生物化学 第二章 核酸 第二节 DNA的双螺旋结构 应用文理学院 授课对象：食品科学与工程、食品质量与安全 教师姓名：张艳贞 College of Applied Arts & Science 授课对象：食品科学与工程、食品质量与安全 教师姓名：张艳贞

复习 5′端 3′端 C G A

新课 一、DNA双螺旋结构模型 DNA双螺旋结构（double helix structure）是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型。 James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA

1953年4月25日英国《Nature》杂志发表了这一成果。 新课 1953年2月28日中午，剑桥大学的两位年轻的科学家弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森步入老鹰酒吧，宣布他们的发现：DNA是由两条核苷酸链组成的双螺旋结构。     1953年4月25日英国《Nature》杂志发表了这一成果。

新课 Fig. Watson and Crick’s paper in Nature 1953.

？ 新课 1962年，Watson和Crick与Wilkins一起因为发现DNA双螺旋结构赢得了诺贝尔奖。

新课 “没有什么分子像DNA那样动人。它让科学家着迷，给艺术家灵感，向社会发出挑战。从任何意义说，它都是一种现代的标志。” — Nature，2003

新课 DNA双螺旋结构模式图

双螺旋DNA的结构要点 新课 1. 两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴以右手盘绕成双螺旋结构，螺旋表面具大沟和小沟。

双螺旋DNA的结构要点 新课 2. 在螺旋的外侧，脱氧核糖与Pi交替排列，彼此以3,5-磷酸二酯键相连，构成 DNA分子的骨架，糖环平面与纵轴平行。

双螺旋DNA的结构要点 新课 2.0 nm 小沟 大沟 3. 碱基对位于内侧，两条链上的碱基借助H键一一配对，A与T配对, 形成两个H键，C与G配对，形成三个H键——以上碱基配对原则，称碱基互补。碱基平面与纵轴相垂直。

双螺旋DNA的结构要点 新课 2.0 nm 小沟 大沟 4. 双螺旋平均直径2nm，相邻碱基对平面间的距离为0.34nm，夹角36°，每旋转一周有10个核苷酸对，螺距3.4nm。

新课 简洁、优雅和深邃的双螺旋结构，早已成为当代科学最佳的“形象代言人”。 英国牛津大学艺术史学家肯普更将其比作我们这个科学时代的“蒙娜·丽莎”。

二、DNA双螺旋结构模型的主要实验依据 新课 1. Oswald Avery (1877-1955) Microbiologist Avery led the team that showed that DNA is the unit of inheritance. One Nobel laureate has called the discovery "the historical platform of modern DNA research", and his work inspired Watson and Crick to seek DNA's structure. —— Nature, 2003

The Avery-MacLeod-McCarty experiment 新课 The Avery-MacLeod-McCarty experiment 艾弗里-麦克劳德-麦卡蒂 细菌转化实验.

新课 2. Erwin Chargaff (1905-2002) Chargaff discovered the pairing rules of DNA letters, noticing that A matches to T and C to G. —— Nature, 2003 DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为Chagaff规则。

由于长期受X射线的影响，1958年富兰克林因卵巢癌去世，享年37岁。 新课 3. Rosalind Franklin (1920-1958) Franklin, trained as a chemist, was expert in deducing the structure of molecules by firing X-rays through them. Her images of DNA - - disclosed without her knowledge - - put Watson and Crick on the track towards the right structure. She went on to do pioneering work on the structures of viruses. —— Nature, 2003 由于长期受X射线的影响，1958年富兰克林因卵巢癌去世，享年37岁。

新课 4. Maurice Wilkins (1916- ) Wilkins worked on X-ray crystallography of DNA with Franklin at King's College London, although their relationship was strained. He helped to verify Watson and Crick's model, and shared the 1962 Nobel with them. —— Nature, 2003

Franklin和Wilkins等人完成的DNA截面 X射线衍射照片 新课 Franklin和Wilkins等人完成的DNA截面 X射线衍射照片 照片中心X射线反射（使X射线底片变黑）的图象是交叉的，说明它是螺旋形的，顶部和底部最浓黑的部分，说明嘌呤碱基和嘧啶碱基垂直于螺旋轴 富兰克林还发现在翻转180度之后看起来还是一样，沃森与克里克在得到这一信息后，意识到两条链是反向的。

三、维持双螺旋结构稳定的因素 碱基对之间的氢键 碱基堆积力（base stacking force） 碱基的疏水相互作用 范德华引力 磷酸基团上负电荷与介质中的阳离子形成的离子键

四、DNA双螺旋结构的发现给我们的启示 新课 法后，一下子变得简单了。” “我认为科学可以改进人们的生活。 我是一个乐观主义者， 我总想利用科学为人类造福。

总结 一、DNA 双螺旋结构： 4个要点，从宏观到微观，从外到里 二、构建基础、实验依据 三、稳定因素 四、启示

作业 作业及思考？ 以人体平均有1014个细胞计，每个细胞DNA含量为6.4×109bp，如果所有DNA均以双螺旋结构存在，试计算人体DNA的总长度为多长？它相当于地球到太阳距离（2.2×109km）的多少倍？ 6.4×109(bp)×0.34(nm/bp)×1014 =2.2×1023(nm) =2.2×1011(km) 2.2×1011÷(2.2×109)=100（倍）

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