DNA双螺旋结构发现的历史与结构内容.课件.ppt

1、LOGOLOGO2022-8-812022-8-82DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史DNADNA双螺旋结构发现旅程双螺旋结构发现旅程DNADNA双螺旋结构的发现对生物学发展双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响？的重要影响？几点启示几点启示2022-8-83自从孟德尔的遗传定律被重新发自从孟德尔的遗传定律被重新发现以后，人们又提出了一个问题：遗现以后，人们又提出了一个问题：遗传因子是不是一种物质实体？是的话，传因子是不是一种物质实体？是的话，又是哪一种物质呢？又是哪一种物质呢？为了解决基因是什么的问题，人们开为了解决基因是什么的问题，人们开始了对核酸和蛋白质，以及其他大分始了对

2、核酸和蛋白质，以及其他大分子的研究。子的研究。DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史2022-8-84DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史分离篇分离篇v18691869年：米歇尔（年：米歇尔（Johann Friedrich MiescherJohann Friedrich Miescher，1844184418951895）瑞士的化学家）瑞士的化学家）首次分离出首次分离出DNADNA米歇尔年轻时，细胞核还仅仅是被作为细胞中央很米歇尔年轻时，细胞核还仅仅是被作为细胞中央很少见到的斑点而加以描述。米舍尔很想揭示细胞核少见到的斑点而加以描述。米舍尔很想揭示细胞核的化学组成。他

3、选取浸泡在脓液中的绷带作为研究的化学组成。他选取浸泡在脓液中的绷带作为研究的材料，因为脓液能提供非常好的白细胞资源。在的材料，因为脓液能提供非常好的白细胞资源。在研究来自外科绷带中的脓液的细胞核时，他发现一研究来自外科绷带中的脓液的细胞核时，他发现一个含有大量磷的新复合物，因为他发现该物质位于个含有大量磷的新复合物，因为他发现该物质位于细胞核中，他称其为细胞核中，他称其为“核素核素”。2022-8-85v这是一个在当时显得很不寻常的发现。活细胞中央竟会存在磷？这似乎令人难以置信。在对此物质的基本化学成分进一步的研究中，发现它实际上是酸，所以它被重新命名为核酸。后来的人们又发现核酸有两种。一种是

4、脱氧核糖核酸DNA，另一种是核糖核酸RNA。v核酸十分不稳定，提取时必须非常小心，速度要快，还得保持很低的温度。为了制备核酸，米歇尔从清晨5时开始，就在一个低温的房间内迅速地工作。最后的制备物可以保存在纯酒精中。然而他的辛苦劳动未能赢得同代人的赞扬，相反对他工作的批评意见却蜂拥而至。2022-8-86DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史混乱篇混乱篇v1869年发现核素后的最初一段时间里，人们对它的了解是混乱的。如有化学家宣称，核素“无非是一种不纯净的蛋白质物质”。阐明核酸化学基本原理的是俄裔美国科学家列文（Phoebus Avaron Lvevene，1691940）。他在1900

5、年开始研究核酸化学，到1905年已经成为国际知名的核酸研究权威。2022-8-87DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史混乱篇混乱篇v列文把核酸同蛋白质区别开来。他阐明了组成两种核酸的糖类的结构，他的工作使人们认识到核酸因其所含的糖类不同可以分成两类。他搞清了核苷、核苷酸的结构，提出核酸是由大量核苷酸通过酯键连接成的高分子化合物。他的工作使人们形成了一个关于核酸的比较清晰的图画，使人类对核酸的认识有了很大进步。2022-8-88DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史混乱篇混乱篇v列文还发现核酸中的四种碱基克分子数相等（实际上这些数据是不精确测量的结果）。列文在这证据下于19

6、08年提出了“四核苷酸假说”。这一假说是说：四种碱基是等量的。在更精细一些组织的水平上，它意味着多核苷酸是由某种确定的、排列顺序不变的单位所组成，而这些单位本身又是由四种核苷酸组成的结合体。2022-8-89DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史混乱篇混乱篇v最后对这些数据的解释意味着，DNA是一种同糖原相类似的重复的多聚体。这一假说由于列文的权威地位被学术界广泛接受，但这种假说将核酸原本的复杂结构过于简单化了，特别是不能解释核酸中丰富的信息含量，因而是错的，正是他的这一假说阻碍了人们对核酸功能的研究。2022-8-810DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史混乱篇混乱篇v

