高中生物 必修二 DNA分子的結(jié)構(gòu)

DNA分子的構(gòu)造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的雙螺旋構(gòu)造，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？這些機理都蘊藏在克里克和沃森的DNA雙螺旋構(gòu)造模型的偉大發(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雙螺旋構(gòu)造模型的構(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，摩爾根經(jīng)過果蠅雜交實驗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，并以為DNA能夠就是基因。1951年，生物物理學(xué)家威爾金斯用X射線衍射技術(shù)對DNA構(gòu)造進展研討，發(fā)現(xiàn)DNA是一種螺旋構(gòu)造。女物理學(xué)家富蘭克林在1951年底拍到了一張非常明晰的DNA的X射線衍射照片。DNA雙螺旋構(gòu)造模型的構(gòu)建討論1：沃森和克里克在構(gòu)建DNA模型過程中，利用了他人的哪些閱歷和成果？又涉及到哪些學(xué)科的知識和方法？而這些，對他了解生物科學(xué)的開展以及和各學(xué)科的聯(lián)絡(luò)有什么啟示？沃森和克里克在構(gòu)建模型的過程中，出現(xiàn)過哪些錯誤？他們是如何對待和糾正這些錯誤的？沃森和克里克默契配合，發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋構(gòu)造的過程，作為科學(xué)家協(xié)作研討的典范，在科學(xué)界傳為佳話。他們這種任務(wù)方式給予他哪些啟示？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。涉及的方法主要有：X射線衍射構(gòu)造分析方法，其中包括數(shù)學(xué)計算法；建構(gòu)模型的方法等?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中許多成果的獲得，都是多學(xué)科交叉運用的結(jié)果；反過來，多學(xué)科交叉的運用，又會促進學(xué)科的開展，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)時掌握的資料，最初嘗試了很多種不同的雙螺旋和三螺旋構(gòu)造模型，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)家的協(xié)助下，他們否認了最初建立的模型。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，銜接雙鏈構(gòu)造的堿基之間是以一樣堿基進展配對的，即A與A、T與T配對。但是，有化學(xué)家指出這種配對方式違反了化學(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，沃森和克里克改動了堿基配對的方式，讓A與T配對，G與C配對，最終，構(gòu)建出了正確的DNA模型。3.提示：要擅長利用他人的研討成果和閱歷；要擅長與他人交流和溝通，閃光的思想是在交流與撞擊中獲得的；研討小組成員在知識背景上最好是互補的，對所從事的研討要有興趣和熱情等。沃森和克里克的勝利憑仗的是一種稀缺的想像力，而不是艱苦的實驗數(shù)據(jù)搜集，這決不是投機取巧。對此，他人只能望塵莫及。首先，他們都自信心十足地看好DNA。這就是說，在研討前景還不十清楚朗的情況下，他們卻憑著某些關(guān)鍵的線索〔如艾弗里的細菌轉(zhuǎn)化實驗〕而認準(zhǔn)DNA必定會是一個業(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)略目光而與此失之交臂〔如德爾布呂克〕；其次，他們是一對最正確同伴，沃森熟習(xí)噬菌體方面的實驗，他的博士論文即與此有關(guān)，而克里克那么知曉數(shù)學(xué)、物理學(xué)這些被沃森視之為有點難度的學(xué)科，他倆的協(xié)作是生物學(xué)與物理學(xué)互補的最正確典范。相形之下，威爾金斯與富蘭克林雖然是當(dāng)時DNA構(gòu)造研討的公認權(quán)威，許多張x射線衍射圖片即出自于他們之手，但他倆的協(xié)作卻相當(dāng)糟糕；第三，他們擅長模擬前人的勝利閱歷。諾貝爾獎獲得者鮑林勝利地用模型方法提出蛋白質(zhì)的α螺旋實際，而雙螺旋模型的建立正是勝利地借用了這一方法，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構(gòu)造，被富蘭克林視之為好像小孩子的搭積木游戲；最后，他們還有天賦的好運，其實這與其說是一種好運，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？它具有怎樣的立體構(gòu)造？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？DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？DNA的空間構(gòu)造以超高分辨率掃描式電子顯微鏡拍到的DNA照片。從圖上可識別出DNA是由兩條鏈交纏在一同的螺旋構(gòu)造DNA的構(gòu)造方式圖從圖中可見DNA具有規(guī)那么的雙螺旋空間構(gòu)造放大DNA的空間構(gòu)造AAATTTGGGGCCCATC磷酸脫氧核糖含氮堿基堿基對另一堿基對嘌呤和嘧啶之間經(jīng)過氫鍵配對，構(gòu)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)系就叫做堿基互補配對原那么。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構(gòu)造。DNA分子的構(gòu)造特點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構(gòu)造?！?〕DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替銜接，陳列在外側(cè)，構(gòu)成根本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。DNA分子的構(gòu)造特點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構(gòu)造。〔2〕DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替銜接，陳列在外側(cè)，構(gòu)成根本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)?！?〕兩條鏈上的堿基經(jīng)過氫鍵連結(jié)起來，構(gòu)成堿基對，且遵照堿基互補配對原那么。DNA分子的構(gòu)造特點AAATTTGGGGCCCATC他留意到了嗎？兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替陳列的順序是穩(wěn)定不變的。長鏈中的堿基對的陳列順序是千變?nèi)f化的。他留意到了嗎？兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替陳列的順序是穩(wěn)定不變的。長鏈中的堿基對的陳列順序是千變?nèi)f化的。DNA分子的特異性就表達在特定的堿基〔對〕陳列順序中。DNA分子的特異性：①多樣性：DNA分子堿基對的陳列順序千變?nèi)f化。一個最短的DNA分子也有4000個堿基對，能夠的陳列方式就有44000種。②特異性：特定的DNA分子具有特定的堿基陳列順序。不同的生物，堿基對的數(shù)目能夠不同，堿基對的陳列順序一定不同。③遺傳信息：DNA分子中的堿基對陳列順序就代表了遺傳信息。DNA分子的構(gòu)造小結(jié)★化學(xué)組成：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★空間構(gòu)造規(guī)那么的雙螺旋構(gòu)造兩條脫氧核苷酸長鏈堿基對氫鍵堿基互補配對原那么★分子構(gòu)造的多樣性和特異性拓展題：他能根據(jù)堿基互補配對原那么，推導(dǎo)出相關(guān)的數(shù)學(xué)公式嗎？推導(dǎo)后，嘗試進一步總結(jié)這些公式，從中概括出一些規(guī)律。∵A＝T，G＝C∴A+G＝T+C∴A+GT＋C〔〕〔〕

50％也可以寫成以下方式：A+GT＋C1〔〕〔〕〔〕〔〕……規(guī)律概括：在DNA雙鏈中，恣意兩個不互補堿基之和，并為堿基總數(shù)的。A+T+C+GA+T+C+GA+CT+GA+CT+G相等50％DNA分子各種堿基的數(shù)量關(guān)系：①在整個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假設(shè)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；假設(shè)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/b③兩個非配對堿基之和占堿基總數(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親子鑒定用于以下一些案件中：1．戶口申報中親生血緣關(guān)系鑒定2．離婚、財富承繼案中的親生血緣關(guān)系鑒定