DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的歷史與結(jié)構(gòu)內(nèi)容.課件

1、2022/7/2312022/7/232DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)旅程DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生物學(xué)發(fā)展的重要影響？幾點啟示2022/7/233自從孟德爾的遺傳定律被重新發(fā)現(xiàn)以后，人們又提出了一個問題：遺傳因子是不是一種物質(zhì)實體？是的話，又是哪一種物質(zhì)呢？為了解決基因是什么的問題，人們開始了對核酸和蛋白質(zhì)，以及其他大分子的研究。DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史2022/7/234DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史分離篇1869年：米歇爾（Johann Friedrich Miescher，18441895）瑞士的化學(xué)家）首次分離出DNA米歇爾年輕時，細(xì)胞核還僅僅是被作為細(xì)胞中央很少見到的斑點而

2、加以描述。米舍爾很想揭示細(xì)胞核的化學(xué)組成。他選取浸泡在膿液中的繃帶作為研究的材料，因為膿液能提供非常好的白細(xì)胞資源。在研究來自外科繃帶中的膿液的細(xì)胞核時，他發(fā)現(xiàn)一個含有大量磷的新復(fù)合物，因為他發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)位于細(xì)胞核中，他稱其為“核素”。2022/7/235這是一個在當(dāng)時顯得很不尋常的發(fā)現(xiàn)?；罴?xì)胞中央竟會存在磷？這似乎令人難以置信。在對此物質(zhì)的基本化學(xué)成分進(jìn)一步的研究中，發(fā)現(xiàn)它實際上是酸，所以它被重新命名為核酸。后來的人們又發(fā)現(xiàn)核酸有兩種。一種是脫氧核糖核酸DNA，另一種是核糖核酸RNA。核酸十分不穩(wěn)定，提取時必須非常小心，速度要快，還得保持很低的溫度。為了制備核酸，米歇爾從清晨5時開始，就在一個

3、低溫的房間內(nèi)迅速地工作。最后的制備物可以保存在純酒精中。然而他的辛苦勞動未能贏得同代人的贊揚(yáng)，相反對他工作的批評意見卻蜂擁而至。 2022/7/236DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史混亂篇1869年發(fā)現(xiàn)核素后的最初一段時間里，人們對它的了解是混亂的。如有化學(xué)家宣稱，核素“無非是一種不純凈的蛋白質(zhì)物質(zhì)”。闡明核酸化學(xué)基本原理的是俄裔美國科學(xué)家列文（Phoebus Avaron Lvevene，1691940）。他在1900年開始研究核酸化學(xué)，到1905年已經(jīng)成為國際知名的核酸研究權(quán)威。 2022/7/237DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史混亂篇列文把核酸同蛋白質(zhì)區(qū)別開來。他闡明了組成兩種核酸的糖類的結(jié)構(gòu)，他的工

4、作使人們認(rèn)識到核酸因其所含的糖類不同可以分成兩類。他搞清了核苷、核苷酸的結(jié)構(gòu)，提出核酸是由大量核苷酸通過酯鍵連接成的高分子化合物。他的工作使人們形成了一個關(guān)于核酸的比較清晰的圖畫，使人類對核酸的認(rèn)識有了很大進(jìn)步。2022/7/238DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史混亂篇列文還發(fā)現(xiàn)核酸中的四種堿基克分子數(shù)相等（實際上這些數(shù)據(jù)是不精確測量的結(jié)果）。列文在這證據(jù)下于1908年提出了“四核苷酸假說”。這一假說是說：四種堿基是等量的。在更精細(xì)一些組織的水平上，它意味著多核苷酸是由某種確定的、排列順序不變的單位所組成，而這些單位本身又是由四種核苷酸組成的結(jié)合體。2022/7/239DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史混亂篇最

5、后對這些數(shù)據(jù)的解釋意味著，DNA是一種同糖原相類似的重復(fù)的多聚體。這一假說由于列文的權(quán)威地位被學(xué)術(shù)界廣泛接受，但這種假說將核酸原本的復(fù)雜結(jié)構(gòu)過于簡單化了，特別是不能解釋核酸中豐富的信息含量，因而是錯的，正是他的這一假說阻礙了人們對核酸功能的研究。2022/7/2310DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史混亂篇這樣列文的工作是把核酸作為遺傳物質(zhì)的可能性給取消了。如果接受他提出的四核苷酸假說，那么就意味著核酸大分子是由四種核苷酸按照相同的分子比例連接成的四聚體反復(fù)重復(fù)形成的。如AGTC AGTC AGTC AGTC。一串如此單調(diào)的分子是不可能產(chǎn)生對遺傳物質(zhì)來說必不可少的多樣性。事實上，在列文的四核苷酸假說下，