7、这样列文的工作是把核酸作为遗传物质的可能性给取消了。如果接受他提出的四核苷酸假说，那么就意味着核酸大分子是由四种核苷酸按照相同的分子比例连接成的四聚体反复重复形成的。如AGTC AGTC AGTC AGTC。一串如此单调的分子是不可能产生对遗传物质来说必不可少的多样性。事实上，在列文的四核苷酸假说下，DNA的结构太简单了，它所扮演的“单纯的分子”角色不可能在机体中起到主要的作用。2022-8-811DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史混乱篇混乱篇v米歇尔曾私下推究在可遗传性状的传递中核素的可能作用。他认为，核素的原子可能形成“异构体”或“几种不同的空间排列”，由此而导致变异。v18

8、85年，德国解剖学家赫特维希（Oscar Hertwig，1849-1922）提出，核素可能负责受精和传递遗传性状。v1895年，英国细胞学家威尔逊(Edmund B.Wilson,18561939)认为：由双亲所提供的两个染色体组是严格相等的，双亲在子代遗传上的贡献是均等的,并指出这是一条普遍的规律,适用于一切动植物。这种遗传物质就是染色质，染色质很可能就是米歇尔所指的核素。但早期的这类推测并未引起当时学术界的注意与重视。2022-8-812DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史混乱篇混乱篇v在1910年1930年间，染色质被认真作为遗传物质的声誉似乎失去了。当时，关于染色质化学的

9、大多数论文，完全不讨论染色质可能具有的生物学作用。生物学家对染色质的期望也变成了泡影。具有讽刺性的是，这却是改进了核酸化学分析方法所造成的。人们发现染色质在细胞周期中的行为似乎十分特别，在某一段时期，染色质仿佛消失了（实际上是显微镜观察不到），这一现象不太符合作为遗传物质的标准，因为遗传物质应该是一代一代稳定遗传，不会消失的。2022-8-813DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史革命篇革命篇v与蛋白质的竞争：与蛋白质的竞争：作为遗传物质有利争夺者的是被视为生命中作为遗传物质有利争夺者的是被视为生命中心分子的蛋白质。蛋白质一方面于生命是极其心分子的蛋白质。蛋白质一方面于生命是极其重

10、要的，另一方面人们很早就认识到蛋白质不重要的，另一方面人们很早就认识到蛋白质不仅有二十多个基本构成，并且大小和形状多样。仅有二十多个基本构成，并且大小和形状多样。简单说，蛋白质是复杂的。这正是作为遗传物简单说，蛋白质是复杂的。这正是作为遗传物质的必要条件。在蛋白质是生命的中心分子这质的必要条件。在蛋白质是生命的中心分子这一观念的影响和束缚下，一观念的影响和束缚下，DNADNA被忽视了。被忽视了。2022-8-814DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史革命篇革命篇v脱颖而出、捍卫地位：（脱颖而出、捍卫地位：（证实证实DNADNA重要性的几重要性的几个经典实验个经典实验 ）1、1928

11、年细胞学家格里菲思的肺炎双球菌转化实验 2、1944年艾弗里的转化因子实验DNADNA是转化因子，是转化因子，是它在执行传递任务。是它在执行传递任务。DNADNA是值得进一步研究是值得进一步研究的物质的物质发现转发现转化现象化现象3、噬菌体小组的故事 4、1952年赫尔希蔡斯混合实验 证明进入细菌细胞的是噬菌体的DNA，而不是蛋白质。也就是说DNA带有遗传信息。噬菌体是由两大类分子构成的：蛋白质和DNA。2022-8-8152022-8-8162022-8-8172022-8-8185 5、查伽夫（奥地利生化学家、查伽夫（奥地利生化学家Erwin Erwin Chargaff,1905-?)C

12、hargaff,1905-?)的工作的工作 DNADNA是遗传物质的发现史是遗传物质的发现史革命篇革命篇他的研究使当时对于他的研究使当时对于DNADNA的看法起了革命性的看法起了革命性的变化。的变化。发现了查伽发现了查伽夫规则：夫规则：腺嘌呤腺嘌呤A A与胸与胸腺嘧啶腺嘧啶T T数量相等，鸟数量相等，鸟嘌呤嘌呤G G与胞嘧啶与胞嘧啶C C数量数量相等。相等。2022-8-8191953年2月28日，DNA突然绽放出了它的异彩。在英国剑桥的伊尔(Eagle)酒馆，37岁的英国科学家克里克向在场吃午饭的人(主要是一些科学家)宣布，他和25岁的美国同事沃森已经完成了一项伟大的科学发现建立了DNA双螺

