生物组 温青

DNA的结构 DNA的复制

DNA的结构层次 1、组成元素：C、H、O、N、P 2、基本单位：脱氧核苷酸 C G A T 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 磷酸 胞嘧啶（C） 脱氧核糖 含氮碱基 C G A T

DNA的结构层次 1、组成元素：C、H、O、N、P 2、基本单位：脱氧核苷酸 磷酸二酯键 3、多核苷酸链（编码并储存信息） 氢键 A T A G 1、组成元素：C、H、O、N、P 2、基本单位：脱氧核苷酸 磷酸二酯键 T 3、多核苷酸链（编码并储存信息） G C 氢键

DNA的结构层次 1、组成元素：C、H、O、N、P 2、基本单位：脱氧核苷酸 3、多核苷酸链（编码并储存信息） 4、空间结构：多为双螺旋结构

DNA的结构层次 1、组成元素：C、H、O、N、P 2、基本单位：脱氧核苷酸 3、多核苷酸链（编码并储存信息） 4、空间结构：多为双螺旋结构

DNA结构特点及其意义 1、稳定性 2、多样性（4n） 3、特异性 4、有利于其行使复制、转录、翻译等功能

生物学上的一段传奇 1、双螺旋结构模型的诞生 1953年4月25日，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。

50年前的那篇只有2页，900字的论文的第一句是这样说的：“关于脱氧核糖核酸盐类（DNA）的结构，我们想提出一个建议。”他们就用这样谦虚的方式向世界宣布了他们已经揭开了生命的最大秘密之一。 沃森和克里克讲得很客气：“这个结构的新颖特点，在生物学上会引起注意。” 其实岂止是“注意”，那是一场 轰动世界的革命！ 这一成果后来被誉为20世纪以 来生物学方面最伟大的发现， 标志着分子生物学的诞生。

1962年， Wilkins、 Watson和Crick共获诺贝尔奖。

2、沃森与克里克：互补的一对 1951年，23岁的沃森来到英国剑桥大学，找到了最好的合作者——大器晚成的物理学博士生35岁的克里克。他们都很有个性，两人碰在一起经常争论。然而，初次见面时他们彼此都曾感到吃惊，因为对DNA的看法竟如此相近，而且能知识互补。这奠定了他们日后有成效地合作的基础。

在性格及人生旨趣上，沃森和克里克可说是两种类型。沃森是一个不拘小节、随便邋遢的人，但是，他的笔记本却出奇地整洁有条理，上面还标有各种不同颜色的线条，几乎无人能比得上。这就是沃森，一个典型的美国人，骨子里的实用主义者，值得做的事他会倾全力去做，并做得相当漂亮，而不值得做的事就撒手不管。而克里克则出生于英国伦敦附近一个中产阶级的家庭，从小受到正规严格的教育，衣着整洁时髦，骨子里透着一股贵族气息，从内心深处认为，科学是一种绅士的职业（即使是有些贫穷的绅士）。

尽管沃森和克里克是相异的一对，但这并不妨碍他们之间漂亮的默契，他俩正像DNA链中的互补碱基一样。这一事实提醒我们，世界本是一个多样化的存在。沃森的浪漫经历固然更能使公众和媒体津津乐道，但克里克的狂热追求同样值得我们心生敬意。 今天，沃森和克里克的名字已经永远和DNA双螺旋的发现联系在了一起。

事实上，在沃森涉足DNA之前，有的研究小组与成功仅差一步之遥。 3、成功的秘诀 事实上，在沃森涉足DNA之前，有的研究小组与成功仅差一步之遥。 沃森和克里克的成功使生物学界苦苦寻求数十年的答案，在朝夕之间即被解决了。在当时的科学界，默默无闻的他们没有最好的设备，甚至不具备很多生物化学知识。但是初涉DNA的沃森和克里克，何以在一年多的时间内就解决了这个难题呢？

首先，他们都信心十足地看好DNA。这就是说，在研究前景还不十分明朗的情况下，他们却凭着某些关键的线索（如艾弗里的细菌转化实验）而认准DNA必定会是一个业绩骄人的绩优股，不少优秀科学家却因缺乏这一战略眼光而与此失之交臂； 其次，他们是一对最佳搭档，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；

第三，他们善于模仿前人的成功经验。诺贝尔奖获得者鲍林成功地用模型方法提出蛋白质的α螺旋理论，而双螺旋模型的建立正是成功地借用了这一方法； 最后，他们还有天赋的好运，其实这与其说是一种好运，还不如说是一种高超的想像力。因为关于DNA的x射线衍射图片只能提供一半的信息，另一半则来自于研究者的想象。

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。

今天回头看，整个发现过程，就如同一个猜谜游戏，沃森和克里克利用别人已提供的线索，在最快的时间内求得了正确答案。所以，他们的工作更多的不是在实验室或图书馆完成的，而是在办公室、聚餐以及湖面泛舟时以闲聊的方式一步步接近答案的。难怪布拉格在为《双螺旋》写序时戏称他俩是“站在巨人的脚趾上”，用该书译者的话来说，他们连爬上巨人肩膀上的功夫都没花，此言妙极。