6、DNA的結(jié)構(gòu)太簡單了，它所扮演的“單純的分子”角色不可能在機(jī)體中起到主要的作用。2022/7/2311DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史混亂篇米歇爾曾私下推究在可遺傳性狀的傳遞中核素的可能作用。他認(rèn)為，核素的原子可能形成“異構(gòu)體”或“幾種不同的空間排列”，由此而導(dǎo)致變異。 1885年，德國解剖學(xué)家赫特維希（Oscar Hertwig，1849-1922）提出，核素可能負(fù)責(zé)受精和傳遞遺傳性狀。1895年，英國細(xì)胞學(xué)家威爾遜(Edmund B.Wilson,18561939)認(rèn)為：由雙親所提供的兩個染色體組是嚴(yán)格相等的，雙親在子代遺傳上的貢獻(xiàn)是均等的,并指出這是一條普遍的規(guī)律,適用于一切動植物。這種遺傳物質(zhì)

7、就是染色質(zhì)，染色質(zhì)很可能就是米歇爾所指的核素。 但早期的這類推測并未引起當(dāng)時學(xué)術(shù)界的注意與重視。2022/7/2312DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史混亂篇在1910年1930年間，染色質(zhì)被認(rèn)真作為遺傳物質(zhì)的聲譽(yù)似乎失去了。當(dāng)時，關(guān)于染色質(zhì)化學(xué)的大多數(shù)論文，完全不討論染色質(zhì)可能具有的生物學(xué)作用。生物學(xué)家對染色質(zhì)的期望也變成了泡影。具有諷刺性的是，這卻是改進(jìn)了核酸化學(xué)分析方法所造成的。人們發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)在細(xì)胞周期中的行為似乎十分特別，在某一段時期，染色質(zhì)仿佛消失了（實際上是顯微鏡觀察不到），這一現(xiàn)象不太符合作為遺傳物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，因為遺傳物質(zhì)應(yīng)該是一代一代穩(wěn)定遺傳，不會消失的。2022/7/2313DNA是遺傳

8、物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史革命篇與蛋白質(zhì)的競爭： 作為遺傳物質(zhì)有利爭奪者的是被視為生命中心分子的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)一方面于生命是極其重要的，另一方面人們很早就認(rèn)識到蛋白質(zhì)不僅有二十多個基本構(gòu)成，并且大小和形狀多樣。簡單說，蛋白質(zhì)是復(fù)雜的。這正是作為遺傳物質(zhì)的必要條件。在蛋白質(zhì)是生命的中心分子這一觀念的影響和束縛下，DNA被忽視了。2022/7/2314DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史革命篇脫穎而出、捍衛(wèi)地位：（證實DNA重要性的幾個經(jīng)典實驗 ）1、1928年細(xì)胞學(xué)家格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗 2、1944年艾弗里的轉(zhuǎn)化因子實驗DNA是轉(zhuǎn)化因子，是它在執(zhí)行傳遞任務(wù)。DNA是值得進(jìn)一步研究的物質(zhì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象3、噬菌體小組

9、的故事 4、1952年赫爾希蔡斯混合實驗 證明進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的是噬菌體的DNA，而不是蛋白質(zhì)。也就是說DNA帶有遺傳信息。噬菌體是由兩大類分子構(gòu)成的：蛋白質(zhì)和DNA。2022/7/23152022/7/23162022/7/23172022/7/23185、查伽夫（奧地利生化學(xué)家Erwin Chargaff,1905-?)的工作 DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史革命篇他的研究使當(dāng)時對于DNA的看法起了革命性的變化。發(fā)現(xiàn)了查伽夫規(guī)則：腺嘌呤A與胸腺嘧啶T數(shù)量相等，鳥嘌呤G與胞嘧啶C數(shù)量相等。2022/7/23191953年2月28日， DNA突然綻放出了它的異彩。 在英國劍橋的伊爾(Eagle)酒館，37

10、歲的英國科學(xué)家克里克向在場吃午飯的人(主要是一些科學(xué)家)宣布，他和25歲的美國同事沃森已經(jīng)完成了一項偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)分子模型，從而揭示了生命的奧秘。消息傳出，滿座皆驚。不久，他們的論文核酸的分子結(jié)構(gòu) 脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)和脫氧核糖核酸結(jié)構(gòu)的遺傳學(xué)意義兩篇文章相繼于4月25日和5月3o日在英國權(quán)威科學(xué)雜志自然上刊出。從此，生物科學(xué)史上一個嶄新的時代 分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的時代開始了!分子生物學(xué)時代的到來DNA綻放篇2022/7/2320讓我們進(jìn)入這條發(fā)現(xiàn)之路吧！2022/7/23211951年5月1沃森出席了在意大利那不勒斯召開的一次會議，聽到了倫敦國王大學(xué)莫里斯威爾金斯教授