13、旋结构分子模型，从而揭示了生命的奥秘。消息传出，满座皆惊。不久，他们的论文核酸的分子结构 脱氧核糖核酸的结构和脱氧核糖核酸结构的遗传学意义两篇文章相继于4月25日和5月3o日在英国权威科学杂志自然上刊出。从此，生物科学史上一个崭新的时代 分子生物学和分子遗传学的时代开始了!分子生物学时代的到来分子生物学时代的到来DNADNA绽放篇绽放篇2022-8-820让我们进入这条发现之路吧！2022-8-8211951年5月1沃森出席了在意大利那不勒斯召开的一次会议，听到了伦敦国王大学莫里斯威尔金斯教授所做的一篇有关DNA X射线结晶学的报告。2鲍林破译了角蛋白的分子结构。1951年4月3沃森来到剑桥大

14、学的卡文迪什实验室从事研究工作，在那里他遇到了克里克。1951年10月DNADNA双螺旋结构发现旅程双螺旋结构发现旅程2022-8-8221951年11月4沃森和威尔金斯参加了富兰克林主持召开的研讨会，遗憾的是沃森记不得富兰克林测量的DNA样品中水的精确含量。5沃森和克里克制作了一个具有三条螺旋链的DNA模型，而富兰克林看后立刻指出他们的重大错误，因为DNA分子中水的含量几乎是她假定的十倍。1951年11月6由于沃森和克里克的失误，他们被迫停止了DNA项目的研究，并把DNA模型的装配架送给了在伦敦工作的威尔金斯和富兰克林。1951年12月DNADNA双螺旋结构发现之路双螺旋结构发现之路2022

15、-8-8231952年5月7富兰克林得到了最为重要的DNA X射线图像，并将其命名为B型DNA；富兰克林和威尔金斯正式分道扬镳。卡文迪什实验室主任指派威尔金斯负责研究B型DNA，而富兰克林则负责从事A型DNA的研究。8沃森和克里克得知，鲍林提出的DNA模型是一个以糖和磷酸骨架为中心的三条链的螺旋结构。1953年1月28日DNADNA双螺旋结构发现之路双螺旋结构发现之路2022-8-8249沃森意识到鲍林提出的DNA模型的不合理之处，并亲自赶往伦敦将真实情况告诉威尔金斯和富兰克林。随后，威尔金斯向沃森展示了富兰克林得到的一幅清晰的B型DNA照片副本，沃森看后更加强了他对DNA双螺旋结构模型正确性

16、的理解。1953年1月30日10英国的自然杂志刊登了美国的沃森和英国的克里克在英国剑桥大学合作的研究成果：DNA双螺旋结构的分子模型。1953年4月25日DNADNA双螺旋结构发现之路双螺旋结构发现之路2022-8-8252022-8-826沃森、克里克成功原因之一沃森、克里克成功原因之一完美互补完美互补 噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验小组成员沃森在得到小组成员沃森在得到DNADNA是是遗传物质的充分证据后，由遗传物质的充分证据后，由于当时于当时DNADNA是遗传物质的机是遗传物质的机理并不清楚，刺激了他研究理并不清楚，刺激了他研究DNADNA结构的想法，导致了他结构的想法，导致了他

17、与克里完美的互补合作，因与克里完美的互补合作，因为克里克有句名言为克里克有句名言：“如果如果不能研究功能，就去研究结不能研究功能，就去研究结构。构。”2022-8-827性格互补：性格互补：沃 森孤僻、安静、性格内向 克里克嗓门很高、比较外向沃森、克里克成功原因之一沃森、克里克成功原因之一完美互补完美互补专业互补：专业互补：沃森熟悉噬菌体方面的实验，而克里克则精通数学、物理学这些被沃森视之为有点难度的学科，他俩的合作是生物学与物理学互补的最佳典范；无私地互相补充、互相取长补短、互相坦诚地批评和互相鼓励。人人不应成为孤岛2022-8-828认准认准DNA必定必定会是一个业绩会是一个业绩骄人的绩优

