DNA分子结构和复制附件

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1、 富兰克林1920年生于伦敦 ，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，专业是物 理化学。1945年，当获得博士 学位之后，她前往法国学习X 射线衍射技术。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”。1951年，她回到英 国，在伦敦大学国王学院取得 了一个职位 。 在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（ DNA）可能是遗传物质，但是对于DNA的结构 ，以及它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结构的行列在相当不友善的环境下 。她负责起实验室的DNA项目时，有好几个月 没有人干活。同

2、事威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，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，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 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、交换新理念、触发灵感极为重要 。 富兰克林在法国学习的X射线衍射技术 在她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，而物理学家用它来分析晶体的结构 。当X射线穿过晶体之后，会形成衍射图 样一种特定的明暗交替的图形。不 同的晶体产生不同的衍射图样 ，仔细

3、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， 她成功的拍摄了DNA晶体的X 射线衍射照片。 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 报告中展示了的射线衍射照片， 这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，他们的配 合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，而 沃森可以帮助克里克理解生物学的内容。 当时科学界对的认识：分子 是以种脱氧核苷酸为单位连接而成的长 链，这种脱氧核苷酸分别含有、 、四种碱基。沃森和克里克根据威尔 金斯提供的衍射图谱的有关数据推 算出分子呈螺旋结构。他们

4、尝试了 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。但是 这些模型很快被否定了。 失败后，他们并没有放弃，很快又重新构 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， 即与配对，与配对。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。 后来，沃森和克里克从著名生物化学家查哥夫 那里得到一个重要的信息：腺嘌呤（）的量 总是等于胸腺嘧啶（）的量：鸟嘌呤（） 的量总是等于胞嘧啶（）的量。于是他们改 变了碱基的配对方式，让与配对，与 配对，构建出新的双螺旋结构模型。结 果发现：碱基对和碱

5、基对具有相 同的形状和直径，这样组成的分子具有 稳定的直径，能够解释、的数量 关系，同时也能解释的复制。当他们把 这个用金属材料制作的模型与拍摄的射线衍 射照片比较时，发现两者完全相符。这个故事的结局有些伤感。当1962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，富兰克林已经在4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，同一奖项至多只能由 3个人分享。由于富兰克林的突出贡献，人 们总在猜想：假如富兰克林活着，她会得奖 吗？性别差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。 今天，科技界对富兰克林的工作给予很高评 价。思考与讨论

6、： 、请你根据书本的资料回答有关问题 （）是由几条链构成的，它具 有怎样的立体结构？ （）的基本骨架是由哪些物质 组成的？它们位于的什么部位？ （）中的碱基是如何配对的？ 它们位于的什么部位？脱氧核苷酸1、DNA的化学组成基本单位：P脱氧核糖含氮碱基磷酸脱氧核糖 含氮碱基脱氧核苷酸元素组成：C H O N P组成脱氧核苷酸的碱基：胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T ）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）因此，脱氧核苷酸也有4种 腺膘呤脱氧核苷酸A胞嘧啶脱氧核苷酸C鸟瞟呤脱氧核苷酸GT胸腺嘧啶脱氧核苷酸DNA模型建构代表磷酸 D代表脱氧核糖 代表4种碱基 代表连接各组分的化学键 【模型建构1】: 脱氧核苷酸P【模型建

7、构2】一条脱氧核苷酸链DNA模型建构P41 352oP41 3520PP【模型建构3】 DNA双链P41 352oP41 3520PPP41 352oP41 3520PP【模型建构3】 DNA双链两条链中的碱基是排在外外侧，还是在内内侧？【模型建构3】 DNA双链 P41352oP413520PPP41352oP413520PPP41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建构3】 DNA双链P41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建构3】 DNA双链P41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建构3】 DNA双链

8、P41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建构3】 DNA双链连接两条链的碱基如何配对?碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或 嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空 间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小 。而DNA分子的两条链的距离是固定的。为什么只能是A配T，G配C ，不能是A配C，G配T？(1)A的量总是等于T 的量,G的量总是等于 C的量.(2)A与T通过两个氢 键相连，G与C通过 三个氢键相连，使 DNA的结构更加稳 定.模 型 建 构 3 D N A 双 链3.4nm2nm0.34nm模型建构4 DNA双螺旋结构DNA的空间结构以超高分