11、所做的一篇有關(guān)DNA X射線結(jié)晶學(xué)的報告。2鮑林破譯了角蛋白的分子結(jié)構(gòu)。1951年4月3沃森來到劍橋大學(xué)的卡文迪什實驗室從事研究工作，在那里他遇到了克里克。1951年10月DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)旅程2022/7/23221951年11月4沃森和威爾金斯參加了富蘭克林主持召開的研討會，遺憾的是沃森記不得富蘭克林測量的DNA樣品中水的精確含量。5沃森和克里克制作了一個具有三條螺旋鏈的DNA模型，而富蘭克林看后立刻指出他們的重大錯誤，因為DNA分子中水的含量幾乎是她假定的十倍。1951年11月6由于沃森和克里克的失誤，他們被迫停止了DNA項目的研究，并把DNA模型的裝配架送給了在倫敦工作的威爾金斯和富

12、蘭克林。1951年12月DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)之路2022/7/23231952年5月7富蘭克林得到了最為重要的DNA X射線圖像，并將其命名為B型DNA；富蘭克林和威爾金斯正式分道揚(yáng)鑣?？ㄎ牡鲜矊嶒炇抑魅沃概赏柦鹚关?fù)責(zé)研究B型DNA，而富蘭克林則負(fù)責(zé)從事A型DNA的研究。8沃森和克里克得知，鮑林提出的DNA模型是一個以糖和磷酸骨架為中心的三條鏈的螺旋結(jié)構(gòu)。1953年1月28日DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)之路2022/7/23249沃森意識到鮑林提出的DNA模型的不合理之處，并親自趕往倫敦將真實情況告訴威爾金斯和富蘭克林。隨后，威爾金斯向沃森展示了富蘭克林得到的一幅清晰的B型DNA照片副本，沃森看后更

13、加強(qiáng)了他對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型正確性的理解。1953年1月30日10英國的自然雜志刊登了美國的沃森和英國的克里克在英國劍橋大學(xué)合作的研究成果：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。1953年4月25日DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)之路2022/7/23251962年，沃森、克里克和威爾金斯三人共獲諾貝爾獎。2022/7/2326沃森、克里克成功原因之一完美互補(bǔ) 噬菌體侵染細(xì)菌的實驗小組成員沃森在得到DNA是遺傳物質(zhì)的充分證據(jù)后，由于當(dāng)時DNA是遺傳物質(zhì)的機(jī)理并不清楚，刺激了他研究DNA結(jié)構(gòu)的想法，導(dǎo)致了他與克里完美的互補(bǔ)合作，因為克里克有句名言：“如果不能研究功能，就去研究結(jié)構(gòu)?！?022/7/2327性格互補(bǔ)：

14、 沃 森孤僻、安靜、性格內(nèi)向 克里克嗓門很高、比較外向沃森、克里克成功原因之一完美互補(bǔ)專業(yè)互補(bǔ)： 沃森熟悉噬菌體方面的實驗，而克里克則精通數(shù)學(xué)、物理學(xué)這些被沃森視之為有點難度的學(xué)科，他倆的合作是生物學(xué)與物理學(xué)互補(bǔ)的最佳典范；無私地互相補(bǔ)充、互相取長補(bǔ)短、互相坦誠地批評和互相鼓勵。人人不應(yīng)成為孤島2022/7/2328認(rèn)準(zhǔn)DNA必定會是一個業(yè)績驕人的績優(yōu)股大膽假設(shè)、細(xì)心求證、百折不撓、虛心求教、不斷汲取新知。借鑒諾貝爾獎獲得者鮑林成功地用模型方法提出蛋白質(zhì)的螺旋理論良好心態(tài)目標(biāo)一致借鑒他人沃森、克里克成功其他原因：2022/7/2329沃森、克里克成功其他原因：高超的想象力和敏感的直覺: 關(guān)于D