18、股骄人的绩优股大胆假设、细大胆假设、细心求证、百折心求证、百折不挠、虚心求不挠、虚心求教、不断汲取教、不断汲取新知。新知。借鉴诺贝尔借鉴诺贝尔奖获得者鲍奖获得者鲍林成功地用林成功地用模型方法提模型方法提出蛋白质的出蛋白质的螺旋理论螺旋理论良好心态良好心态目标一致目标一致借鉴他人借鉴他人沃森、克里克成功其他原因：沃森、克里克成功其他原因：2022-8-829沃森、克里克成功其他原因：沃森、克里克成功其他原因：高超的想象力和敏感的直觉:关于关于DNADNA的的x x射线衍射图片只能提射线衍射图片只能提供一半的信息，另一半则来自于研究供一半的信息，另一半则来自于研究者的想象。沃森和克里克的成功凭借者

19、的想象。沃森和克里克的成功凭借的是一种稀缺的想像力，而不是艰苦的是一种稀缺的想像力，而不是艰苦的实验数据收集，这决不是投机取巧。的实验数据收集，这决不是投机取巧。所谓物以稀为贵。对此别人只能望尘所谓物以稀为贵。对此别人只能望尘莫及。莫及。沃森凭着生物学家的直觉，坚信生物体偏爱螺旋形。克里克则从物理学角度出发认为，规则的螺旋会大大减少自由变量的数目，这将使结构变得易解。此外，就是对双链的设定。因为图片信息无法提供链条的数目，鲍林和威尔金斯（包括沃森和克里克）最初都在三链模型上栽过跟头，是沃森的生物学直觉再次帮了他们，因为成双配对正是生物界的基本现象。2022-8-830沃森、克里克成功背后的英雄

20、之一沃森、克里克成功背后的英雄之一X X射线晶体学射线晶体学领域的英格兰玫瑰领域的英格兰玫瑰富兰克林拍摄的DNA晶体的X射线衍射照片，这张照片正是发现DNA结构的关键。英国X射线晶体衍射技术专家罗莎琳德弗兰克林(RFranklin，19201958)2022-8-831沃森、克里克成功背后的英雄之二沃森、克里克成功背后的英雄之二 奥地利量子物理学家埃尔文薛定谔(Erwin Schrodinger，18871961)认为基因是一种有认为基因是一种有特殊地位的分子，特殊地位的分子，物理学和化学规律物理学和化学规律同样可以应用于细同样可以应用于细胞及基因的研究。胞及基因的研究。2022-8-832沃

21、森、克里克成功背后的英雄之三沃森、克里克成功背后的英雄之三 美国化学家努斯鲍林(Linus Pauling190119941954年诺贝尔化学奖和1962年诺贝尔和平奖得主)他将x衍射图谱与原子间相互关系结合起来，建造分子模型，然后用x衍射图数据来检验模型的效果并从理论上证明这两者的一致性。2022-8-833沃森、克里克成功背后的英雄之四沃森、克里克成功背后的英雄之四 新西兰生物物理学家奠里斯威尔金斯 (MauriceHWilkings，1916？)19511951年，威尔金斯在意年，威尔金斯在意大利那不勒斯举行的生大利那不勒斯举行的生物大分子结构学术会议物大分子结构学术会议上，作了关于上，

22、作了关于DNADNA衍射图衍射图片分析的报告，并出示片分析的报告，并出示了一张了一张DNADNA纤维的纤维的x x一射一射线衍射图，这给当时参线衍射图，这给当时参加会议的沃森留下了深加会议的沃森留下了深刻印象刻印象 2022-8-834沃森、克里克成功背后的英雄之五沃森、克里克成功背后的英雄之五奥地利生物化学家埃尔文查迦夫(Erwin Chargaf，1905一)查伽夫及其同事发明用色层分析法测量DNA内部的各种碱基的含量，并作了精细的分析。结果表明：腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)比值接近1：1，这就是现在众所周知的DNA分子的“碱基配对”原则。2022-8-835沃

23、森、克里克成功背后的英雄之六沃森、克里克成功背后的英雄之六英国数学家约翰格里菲斯(John Griflqth)格里菲斯的贡献在于，为沃森和克里克计算了一个DNA分子内碱基的相互吸引力(弱的相互作用)。使沃森和克里克茅塞顿开，走出了“相同碱基相互吸引”的误区，最终走向成功。2022-8-83618691869医生米歇尔医生米歇尔(Miescher F(Miescher F)发现，在伤口脓液细胞的核中有一种酸性物质，它发现，在伤口脓液细胞的核中有一种酸性物质，它由蛋白质和另一种化合物构成。米歇尔为后者起名为核酸，这便是今天我们所认由蛋白质和另一种化合物构成。米歇尔为后者起名为核酸，这便是今天我们所

