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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: 、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 。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%
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