15、NA的x射線衍射圖片只能提供一半的信息，另一半則來自于研究者的想象。沃森和克里克的成功憑借的是一種稀缺的想像力，而不是艱苦的實驗數(shù)據(jù)收集，這決不是投機(jī)取巧。所謂物以稀為貴。對此別人只能望塵莫及。 沃森憑著生物學(xué)家的直覺，堅信生物體偏愛螺旋形?？死锟藙t從物理學(xué)角度出發(fā)認(rèn)為，規(guī)則的螺旋會大大減少自由變量的數(shù)目，這將使結(jié)構(gòu)變得易解。此外，就是對雙鏈的設(shè)定。因為圖片信息無法提供鏈條的數(shù)目，鮑林和威爾金斯（包括沃森和克里克）最初都在三鏈模型上栽過跟頭，是沃森的生物學(xué)直覺再次幫了他們，因為成雙配對正是生物界的基本現(xiàn)象。2022/7/2330沃森、克里克成功背后的英雄之一X射線晶體學(xué)領(lǐng)域的英格蘭玫瑰富蘭克林

16、拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片，這張照片正是發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。英國X射線晶體衍射技術(shù)專家羅莎琳德弗蘭克林(RFranklin，19201958)2022/7/2331沃森、克里克成功背后的英雄之二 奧地利量子物理學(xué)家埃爾文薛定諤(Erwin Schrodinger，18871961)認(rèn)為基因是一種有特殊地位的分子，物理學(xué)和化學(xué)規(guī)律同樣可以應(yīng)用于細(xì)胞及基因的研究。 2022/7/2332沃森、克里克成功背后的英雄之三 美國化學(xué)家努斯鮑林(Linus Pauling190119941954年諾貝爾化學(xué)獎和1962年諾貝爾和平獎得主)他將x衍射圖譜與原子間相互關(guān)系結(jié)合起來，建造分子模型，然后用

17、x衍射圖數(shù)據(jù)來檢驗?zāi)Ｐ偷男Ч睦碚撋献C明這兩者的一致性。 2022/7/2333沃森、克里克成功背后的英雄之四 新西蘭生物物理學(xué)家奠里斯威爾金斯 (MauriceHWilkings，1916？)1951年，威爾金斯在意大利那不勒斯舉行的生物大分子結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議上，作了關(guān)于DNA衍射圖片分析的報告，并出示了一張DNA纖維的x一射線衍射圖，這給當(dāng)時參加會議的沃森留下了深刻印象 2022/7/2334沃森、克里克成功背后的英雄之五奧地利生物化學(xué)家埃爾文查迦夫(Erwin Chargaf，1905一)查伽夫及其同事發(fā)明用色層分析法測量DNA內(nèi)部的各種堿基的含量，并作了精細(xì)的分析。結(jié)果表明：腺嘌呤(A)

18、與胸腺嘧啶(T)，鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)比值接近1：1，這就是現(xiàn)在眾所周知的DNA分子的“堿基配對”原則。 2022/7/2335沃森、克里克成功背后的英雄之六英國數(shù)學(xué)家約翰格里菲斯(John Griflqth)格里菲斯的貢獻(xiàn)在于，為沃森和克里克計算了一個DNA分子內(nèi)堿基的相互吸引力(弱的相互作用)。使沃森和克里克茅塞頓開，走出了“相同堿基相互吸引”的誤區(qū)，最終走向成功。 2022/7/23361869醫(yī)生米歇爾(Miescher F)發(fā)現(xiàn)，在傷口膿液細(xì)胞的核中有一種酸性物質(zhì)，它由蛋白質(zhì)和另一種化合物構(gòu)成。米歇爾為后者起名為核酸，這便是今天我們所認(rèn)識的脫氧核糖核酸 DNA 1919雷文訥(

19、Levene PA)提出，在DNA中有4種核苷酸，它們接續(xù)排列。 1928格里菲斯(Grifith F)發(fā)現(xiàn)，在熱滅活的肺炎雙球菌中有一種物質(zhì)，可使攜帶它的活體細(xì)菌發(fā)生遺傳性變化。他稱這種現(xiàn)象為1928正“轉(zhuǎn)”(transformation) 1938西格納(Signer R)等發(fā)現(xiàn)，DNA的分子量可高達(dá)5O萬一100萬。因此，雷文訥的4核苷酸結(jié)構(gòu)必定是一條長鏈 1944阿瑞里(Arery O)等從化學(xué)上辨明，格里菲斯的“轉(zhuǎn)化”是基于DNA，并且明確提出：DNA是基因材料 1949查伽夫(cl E)報告，在不同的DNA片斷中堿基的組成是不同的。全部嘌呤(即A和G)的總合大約等于全部嘧啶(即T和