24、认识的脱氧核糖核酸识的脱氧核糖核酸 DNA DNA 19191919雷文讷雷文讷(Levene P(Levene PA A)提出，在提出，在DNADNA中有中有4 4种核苷酸，它们接续排列。种核苷酸，它们接续排列。19281928格里菲斯格里菲斯(Grifith F)(Grifith F)发现，在热灭活的肺炎双球菌中有一种物质，可使携带它发现，在热灭活的肺炎双球菌中有一种物质，可使携带它的活体细菌发生遗传性变化。他称这种现象为的活体细菌发生遗传性变化。他称这种现象为19281928正正“转转”(transformation)(transformation)19381938西格纳西格纳(Sign

25、er R(Signer R)等发现，等发现，DNADNA的分子量可高达的分子量可高达5O5O万一万一100100万。因此，雷文讷万。因此，雷文讷的的4 4核苷酸结构必定是一条长链核苷酸结构必定是一条长链 19441944阿瑞里阿瑞里(Arery O(Arery O)等从化学上辨明，格里菲斯的等从化学上辨明，格里菲斯的“转化转化”是基于是基于DNADNA，并且明，并且明确提出：确提出：DNADNA是基因材料是基因材料 19491949查伽夫查伽夫(cl E(cl E)报告，在不同的报告，在不同的DNADNA片断中碱基的组成是不同的。全部嘌呤片断中碱基的组成是不同的。全部嘌呤(即即A A和和G)G

26、)的总合大约等于全部嘧啶的总合大约等于全部嘧啶(即即T T和和C)C)的总和。并且，的总和。并且，A A与与T T数量相等，数量相等，G G与与C C的的数量也相等数量也相等 19491949凡特列凡特列(Vendrely R(Vendrely R)等发现，在人体性细胞核中等发现，在人体性细胞核中DNADNA的数量只及体细胞的一半的数量只及体细胞的一半 19511951富兰克林通过富兰克林通过x x射线衍射区分了两种类型射线衍射区分了两种类型(A(A型和型和B B型型)的的DNADNADNA发现全记录2022-8-83719521952何舍衣何舍衣(Hershey A(Hershey A)等发

27、现，在病毒感染细菌的过程中，进入细菌细胞的只是病等发现，在病毒感染细菌的过程中，进入细菌细胞的只是病毒的核酸，而没有病毒蛋白，并且病毒可在细菌内部繁衍后代毒的核酸，而没有病毒蛋白，并且病毒可在细菌内部繁衍后代 19521952富兰克林获得了极为清晰的富兰克林获得了极为清晰的B B型型DNADNAX X射线的衍射图。该图直接了当地显示出射线的衍射图。该图直接了当地显示出DNADNA的的螺旋结构：螺旋的轴向周期是螺旋结构：螺旋的轴向周期是4rim4rim，并且在，并且在0 034rim34rim处另有很强的反射。这些定处另有很强的反射。这些定量结果与我们现在对量结果与我们现在对DNADNA的认识完

28、全致：盘绕螺旋轴的每一圈有的认识完全致：盘绕螺旋轴的每一圈有1O1O个核苷酸，螺个核苷酸，螺距是距是3 336rim 36rim 195319534 4月月2525日日(Nature)(Nature)刊出了沃森和克里克等具有里程碑意义的刊出了沃森和克里克等具有里程碑意义的3 3篇论文篇论文 19541954物理学家伽莫夫物理学家伽莫夫(Gamow G(Gamow G)提出，提出，DNADNA对蛋白质的合成起编码作用对蛋白质的合成起编码作用19551955本策本策(Benzer S(Benzer S)分析了一种病毒的分析了一种病毒的DNADNA精细结构，区分了沿精细结构，区分了沿DNADNA链的

29、单个碱基链的单个碱基 19571957克里克提出克里克提出“中心法则中心法则”：生命体的遗传信息在于：生命体的遗传信息在于DNADNA中核苷酸的次序，它决定了中核苷酸的次序，它决定了各种蛋白质中氨基酸的排列顺序各种蛋白质中氨基酸的排列顺序 19581958梅赛尔森梅赛尔森(Meselson M(Meselson M)等用放射性同位素跟踪细胞分裂过程，展示了等用放射性同位素跟踪细胞分裂过程，展示了DNADNA链的半链的半保留复制：双螺旋在复制之前必须先解开，旧链作为模板为两条新链的合成提供信保留复制：双螺旋在复制之前必须先解开，旧链作为模板为两条新链的合成提供信息，同时旧链本身又成为新双螺旋的一