9、辨率扫描式电子显 微镜拍到的DNA照片。从图上可辨认出从图上可辨认出DNADNA 是由两条链交缠在一是由两条链交缠在一 起的螺旋结构起的螺旋结构PPPPATCGP41352oP413520PPACTG磷酸脱氧核糖含氮碱基DNA的平面结构1 023 4501234 5DNA模型分析反向平行碱基对另一碱基对嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成 碱基对，且A只和T配对、C只和G配对 ，这种碱基之间的一一对应的关系就叫 做碱基互补配对原则。ATGC氢键DNA模型分析AAATTTGGGGCCCATC思考1：结构中 的哪个结构是稳定不变 的?哪个结构是千变万化 的？ 两条长链上的脱 氧核糖与磷酸交 替排列的顺

10、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。 比较不同组的DNA模型有什么不 同？ DNA中的遗传信息蕴藏在哪儿?碱基对的排列顺序不同碱基对的排列顺序中【思考2】3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？2、DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？【思考3】总结DNA分子的结构特点AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由 两条反向平行的脱氧 核苷酸长链盘旋成双 螺旋结构。DNA分子的结构特点AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由 两条反向平行的脱氧 核苷酸长链

11、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；碱基在 内侧。DNA分子的结构特点AAATTTGGGGCCCATC（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；碱基在内侧。（3）两条链上的碱基 通过氢键连结起来， 形成碱基对，且遵循 碱基互补配对原则 。DNA分子的结构特点）DNA分子的特点：多样性 ：一个最短的DNA分子也有4000个碱基 对，可能的排列方式就有44000种。稳定性 ：中的脱氧核糖和磷酸交替连接 的方式不变，两条链间碱基互补配对 的原则不变。（即结构的稳定性）DNA分子碱基对的排列顺序千变万化 。

12、4n(n表示碱基对数)特异性：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。碱基 数目即使相同，碱基的排列顺序还是 可能不同。特定的DNA分子具有特定的碱 基排列顺序。DNA分子的结构小结1.化学组成元素：2.基本组成单位 ： 3.空间结构 ： 4.DNA分子的特点 ：5,4,3,2,1记忆法DNA分子的结构小结1.化学元素组成：C H O N P2.基本组成单位：( 四种)脱氧核苷酸一分子含氮碱基 一分子脱氧核糖 一分子磷酸3.空间结构:规则的双螺旋 结构两条脱氧核苷酸长链 碱基对 氢键 碱基互补配对原则 4.DNA分子特点:多样性,特异性,稳定性设DNA一条链为1链，互补链

13、为2链。根据碱 基互补配对原则 可知：A1 = T2 A2 = T1G1 = C2 G2 = C1 且在DNA双链中： A = T ， G = CA 1T 2T 1A2G 1C 2C 1G 2DNA双链你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学 公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从 中概括出一些规律。 A=T G=CA+G=T+C也可以写成以下形式：规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补 碱基之和 ，并为碱基总数 的 。A+G ( )=T+G ( )=50%A+GT+C =( )( )=( )( )=1A+T+G+CA+T+G+CA+CT+G T+GA+C相等 一半【课堂反馈】1下面是

14、DNA的分子结构模式图，说出图中110的名 称。 123456 78109GTCA1. 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2已知1个DNA分子中有1800个碱基对，其中 胞嘧啶有1000个，这个DNA分子中应含有的 脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是 （ ）A1800个和800个 B1800个和l800个C3600个和800个 D3600个和3600个C【课堂反馈】3、 DNA分子的一条单链中，A=20%， T=22%，求整个DNA分子中G= _ 29%DNA分子

15、各种碱基的数量关系 ： 在整个DNA分子中，A=T、G=C；A+G=T+C，A+C=T+G； (A+G）/（T+C）=1 DNA分子的一条链中的A+T=另一条链的T + A ；同理，G+C = C+G两个非配对碱基之和占碱基总数的50%。 即 A+C=T+G=50%，A+G=T+C=50%在DNA分子中一条链中A+T的和占该链碱基比 率等于另一条链中A+T的和占该链碱基比率，还 等于双链DNA分子中A+T的和占整个DNA分子的 碱基比率。 即：(A1+T1)% = ( A2+T2)% = 总( A+T)%同理 ( G1+C1)% = ( G2+C2)% =总 ( G+C)%如果一条链中的(A+T) / (G+C)=a，则另一条 链中的(A+T) / (G+C)比例也是a；如果一条链中 的(A+G) / (T+C)=b,则另一条链中(A+G) / (T+C) 的比例是1/b练习题 1、某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，则鸟嘌呤的分子数占 . 32%或者：A+G=T+C=50%