20、C)的總和。并且，A與T數(shù)量相等，G與C的數(shù)量也相等 1949凡特列(Vendrely R)等發(fā)現(xiàn)，在人體性細(xì)胞核中DNA的數(shù)量只及體細(xì)胞的一半 1951富蘭克林通過x射線衍射區(qū)分了兩種類型(A型和B型)的DNADNA發(fā)現(xiàn)全記錄2022/7/23371952何舍衣(Hershey A)等發(fā)現(xiàn)，在病毒感染細(xì)菌的過程中，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的只是病毒的核酸，而沒有病毒蛋白，并且病毒可在細(xì)菌內(nèi)部繁衍后代 1952富蘭克林獲得了極為清晰的B型DNAX射線的衍射圖。該圖直接了當(dāng)?shù)仫@示出DNA的螺旋結(jié)構(gòu)：螺旋的軸向周期是4rim，并且在034rim處另有很強(qiáng)的反射。這些定量結(jié)果與我們現(xiàn)在對DNA的認(rèn)識完全致：盤繞

21、螺旋軸的每一圈有1O個核苷酸，螺距是336rim 19534月25日(Nature)刊出了沃森和克里克等具有里程碑意義的3篇論文 1954物理學(xué)家伽莫夫(Gamow G)提出，DNA對蛋白質(zhì)的合成起編碼作用1955本策(Benzer S)分析了一種病毒的DNA精細(xì)結(jié)構(gòu)，區(qū)分了沿DNA鏈的單個堿基 1957克里克提出“中心法則”：生命體的遺傳信息在于DNA中核苷酸的次序，它決定了各種蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序 1958梅賽爾森(Meselson M)等用放射性同位素跟蹤細(xì)胞分裂過程，展示了DNA鏈的半保留復(fù)制：雙螺旋在復(fù)制之前必須先解開，舊鏈作為模板為兩條新鏈的合成提供信息，同時舊鏈本身又成為新雙

22、螺旋的一部分 DNA發(fā)現(xiàn)全記錄2022/7/23381958柯思貝克(Komberg A)等分離出DNA聚合酶，從生物化學(xué)的角度證明：這種酶在DNA復(fù)制中起“復(fù)印機(jī)”的作用。新鏈的堿基與模板鏈堿基互補(bǔ)配對，即A對T，C對G；兩條新鏈合成的運(yùn)行方向是相反的1961尼倫貝克(NirenbergM)等闡明，核苷酸的次序可以編碼氨基酸，從而為破譯基因編碼奠定了基礎(chǔ) 1962諾貝爾醫(yī)學(xué)獎授予沃森、克里克和威爾金斯。然而，曾對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)作出決定性貢獻(xiàn)的女科學(xué)家富蘭克林，卻因英年早逝(1958年死于癌癥，年僅37歲)未能登上諾貝爾領(lǐng)獎臺 DNA發(fā)現(xiàn)全記錄2022/7/2339DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)

23、現(xiàn)對生物學(xué)發(fā)展的重要影響DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)后，極大地震動了學(xué)術(shù)界，啟發(fā)了人們的思想。從此，一個眼花繚亂、匪夷所思的分子生物學(xué)和基因工程的時代開始了。人們以遺傳學(xué)為中心開展了大量的分子生物學(xué)的研究。首先是圍繞著4種堿基怎樣排列組合進(jìn)行編碼才能表達(dá)出20種氨基酸為中心開展實驗研究。1967年，遺傳密碼全部被破解，基因從而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明：基因?qū)嶋H上就是DNA大分子中的一個片段，是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的功能單位和結(jié)構(gòu)單位。一定結(jié)構(gòu)的DNA，可以控制合成相應(yīng)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。2022/7/2340DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生物學(xué)發(fā)展的重要影響蛋白質(zhì)是組成生物體的重要成分，生物體的

24、性狀主要是通過蛋白質(zhì)來體現(xiàn)的。因此，基因?qū)π誀畹目刂剖峭ㄟ^DNA控制蛋白質(zhì)的合成來實現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上相繼產(chǎn)生了基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程等，這些生物技術(shù)的發(fā)展必將使人們利用生物規(guī)律造福于人類?，F(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展，愈來愈顯示出它將要上升為帶頭學(xué)科的趨勢。2022/7/2341DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生物學(xué)發(fā)展的重要影響綜觀人類對遺傳物質(zhì)的探索歷史，使我們認(rèn)識到科學(xué)發(fā)現(xiàn)是不能計劃或憑空設(shè)想的，而是在良好的研究環(huán)境和氛圍中，通過許多科學(xué)家創(chuàng)造性的思維和腳踏實地的努力取得的。在生物科學(xué)史中，不僅記載著生命科學(xué)知識的形成過程，而且蘊(yùn)含著科學(xué)家的創(chuàng)造性思維方式和靈活多樣的科學(xué)方法，體現(xiàn)著科學(xué)家尊