30、部分息，同时旧链本身又成为新双螺旋的一部分 DNA发现全记录2022-8-83819581958柯思贝克柯思贝克(Komberg A(Komberg A)等分离出等分离出DNADNA聚合酶，从生物化学的聚合酶，从生物化学的角度证明：这种酶在角度证明：这种酶在DNADNA复制中起复制中起“复印机复印机”的作用。新链的的作用。新链的碱基与模板链碱基互补配对，即碱基与模板链碱基互补配对，即A A对对T T，C C对对G G；两条新链合成；两条新链合成的运行方向是相反的的运行方向是相反的19611961尼伦贝克尼伦贝克(NirenbergM(NirenbergM)等阐明，核苷酸的次序可以编码氨等阐明，

31、核苷酸的次序可以编码氨基酸，从而为破译基因编码奠定了基础基酸，从而为破译基因编码奠定了基础 19621962诺贝尔医学奖授予沃森、克里克和威尔金斯。然而，曾对诺贝尔医学奖授予沃森、克里克和威尔金斯。然而，曾对DNADNA双螺旋结构的发现作出决定性贡献的女科学家富兰克林，却双螺旋结构的发现作出决定性贡献的女科学家富兰克林，却因英年早逝因英年早逝(1958(1958年死于癌症，年仅年死于癌症，年仅3737岁岁)未能登上诺贝尔领未能登上诺贝尔领奖台奖台 DNA发现全记录2022-8-839DNADNA双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响v DNADNA双螺旋结

32、构被发现后，极大地震动了学术界，启发了人们双螺旋结构被发现后，极大地震动了学术界，启发了人们的思想。的思想。从此，一个眼花缭乱、匪夷所思的分子生物学和基因工程的时代开始了。v 人们以遗传学为中心开展了大量的分子生物学的研究。首先是人们以遗传学为中心开展了大量的分子生物学的研究。首先是围绕着围绕着4 4种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出2020种氨基酸种氨基酸为中心开展实验研究。为中心开展实验研究。19671967年，遗传密码全部被破解，基因从年，遗传密码全部被破解，基因从而在而在DNADNA分子水平上得到新的概念。它表明：分子水平上得到新的概念。它表明：基

33、因实际上就是DNA大分子中的一个片段，是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。一定结构的一定结构的DNADNA，可以控制合成相应结构的蛋，可以控制合成相应结构的蛋白质。白质。2022-8-840DNADNA双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响v 蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的。因此，基因对性状的控制是通过因此，基因对性状的控制是通过DNADNA控制蛋白质的合成来实现的。控制蛋白质的合成来实现的。v 在此基础上相继产生了在此基础上相继产生了基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等，这些生物技术的发展必将使人们利用生

34、物规等，这些生物技术的发展必将使人们利用生物规律造福于人类。现代生物学的发展，愈来愈显示出它将要律造福于人类。现代生物学的发展，愈来愈显示出它将要上升为带头学科的趋势。上升为带头学科的趋势。2022-8-841DNADNA双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响v综观人类对遗传物质的探索历史，使我们认识到科学综观人类对遗传物质的探索历史，使我们认识到科学发现是不能计划或凭空设想的，而是在良好的研究环发现是不能计划或凭空设想的，而是在良好的研究环境和氛围中，通过许多科学家创造性的思维和脚踏实境和氛围中，通过许多科学家创造性的思维和脚踏实地的努力取得的。在生物科

35、学史中，不仅记载着生命地的努力取得的。在生物科学史中，不仅记载着生命科学知识的形成过程，而且蕴含着科学家的创造性思科学知识的形成过程，而且蕴含着科学家的创造性思维方式和灵活多样的科学方法，体现着科学家尊重事维方式和灵活多样的科学方法，体现着科学家尊重事实、服从真理和实事求是的科学态度，以及勇于创新、实、服从真理和实事求是的科学态度，以及勇于创新、善于合作和无私奉献的科学精神。因此，在高中生物善于合作和无私奉献的科学精神。因此，在高中生物学教学中注重科学史的学习，必将对培养学生的生物学教学中注重科学史的学习，必将对培养学生的生物科学素养产生深远的影响。科学素养产生深远的影响。2022-8-842

