高中生物DNA分子的结构课件

科学家的积木游戏
• 沃森和克里克以DNA衍射图谱的有关数据 为基础，推算出DNA分子呈螺旋结构。同 时借鉴和引用了鲍林的方法，用铁丝和纸 板象堆积木一样将分子拼成各种模型。用 这些模型无休止地实验。
已知的知识
• DNA分子是以4
种脱氧核苷酸为
磷酸基团 含氮碱基
单位连接而成的
A
G
长链，这4种脱
脱氧核糖
A+T/G+C=n;整个DNA分子中A+T/C+G=n。
小结
• 通过DNA分子结构的学习，我们能更好的 理解DNA 作为遗传物质所应有的结构与功 能的特点。
• 1、稳定性。 • 2、特异性。 • 3、具有贮存大量遗传信息的能力。 • 关于复制和控制蛋白质的合成我们下一节
再学。
•再见
DNA分子的结构
DNA双螺旋结构模型的构建
叶县三高
吕国奇
• 学习目标；概述DNA分子结构的主要特点。 • 重点：DNA分子结构的主要特点。
• 上一节我们证明了DNA是生物的遗传物质，作 为遗传物质DNA分子是怎样储存遗传信息的？ 又是怎样决定生物性状的呢?这就需要我们首 先弄清楚DNA的结构。DNA的结构到底是怎样 的呢？又有怎样的特点?科学家是怎样发现的 呢?下面就让我们先认识几位科学家，并跟他 们一起构建DNA的结构吧。
• 威尔金斯
莫里斯·威爾金斯，CBE，FRS（英語：Maurice Hugh Frederick Wilkins，1916年12月15日－2004年 10月5日，出生於紐西蘭）是一位英國分子生物學家， 專注於磷光、雷達、同位素分離與X光繞射等領域。 其在倫敦國王學院期間解開了DNA分子結構，以及一 些相關研究，使其與佛朗西斯·克里克、詹姆斯·沃森 共同獲得了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎[1]。他 在國王大學的同事羅莎琳·富蘭克林，也是這項研究 的主要貢獻者之一，但因病逝世，無緣得獎。
氧核苷酸分别含
有A、T、C、G
四种碱基。
C
T
DNA的纵向骨 架是由磷酸和 脱氧核糖交替 组成。
A
• 同时还从图
谱衍射数据
T
计算出DNA
是一个螺旋
结构。
G
C
游戏中的问题1
• 1、DNA 有几条链构成？一条、两条、还是 三条？是单螺旋还是双螺旋？碱基（侧链） 与磷酸脱和氧核糖（主链）谁在外侧？
1952年，S·Furberg推测DNA是由一条多核苷酸链 组成的，在这条单链中，堆砌起来的碱基形成一 根带有磷酸-脱氧核糖主链的柱，而在外面则形 成一个螺旋。但从X射线衍射的数据分析，已经 排除了是单链的可能性。可供选择的方案已缩减 到两链或三链分子。沃森和克里克尝试了很多种 不同的双螺旋和三螺旋结构的模型，在这些模型 中碱基位于螺旋的外部。但这些都失败了。
问题多样性与特异性？
a、组成DNA分子的脱氧核苷酸有四种，在 形成DNA分子时，脱氧核苷酸的种类可以 有差异。
b、脱氧核苷酸在DNA长链排列方式可以有 多种；在不同的生物间，特定的DNA分子 中有特定的碱基排列顺序及贮存着特定的 遗传信息。
于是他们又兴奋的改变了碱基配对的方式， 终于制出了正确的DNA模型。
同学们你认为应该是怎样配对呢？
DNA分子结构模式图
（1）DNA的基本组成单位是什么？
（2）DNA双螺旋结构具有哪些特点？
1、DNA分子有两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺 距相等的规则双螺旋结构。
2、DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替的排列顺序稳定不 变。
3、DNA分子双螺旋结构中间为碱基对，碱基之间形成氢 键，从而维持双螺旋结构的稳定。
4、DNA分子之间的碱基严格按照碱基互补配对原 则进 行配对。
5、每个特定的DNA分子中，碱基对的数量和排列顺序稳 定不变。
碱基互补配对原则