25、重事實、服從真理和實事求是的科學(xué)態(tài)度，以及勇于創(chuàng)新、善于合作和無私奉獻(xiàn)的科學(xué)精神。因此，在高中生物學(xué)教學(xué)中注重科學(xué)史的學(xué)習(xí)，必將對培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。2022/7/2342162354DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的幾點啟示：2022/7/23431.將一個學(xué)科發(fā)展成熟的知識、技術(shù)和方法應(yīng)用到另一學(xué)科的前沿，能夠產(chǎn)生重大的創(chuàng)新成果。學(xué)科交叉是創(chuàng)新思想的源泉。2022/7/23442. 科學(xué)的發(fā)現(xiàn)是一個知識不斷積累、認(rèn)識不斷深化的過程善于學(xué)習(xí)和鑒別，對已有的結(jié)論經(jīng)過去粗取精，去偽存真，有選擇地繼承并且加以發(fā)展，才能做出重大創(chuàng)新重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)不會孤立地出現(xiàn)，在它之前必然已經(jīng)有前人大量的探索，不

26、斷突出矛盾，不斷掃清外圍，等待著幸運(yùn)兒的出現(xiàn)。2022/7/23453.選擇有戰(zhàn)略意義的重大課題，堅持不懈地努力，十分重要取得重大發(fā)現(xiàn)的路程不會一帆風(fēng)順，中間會出現(xiàn)失敗和挫折，要像沃森和克里克那樣，充滿自信，不畏艱險，不怕失敗，不怕嘲笑，以堅定不移的努力去實現(xiàn)認(rèn)定的目標(biāo)。2022/7/23464.要敢于競爭，更善于合作沃森和克里克之最后成功，在于他們之間有良好的人際關(guān)系，既會頑強(qiáng)地堅持己見，又能靈活地傾聽對方意見，在爭論中互相尊重，發(fā)揮各自長處，最后服從真理，很快達(dá)成一致善于在競爭中合作，使他們能從皇家學(xué)院得到重要的實驗數(shù)據(jù)善于向周圍科學(xué)家請教和學(xué)習(xí)，使他們最快地得到正確的核苷酸配對方式。20

27、22/7/23475. 實驗是檢驗科學(xué)理論惟一的標(biāo)準(zhǔn)，保持理論和實驗的密切合作是取得重大發(fā)現(xiàn)、證明理論正確的關(guān)鍵。2022/7/23486.他們的合作就如同天才誕生在恰當(dāng)?shù)臅r期、在恰當(dāng)?shù)娜兆酉嘤?、在恰?dāng)?shù)膶W(xué)科內(nèi)互補(bǔ)、在恰當(dāng)?shù)娜松吠旧现救は嗤?，是可遇不可求的?022/7/2349大家探討的問題：、如何解決生物科技帶來的倫理問題？2、科學(xué)需要想象力，需要探究精神，我們在原有教育體制下成長的一代，如何教會學(xué)生探究？3、思維如何培養(yǎng)？4、沃森、克里克獲得諾貝爾獎的原因？DNA分子的結(jié)構(gòu)（3）能夠控制蛋白質(zhì)的合成（2）能夠進(jìn)行自我復(fù)制（1）結(jié)構(gòu)具有相對穩(wěn)定性DNA作為遺傳物質(zhì)應(yīng)具備什么樣的特點？解開

28、DNA結(jié)構(gòu)之謎回眸歷史沃森、克里克和英國物理學(xué)家威爾金斯因發(fā)現(xiàn)生命的雙螺旋而榮獲1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎。左一：威爾金斯 左三：克里克 左五：沃森閱讀故事，思考回答1.沃森和克里克開始研究DNA結(jié)構(gòu)時，科學(xué)界對DNA已有的認(rèn)識是什么？ 2.沃森、克里克在前人已有的認(rèn)識上，采用什么方法研究DNA結(jié)構(gòu)？ 3.沃森和克里克先后分別提出了怎樣的模型？ DNA的基本單位脫氧核苷酸含堿基脫氧核糖磷酸AGCT化學(xué)元素組成：C H O N P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DNA分子的基本單位A脫氧核糖磷酸G脫氧核糖磷酸脫氧核糖C磷酸T脫氧核糖磷酸DNA模型建構(gòu)代表磷酸