36、162354DNADNA双螺旋发现双螺旋发现的几点启示：的几点启示：2022-8-8431.将一个学科发展成熟的知识、技术和方法应用到另一学科的前沿，能够产生重大的创新成果。学科交叉是创新思想的源泉。2022-8-844v2.科学的发现是一个知识不断积累、认识不断深化的过程善于学习和鉴别，对已有的结论经过去粗取精，去伪存真，有选择地继承并且加以发展，才能做出重大创新重大的科学发现不会孤立地出现，在它之前必然已经有前人大量的探索，不断突出矛盾，不断扫清外围，等待着幸运儿的出现。2022-8-845v3.选择有战略意义的重大课题，坚持不懈地努力，十分重要取得重大发现的路程不会一帆风顺，中间会出现失

37、败和挫折，要像沃森和克里克那样，充满自信，不畏艰险，不怕失败，不怕嘲笑，以坚定不移的努力去实现认定的目标。2022-8-846v4.要敢于竞争，更善于合作沃森和克里克之最后成功，在于他们之间有良好的人际关系，既会顽强地坚持己见，又能灵活地倾听对方意见，在争论中互相尊重，发挥各自长处，最后服从真理，很快达成一致善于在竞争中合作，使他们能从皇家学院得到重要的实验数据善于向周围科学家请教和学习，使他们最快地得到正确的核苷酸配对方式。2022-8-847v5.实验是检验科学理论惟一的标准，保持理论和实验的密切合作是取得重大发现、证明理论正确的关键。2022-8-848v6.他们的合作就如同天才诞生在恰

38、当的时期、在恰当的日子相遇、在恰当的学科内互补、在恰当的人生路途上志趣相投，是可遇不可求的。2022-8-849大家探讨的问题：大家探讨的问题：v、如何解决生物科技带来的伦理问题？、如何解决生物科技带来的伦理问题？v2 2、科学需要想象力，需要探究精神，我们、科学需要想象力，需要探究精神，我们在原有教育体制下成长的一代，如何教会在原有教育体制下成长的一代，如何教会学生探究？学生探究？v3 3、思维如何培养？、思维如何培养？v4 4、沃森、克里克获得诺贝尔奖的原因？、沃森、克里克获得诺贝尔奖的原因？DNA分子的结构分子的结构（3）能够控制蛋白质的合成）能够控制蛋白质的合成（2）能够进行自我复制）

39、能够进行自我复制（1）结构具有相对稳定性）结构具有相对稳定性DNA作为遗传物质应具备什么样的特点？作为遗传物质应具备什么样的特点？解开解开DNADNA结构之谜结构之谜回眸历史回眸历史沃森沃森、克里克里克克和英国物和英国物理学家理学家威尔威尔金斯金斯因发现因发现生命的双螺生命的双螺旋而荣获旋而荣获19621962年诺贝年诺贝尔医学生理尔医学生理学奖。学奖。左一：威尔金斯左一：威尔金斯 左三：克里克左三：克里克 左五：沃森左五：沃森阅读故事，思考回答阅读故事，思考回答1.1.沃森和克里克开始研究沃森和克里克开始研究DNADNA结构时，科学界结构时，科学界对对DNADNA已有的认识是什么？已有的认识

40、是什么？2.2.沃森、克里克在前人已有的认识上，采用沃森、克里克在前人已有的认识上，采用什么方法研究什么方法研究DNADNA结构？结构？3.3.沃森和克里克先后分别提出了怎样的模型？沃森和克里克先后分别提出了怎样的模型？DNA的的基本单位基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸含碱基含碱基脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸AGC T化学元素组成：C H O N P腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸胞嘧啶胞嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸 胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸DNA分子的基本单位A脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸G脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖C磷酸磷酸T脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷

41、酸DNADNA模型建构模型建构代表磷酸代表磷酸 D代表脱氧核糖代表脱氧核糖 代表代表4种碱基种碱基 代表连接各组分的化学键代表连接各组分的化学键 【模型建构模型建构1】:脱氧核苷酸脱氧核苷酸P【模型建构模型建构2】一条脱氧核苷酸链一条脱氧核苷酸链DNADNA模型建构模型建构【模型建构模型建构3】DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构模型建构3】DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP两条链中的碱基是排在两条链中的碱基是排

42、在侧，还是在侧，还是在侧？侧？【模型建构模型建构3】DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构模型建构3】DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构模型建构3】DNA双链双链P4 41 13 35 52

43、2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构模型建构3】DNA双链双链P4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPP4 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PP【模型建构模型建构3】DNA双链双链连接两条链的连接两条链的碱基如何配对碱基如何配对?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？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

