在螺旋双链中： 在螺旋双链中： 磷酸—脱氧核糖骨架 外部是 磷酸 脱氧核糖骨架 ， 内部是 碱基 ；
● 基本骨架
磷酸与脱氧核糖交替 连接， 连接，排在外侧
• 后来，沃森和克里克从著名生物化学家查哥夫那 后来， 里得到一个重要的信息：腺嘌呤（Ａ） （Ａ）的量总是 里得到一个重要的信息：腺嘌呤（Ａ）的量总是 等于胸腺嘧啶（Ｔ）的量：鸟嘌呤（Ｇ） （Ｔ）的量 （Ｇ）的量总 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。 （Ｃ）的量 是等于胞嘧啶（Ｃ）的量。于是他们改变了碱基 的配对方式， 配对，Ｇ ，Ｇ与 配对， 的配对方式，让Ａ与Ｔ配对，Ｇ与Ｃ配对，构建 出新的ＤＮＡ双螺旋结构模型。结果发现：Ａ ＤＮＡ双螺旋结构模型 ：Ａ— 出新的ＤＮＡ双螺旋结构模型。结果发现：Ａ 碱基对和Ｇ Ｃ碱基对具有相同的形状和直径， Ｔ碱基对和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， ＤＮＡ分子具有稳定的直径 这样组成的ＤＮＡ分子具有稳定的直径，能够解 Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ的数量关系 同时也能解释Ｄ 的数量关系， 释Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ的数量关系，同时也能解释Ｄ ＮＡ的复制 当他们把这个用金属材料制作的模 的复制。 ＮＡ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， 型与拍摄的Ｘ射线衍射照片比较时，发现两者完 全相符。 全相符。
10
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. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 8. 碱基对 9. 氢键 10. 一条脱氧核苷酸链的片段
8
G
1
T
2
C
9
3
A
4 7
5
6
四、巩固练习
2．从各DNA分子的结构来看，有一个明显的共同特点是 从各DNA分子的结构来看， DNA分子的结构来看
• 在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（DNA） 在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（ ） 可能是遗传物质，但是对于DNA的结构，以及它 的结构， 可能是遗传物质，但是对于 的结构 如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。 如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。 就在这时，富兰克林加入了研究DNA结构的行 就在这时，富兰克林加入了研究 结构的行 在相当不友善的环境下。 列——在相当不友善的环境下。她负责起实验室 在相当不友善的环境下 项目时， 的DNA项目时，有好几个月没有人干活。同事威 项目时 有好几个月没有人干活。 尔金斯不喜欢她进入自己的研究领域， 尔金斯不喜欢她进入自己的研究领域，但他在研 究上却又离不开她。他把她看作搞技术的副手， 究上却又离不开她。他把她看作搞技术的副手， 她却认为自己与他地位同等， 她却认为自己与他地位同等，两人的私交恶劣到 几乎不讲话。在那时的科学界， 几乎不讲话。在那时的科学界，对女科学家的歧 视处处存在，女性甚至不被准许在大学的高级休 视处处存在， 息室里用午餐。 息室里用午餐。她们无形中被排除在科学家间的 联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动态、 联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动态、 交换新理念、触发灵感极为重要。 交换新理念、触发灵感极为重要。