29、 D代表脫氧核糖 代表4種堿基 代表連接各組分的化學(xué)鍵 【模型建構(gòu)1】: 脫氧核苷酸P【模型建構(gòu)2】一條脫氧核苷酸鏈DNA模型建構(gòu)【模型建構(gòu)3】 DNA雙鏈P41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】 DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PP兩條鏈中的堿基是排在外側(cè)，還是在內(nèi)側(cè)？【模型建構(gòu)3】 DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PPP41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】 DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】 DNA雙鏈P41352o

30、P413520PPP41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】 DNA雙鏈P41352oP413520PPP41352oP413520PP【模型建構(gòu)3】 DNA雙鏈連接兩條鏈的堿基如何配對?堿基配對時，為什么嘌呤堿不與嘌呤堿或嘧啶堿不與嘧啶堿配對呢？這是由于嘌呤堿是雙環(huán)化合物，占有空間大；嘧啶堿是單環(huán)化合物，占有空間小。而DNA分子的兩條鏈的距離是固定的。為什么只能是A配T，G配C，不能是A配C，G配T？(1)A的量總是等于T的量,G的量總是等于C的量.(2)A與T通過兩個氫鍵相連，G與C通過三個氫鍵相連，使DNA的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定.【模型建構(gòu)3】 DNA雙鏈3.4nm2nm0.34nm【模型建

31、構(gòu)4】 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)PPPPATCGP41352oP413520PPACTG磷酸脫氧核糖含氮堿基DNA的平面結(jié)構(gòu)102345012345DNA模型分析反向平行堿基對另一堿基對 嘌呤和嘧啶之間通過氫鍵配對，形成堿基對，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(bǔ)配對原則。ATGC氫鍵DNA模型分析AAATTTGGGGCCCATC 思考1：結(jié)構(gòu)中的哪個結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定不變的?哪個結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的？兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。長鏈中的堿基對的排列順序是千變?nèi)f化的。？DNA分子的平面結(jié)構(gòu)脫氧核糖與磷酸交替連接構(gòu)成骨架堿基對氫鍵堿基互補(bǔ)配對原則為什么D

32、NA結(jié)構(gòu)上具有穩(wěn)定性？共價鍵氫鍵嘌呤-嘧啶比較不同組的DNA模型有什么不同？DNA中的遺傳信息蘊(yùn)藏在哪兒?堿基對的排列順序不同堿基對的排列順序中【思考2】3、DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？2、DNA的基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？1、DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？【思考3】總結(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)。DNA分子的結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)。（2）DNA分子

33、中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。DNA分子的結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)。（2） DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結(jié)起來，形成堿基對，且遵循堿基互補(bǔ)配對原則。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點）DNA的 結(jié)構(gòu)和組成可用五四三二一表示分別表示的是什么？五種元素：C、H、O、N、P四種堿基：A、G、C、T，相應(yīng)的有四種脫氧核苷酸三種物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基兩條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分

34、子的特點：多樣性：一個最短的DNA分子也有4000個堿基對，可能的排列方式就有44000種。 特異性：不同的生物，堿基對的數(shù)目可能不同，堿基對的排列順序肯定不同。穩(wěn)定性：中的脫氧核糖和磷酸交替連接的方式不變，兩條鏈間堿基互補(bǔ)配對的原則不變。（即結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性）DNA分子堿基對的排列順序千變?nèi)f化。特定的DNA分子具有特定的堿基排列順序。4n(n表示堿基對數(shù))3、DNA分子的結(jié)構(gòu)特性1）多樣性：堿基對的排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。 在生物體內(nèi)，一個最短DNA分子也大約有4000個堿基對，堿基對有：AT、TA、GC、CG。請同學(xué)們計算DNA分子有多少種？4 種40002）特異性堿基對

35、的特定排列順序，又構(gòu)成了每一個DNA分子的特異性。3) 穩(wěn)定性具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)拓展題： 你能根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，推導(dǎo)出相關(guān)的數(shù)學(xué)公式嗎？推導(dǎo)后，嘗試進(jìn)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 + G T C （ ） （ ） 50也可以寫成以下形式：A + GT C1（ ）（ ）（ ）（ ）規(guī)律概括：在DNA雙鏈中，任意兩個不互補(bǔ)堿基之和 ，并為堿基總數(shù)的 。A+T+C+GA+T+C+GA + C T + GA + C T + G相等50DNA分子各種堿基的數(shù)量關(guān)系 ： 在整個DNA分子中，A=T、G=C； A+G=T+C，A+C=T+G； (A

