32DNA分子的结构

2001年9月11日 恐怖分子袭击了美国世贸大厦 造成重大人员伤亡 很多人的遗体被埋在废墟中 并且遭到严重破坏 以至于身份根本无法辨认 同学们根据你们所学习的知识 怎样才能把这些人的身份辨认出来呢 第二节DNA分子的结构 回眸历史 一 双螺旋结构模型的构建 1951年生物大分子结构会议在意大利举行 英国著名生物物理学威尔金斯在报告中展示了一张DNA的X射线衍射图谱 给沃森 J D Watson 留下了极其深刻的印象 一 双螺旋结构模型的构建 这张衍射图谱是由威尔金斯的同事富兰克林 R E Franklin 1920 1958 提纯DNA并做出来的 这年秋天 沃森来到英国卡文迪什实验室工作 在这里他遇到了物理学家出身的克里克 F Crick 1916 2004 一 双螺旋结构模型的构建 当时 科学界对DNA的认识 A G C T 20世纪30年代 科学家认识到 组成DNA分子的基本单位是 脱氧核苷酸 DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链 一 双螺旋结构模型的构建 沃森和克里克以衍射图谱为基础推算出DNA分子呈螺旋结构 双螺旋 三螺旋 碱基位于螺旋的外部 否定 重新构建 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 且相同碱基进行配对 配对方式违反化学规律 改变碱基配对方式 A与T配对 G与C配对 构建出新的DNA模型 发现A T碱基对与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 能够解释A T G C的数量关系 同时也能解释DNA的复制 并且模型与衍射照片完全符合 1952年春 奥地利生化学家查哥夫访问剑桥大学 A T G C 一 双螺旋结构模型的构建 1953年 沃森和克里克撰写的 核酸的分子结构 脱氧核糖核酸的一个结构模型 论文在英国 自然 杂志上刊载 1962年 沃森 克里克和威尔金斯三人共同获得了诺贝尔生理学或医学奖 一 双螺旋结构模型的构建 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 思考与讨论 DNA的结构模式图 从图中可见DNA具有规则的双螺旋空间结构 放大 二 分子的结构 A A A T T T G G G G C C C A T C 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 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 对应的关系就叫做碱基互补配对原则 碱基对之间的氢键具有固定的数目 A与T有两个氢键 C与G有三个氢键 A T G C 氢键 A T G C A A A T T T G G G G C C C A T C 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 A A A T T T G G G G C C C A T C 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 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 A A A T T T G G G G C C C A T C 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 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分子双螺旋结构的主要特点 A A A T T T G G G G C C C A 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 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分子的多样性和特异性就体现在特定的碱基 对 排列顺序中 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 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 稳定性 中的脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定不变 两条链间碱基互补配对的方式稳定不变 即结构的稳定性 DNA分子碱基对数量不同 碱基对的排列顺序千变万化 特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序 DNA分子的特性 DNA分子的结构小结 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 空间结构 规则的双螺旋结构 两条脱氧核苷酸长链 基本骨架在外 碱基在内侧 氢键碱基对碱基互补配对原则 DNA分子的特性 结构的稳定性 多样性和特异性 1 沃森和克里克在构建模型的过程中 利用了他人的哪些经验和成果 思考 2 沃森和克里克在构建模型的过程中 出现过哪些错误 他们是如何对待和纠正这些错误的 2 上述资料中涉及到那些学科的知识和方法 这对你理解生物科学的发展有什么启示 主要涉及了物理学 主要是晶体学 生物化学 数学和分子生物学等学科的知识 涉及的方法主要有 X射线衍射结构分析方法 其中包括数学计算法 构建模型的方法等等 现代科学技术中许多成果的取得都是多学科交叉运用的结果 反过来 多学科交叉的运用 又会促进学科的发展 诞生新的边缘学科 如生物化学 生物物理学等 思考与讨论 要善于利用他人的研究成果和经验 要善于与他人交流和沟通 闪光的思想是在交流与撞击中获得的 研究小组成员在知识背景上最好是互补的 对所从事的研究要有兴趣和激情等 3 沃森和克里克默契配合 发现DNA双螺旋结构的过程 作为科学家合作的研究的典范 在科学界传为佳话 他们的这种工作方式给予你那些启示 三 制作DNA双螺旋结构模型 注意事项 制作磷酸脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时 须注意各分子的大小比例 磷酸脱氧核糖和含氮碱基三者之间的连接部位要正确 制作两条长链是 注意每条链上碱基总数要一致 碱基对间应是互补配对的两条链方向是相反的 拓展题 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 C A G T C A 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 T C G A T C G A C T G A C T G 恒等 50 n 双链DNA分子中 两互补碱基相等 任意两个不互补碱基之和恒等 各占碱基总数的50 且不互补碱基之和的比值等于1 A G T C A C T G T C A G T G A C 1 双链DNA分子中A T G C等于其中任何一条链的A T G C 规律总结 A T C G A G T C A C T G 50 n 双链DNA分子中 互补的两条链中A G T C互为一比值的倒数 倒数 即两不互补碱基之和的比值等于另一互补链中这 双链DNA分子中 A T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A T占该链碱基总数的百分比 m m DNA分子中的碱基互补配对原则的有关计算 某生物细胞DNA分子的碱中 分子数占22 那么 胞嘧啶的分子数占 腺嘌呤的A 11 B 22 C 28 D 44 C DNA分子中的碱基互补配对原则的有关计算 2 根据碱基互补配对原则 在A G时 双链DNA分子中 下列四个式子中正确的是 C DNA分子中的碱基互补配对原则的有关计算 3 若DNA分子的一条链中 A T C G a 则其互补链中该比值为 A aB 1 aC 1D 1 1 a4 若DNA分子中一条链的碱基摩尔比为A C G T 1 1 5 2 2 5 则其互补链中嘌呤碱基与嘧啶碱基的摩尔比为A