• 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）配对；G（鸟嘌呤） 一定与C（胞嘧啶）配对。碱基之间这种一 一对应的关系，叫碱基互补配对原则。
• 碱基之间不是同配，为什么？
为此，他请求数学家格里菲斯(J．Criffith)为他 计算在一个DNA分子内相同碱基之间的吸引力，后 者发现，从理论上考虑，DNA分子中不是相同碱基 的相互吸引，而似乎是不同碱基之间的相互吸引。
碱基之间互补配对，那么是哪两个碱基配对呢？
柳暗花明
• 就在这时，他们从奥地利的著名生物化学 家查哥夫那里得到一个重要信息：腺嘌呤 （A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量； 鸟嘌呤（G）的量总等于胞嘧啶（C）的量。
弗朗西斯·哈里·康普顿·克里克 Francis Harry Compton Crick 1916.6.8—— 2004.7.28）英国物理学家，精通有机化学、X射 线衍射理论和技术。同样受«生命是什么»的影响。
初识DNA的X射线衍射图
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果会 议。会上英国著名生物物理学 家威尔金斯在报告中展示了一 张DNA的X射线衍射的幻灯片， 给沃森留下了极深刻的印象。 但做为生物学家的沃森并不能 真正理解图谱的含义。
志同道合的搭档
• 同年秋天，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。
鲍林的启示
鲍林(Pauling)在研究蛋白质α -螺旋结 构时，采用了一个考察分子模型的极好 的物理方法，即首先通过从理论上考虑 建立各种可能的模型，然后用X射线衍 射结果来检验模型，从而在1951年成功 地建立了蛋白质的α -螺旋模型。
DNA分子碱基数量计算
• 在双链DNA分子中，两条链分别是a链和b 链，则有；
• 1、A=T，C=G • 2、A+G=C+T=50% • 3、A+G/T+C=1 • 4、在a链中A+G/T+C=n，则b链中
A+G/T+C=1/n;整个双链中A+G/T+C=1 • 5、在a链中，A+T/C+G=n,则b链中
罗莎琳.富兰克林
•
罗莎琳·埃尔西·富兰克林
（Rosalind Elsie Franklin，1920
年7月25日－1958年4月16日），
是一位英国物理化学家与晶体学家。
她所做的研究，专注于DNA、病毒、
煤炭与石墨等物质的结构。其中她
所拍摄的DNA晶体衍射图片“照片
51号”，以及关于此物质的相关数
据，是詹姆斯·华生与佛朗西斯·克
里克解出DNA结构的关键线索。此
后她也领导了关于烟草镶嵌病毒与
小儿麻痹病毒的研究。
•
1958年，富兰克林因支气管肺
炎及卵巢癌逝世。2003年，伦敦国
王学院将一栋新大楼命名为“罗莎
琳—威尔金斯馆”以纪念她与同事
莫里斯·威尔金斯的贡献。
沃森与克里克
詹姆斯·沃森(1928～ ) Watson，James Dewey 美国 生物学家。美国科学院院士。深 受薛定谔«生命是什么»的影响。
越败越战
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-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。
好事多磨
• 新的模型中碱基的配对是同配还是异配呢？ • 在新的模型中是相同碱基进行配对，即A与
A、T与T配对。但是化学家指出这种配对方 式违背了化学规律。
面对的难题
薛定谔
• 奥地利物理学家 （1887——1961）概 率波动力学的创始人。
1944年， 薛定谔著《生命是什么》一书， 试图用热力学、量子力学和化学理论来解 释生命的本性。这本书使许多青年物理学 家开始注意生命科学中提出的问题，引导 人们用物理学、化学方法去研究生命的本 性，使薛定谔成为蓬勃发展的分子生物学 的先驱。