36、+G）/（T+C）=1 DNA分子的一條鏈中的A+T=另一條鏈的T + A ； 同理，G+C = C+G如果一條鏈中的(A+T) / (G+C)=a，則另一條鏈中的(A+T) / (G+C)比例也是a；如果一條鏈中的(A+G) / (T+C)=b,則另一條鏈中(A+G) / (T+C)的比例是1/b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%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)

37、%同理： ( G1+C1)% = ( G2+C2)% = 總( G+C)%DNA分子的結(jié)構(gòu)小結(jié)1.化學(xué)組成元素：2.基本組成單位： 3.空間結(jié)構(gòu)：4.DNA分子的特點：DNA分子的結(jié)構(gòu)小結(jié)1.化學(xué)元素組成：C H O N P2.基本組成單位：(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3.空間結(jié)構(gòu):規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條脫氧核苷酸長鏈堿基對氫鍵堿基互補(bǔ)配對原則4.DNA分子特點:多樣性,特異性,穩(wěn)定性堿基互補(bǔ)配對原則應(yīng)用設(shè)DNA一條鏈為1鏈，互補(bǔ)鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則可知： A1 = T2 A2 = T1 G1 = C2 G2 = C1且在DNA雙鏈中： A = T ， G

38、= CA 1T 2T 1A2G 1C 2C 1G 2DNA雙鏈你能根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，推導(dǎo)出相關(guān)的數(shù)學(xué)公式嗎？推導(dǎo)后，嘗試進(jìn)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 也可以寫成以下形式： 規(guī)律概括：在DNA雙鏈中，任意兩個不互補(bǔ)堿基之和 ，并為堿基總數(shù)的 。A+G( )=T+G( )=50%A+G T+C =( )( )=( )( )=1A+T+G+CA+T+G+CA+CT+GT+GA+C相等一半【課堂反饋】1下面是DNA的分子結(jié)構(gòu)模式圖，說出圖中110的名稱。 12345678109GTCA1. 胞嘧啶2. 腺嘌呤3. 鳥嘌呤4. 胸腺嘧啶5. 脫氧核糖6. 磷

39、酸7. 胸腺嘧啶脫氧核苷酸8. 堿基對9. 氫鍵10. 一條脫氧核苷酸鏈的片段2已知1個DNA分子中有1800個堿基對，其中胞嘧啶有1000個，這個DNA分子中應(yīng)含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是 （ ）A1800個和800個 B1800個和l800個C3600個和800個 D3600個和3600個C【課堂反饋】3、 DNA分子的一條單鏈中，A=20%，T=22%，求整個DNA分子中G= _ 29%【課后拓展】記錄本小組制作的DNA模型中四種堿基的數(shù)量，并將幾個小組的結(jié)果進(jìn)行合并，統(tǒng)計、歸納雙鏈DNA分子中四種堿基數(shù)量的比例關(guān)系。項目整個DNA分子1鏈2鏈A T C G的關(guān)系A(chǔ)=？ G

40、=？A1=？T1=？C2=？G2=？(A+G)/(T+C)非互補(bǔ)堿基和之比？m？（A+T）/（G+C）互補(bǔ)堿基和之比n？（A+G）或（T+C）在整個DNA分子中占堿基總數(shù)的？堿基互補(bǔ)配對規(guī)律的有關(guān)計算堿基互補(bǔ)配對規(guī)律為AT（AU）,GC配對（一）DNA雙鏈中的兩個互補(bǔ)的堿基相等，A=T,G=C,不互補(bǔ)的兩個堿基之和為50 某DNA的堿基中,鳥嘌呤的分子數(shù)占22,那么胸腺嘧啶的分子數(shù)占多少？ T占28 某DNA雙鏈中,若腺嘌呤有P個,占全部堿基數(shù)的比例為N/M（M2N）,則該DNA分子中含胞嘧啶數(shù)是多少？（PM/2N）- P（二）DNA分子中一條鏈中的兩個不互補(bǔ)堿基之和的比值是另一個互補(bǔ)鏈的這一比值的倒數(shù)DNA的一條單鏈中A+G/T+C =0.4,在互補(bǔ)單鏈和整個DNA分子中分別是多少？ 2.5 1 在雙鏈DNA分子中,當(dāng)T+C/A+G 在一條多核苷酸鏈上的比例是0.5時,則在另一條互補(bǔ)鏈和整個DNA分子中,這種比例應(yīng)分別是多少？2 1DNA的一條單鏈中A+T/G+C =0.4,上述比例在其互補(bǔ)單鏈和整個DNA分子中分別是多少？（三）雙鏈DNA分子中互補(bǔ)堿基之和在兩條單鏈中所占比