44、合物，占有空间小。而是单环化合物，占有空间小。而DNA分子的两条链的距离分子的两条链的距离是固定的。是固定的。为什么只能是为什么只能是A A配配T T，G G配配C C，不能，不能是是A A配配C C，G G配配T T？(1)A的量总是等于的量总是等于T的量的量,G的量总是等于的量总是等于C的量的量.(2)A与与T通过两个氢键相连，通过两个氢键相连，G与与C通过三个氢键相连，通过三个氢键相连，使使DNA的结构更加稳定的结构更加稳定.【模型建构模型建构3】DNA双链双链3.4nm3.4nm2nm2nm0.34nm【模型建构模型建构4】DNA双螺旋结双螺旋结构构PPPPA AT TC CG GP4

45、 41 13 35 52 2oP4 41 13 35 52 20PPA AC CT TG G磷酸脱氧核糖含氮碱基DNA的平面结构的平面结构102345012345DNADNA模型分析模型分析反向平行反向平行碱基对碱基对另一碱基对另一碱基对 嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基碱基对对，且，且A只和只和T配对、配对、C只和只和G配对，这种碱配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配碱基互补配对原则对原则。ATGC氢键氢键DNADNA模型分析模型分析AAATTTGGGGCCCATC 思考1：结构中的哪个结构是稳定不变的?哪个结构是

46、千变万化的？两条长链上的脱两条长链上的脱氧核糖与磷酸交氧核糖与磷酸交替排列的顺序是替排列的顺序是稳定不变的。稳定不变的。长链中的碱基对长链中的碱基对的排列顺序是千的排列顺序是千变万化的。变万化的。DNADNA分子的平面结构分子的平面结构脱氧核糖与磷酸交替连接脱氧核糖与磷酸交替连接构成骨架构成骨架碱基对碱基对氢键氢键为什么为什么DNA结构上具有稳定性？结构上具有稳定性？共价键共价键氢键氢键嘌呤嘌呤-嘧啶嘧啶v比较不同组的比较不同组的DNA模型有什么不同模型有什么不同？vDNA中的遗传信息蕴藏在哪儿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不同碱基对的排列顺序中碱基对的排列顺序中

47、【思考思考2】3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？的什么部位？2、DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于它们分别位于DNA的什么部位呢？的什么部位呢？1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？立体结构？【思考思考3】总结总结DNA分子的结构特点分子的结构特点AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由两条分子是由两条反向平行的反向平行的脱氧核苷酸脱氧核苷酸长链盘旋成长链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。DNA分子的结构特点分子的结构特点AAATTTGGGGCCCA

48、TC（1）DNA分子是由两条分子是由两条反向平行的反向平行的脱氧核苷酸脱氧核苷酸长链盘旋成长链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成排列在外侧，构成基本基本骨架骨架；碱基在内侧。；碱基在内侧。DNA分子的结构特点分子的结构特点AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由两条分子是由两条反向平行的反向平行的脱氧核苷酸脱氧核苷酸长链盘旋成长链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，核糖和磷酸交替连接，排列在排列在外侧外侧，构成，构成基本基本骨架骨架；碱基在；碱基在内

49、侧内侧。（3）两条链上的碱基通）两条链上的碱基通过过氢键氢键连结起来，形成连结起来，形成碱基对，且遵循碱基对，且遵循碱基互碱基互补配对原则补配对原则。DNA分子的结构特点分子的结构特点）DNADNA的的 结构和组成可用五四三结构和组成可用五四三二一表示分别表示的是什么？二一表示分别表示的是什么？五种元素：五种元素：C、H、O、N、P四种碱基：四种碱基：A、G、C、T，相应的，相应的有四种脱氧核苷酸有四种脱氧核苷酸三种物质：三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮磷酸、脱氧核糖、含氮碱基碱基两条长链：两条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链两条反向平行的脱氧核苷酸链一种螺旋：一种螺旋：规则的双螺旋结构规则的双

50、螺旋结构DNADNA分子的特点：分子的特点：多样性：多样性：一个最短的一个最短的DNADNA分子也有分子也有40004000个碱基对，可个碱基对，可能的排列方式就有能的排列方式就有4 440004000种。种。特异性：特异性：不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。基对的排列顺序肯定不同。稳定性：稳定性：中的脱氧核糖和磷酸交替连接的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）则不变。（即结构的稳定性）DNADNA分子碱基对的排列顺序千变万化。分子碱基对的排列顺序