此时我们不由得想起了沃森在剑桥的导师佩鲁茨对沃森的评价，大意是，我们羡慕他们的不劳而获，其实是混淆了艰苦的工作与艰苦的思维之间的关系。用经济学家的话来说，商品的价值不是由花费的劳动，而是由它在市场上的稀缺程度所决定的，所谓物以稀为贵。事实就是这样，沃森和克里克的成功凭借的是一种稀缺的想像力，而不是艰苦的实验数据收集，这决不是投机取巧。对此，别人只能望尘莫及。

很多人都知道沃森和克里克发现DNA双螺旋结构的故事， 4、被遗忘的英格兰玫瑰 很多人都知道沃森和克里克发现DNA双螺旋结构的故事， 更进一步，有人还可能知道他们与莫里斯·威尔金斯因此分享了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。 然而，有多少人记得罗莎琳德·富兰克林，以及她在这一历史性的发现中做出的贡献？

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。 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

此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行DNA结构的研究，威尔金斯在富兰克林不知情的情况下给他们看了那张照片。根据照片，他们很快就领悟到了DNA的结构——现在已经成为了一个众所周知的事实——两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们连结在一起。 当沃森等人的论文发表的时候，富兰克林已经离开了国王学院，威尔金斯似乎很庆幸这个不讨他喜欢的伙伴的离去。然而富兰克林的贡献是毋庸置疑的：她分辨出了DNA的两种构型，并成功的拍摄了它的X射线衍射照片。沃森和克里克未经她的许可使用了这张照片，但她不以为忤，反而为他们的发现感到高兴，还在《自然》杂志上发表了一篇证实DNA双螺旋结构的文章。

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，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？后人为了这个永远不能有答案的问题进行过许多猜测与争论。今天，科技界对富兰克林的工作给予很高评价，对威尔金斯是否有资格分享发现DNA双螺旋结构的殊荣存在很大争论。

与没有获得诺贝尔奖相比，富兰克林的早逝更加令人惋惜。她是一位才华横溢的女科学家，然而知道她和她的贡献的人寥寥无几。沃森在《双螺旋》一书中甚至公开诋毁富兰克林的形象与功绩，歪曲她与威尔金斯之间的恩怨。许多关于双螺旋的书籍和文章根本不提及富兰克林，尽管克里克在很多年后承认“她离真相已经只有两步”。她是这倾斜的世界中女科学家命运的代表。

5、生物学的面貌因此焕然一新 DNA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。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。 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4种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出20种氨基酸为中心开展实验研究。1967年，遗传密码全部被破解，基因从而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明：基因实际上就是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DNA，可以控制合成相应结构的蛋白质。

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DNA控制蛋白质的合成来实现的。 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上升为带头学科的趋势。

DNA结构发现50年后的2003年，全世界都在纪念这个历史性的日子。英国剑桥大学举行盛大纪念活动和学术研讨会，美国《时代》周刊举行“未来50年基因将如何影响人类的生活”高层论坛。 这些活动，75岁的沃森一一出席，而83岁的克里克和威尔金斯因年龄太大没有出席，英年早逝的富兰克林就更不用说了。 2004年7月28日，DNA双螺旋结构的发现者之一弗朗西斯·克里克与世长辞，20世纪的一颗科学巨星陨落了。

有关计算 基本原理：A等于T； C等于G 1、一条双链DNA有30％的脱氧核苷酸含腺嘌呤，那么，其中一条链上含有鸟嘌呤的最大值是 A、20％ B、30％ C、40％ D、70％ 2、DNA分子的一个单链中，（A+G）/（T+C）=0.4、（A+T）/（C+G）=0.8，问上述比例在其互补链中分别是多少 A、0.4和0.8 B、0.6和0.2 C、2.5和0.8 D、2.5和1.25

有关计算 3、假如有一条双链DNA分子的鸟嘌呤占全部碱基的27%，测得这个DNA分子一条链上的腺嘌呤占这条链碱基的28%，那么另一条链上的腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是 A、9% B、18% C、23% D、24% 返回

DNA的主要功能 1、通过自我复制，在前后代间传递遗传信息。 2、通过转录、翻译，控制蛋白质的合成，从而控制生物的性状，表达遗传信息

DNA的复制 ●复制的概念：以亲代的DNA分子为模板合成子代DNA的过程。 ●复制发生的时间：细胞分裂的间期 ●复制的方式：半保留复制（这种复制方式使复制过程出现差错的可能性降到了最低程度） ●复制的条件：复制过程需要模板、原料、能量和酶等基本条件。

DNA的复制 ●复制的过程： ● DNA复制的意义：通过复制，使亲代的遗传信息传给子代，从而使前后代保持了一定的连续性。 ①解旋：利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋结构的双链逐渐解开。 ②合成子链：以解开的每段链为模板，以细胞中游离的脱氧核苷酸为原料在酶的作用下，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。每条母链和新合成的子链形成新的DNA分子。 ● DNA复制的意义：通过复制，使亲代的遗传信息传给子代，从而使前后代保持了一定的连续性。

关于DNA复制的计算 1、DNA分子复制n次后，子代DNA分子数、含亲代母链和不含亲代母链的DNA 分子数分别是 2n 、 2 、 2n –2 2、X为所求核苷酸在亲代DNA中的含量，n为复制的次数，则DNA复制n次所需游离核苷酸数为 X（2n -1）