DNA结构

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生物学上最著名的发现之一是DNA的结构。连小学生都能告诉你DNA是双螺旋结构。但是，有多少人知道，其中一名涉案人员詹姆斯·沃森(James Watson)之所以这么做，部分原因是为了结识女性?他是个年轻小伙子，看起来傻乎乎的。他认为，如果他能通过发现DNA结构而出名，就能赢得女性的青睐。

所以，如果你想在任何性别的人身上取得成功，你最好注意今天的课程。

现在我要做的是从核苷酸开始，DNA的小组成部分。然后我将继续描述这些积木是如何连接在一起，然后缠绕成双螺旋的。最后，我将通过这些数字，DNA的尺寸来结束我的演讲。

核苷酸是什么?核苷酸是DNA的组成部分。有趣的是，沃森和克里克，或者说是沃森的搭档，弗朗西斯克里克，他们使用的教科书中核苷酸的结构是错误的。因为核苷酸的结构早在DNA的结构被发现之前就已经知道了。那个课本上的错误，让他们的进度慢了很多，直到最后，他们的一个生物化学朋友指出了错误所在。所以我会尽力避免这些错误。

我们来看看核苷酸的基本结构。核苷酸有三个组成部分。它有一个磷酸基，连着一个五碳糖，通常叫做五碳戊糖。这是5碳糖。这里我们有一个氮碱。让我们进一步研究dna核苷酸中的戊糖。

DNA中的5碳糖，也就是脱氧核糖核酸，你们可能猜到了，它是脱氧核糖。

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这里有5个碳1 2 3 4 5。现在为了更容易地提到糖的不同部分，科学家们决定，让我们从糖环开始。唯一不同的是氧。我们把时钟设成12，然后顺时针。这是1号碳，2号碳，3号碳，4号碳。这个环后面的1号碳，是5号碳。

由于我不太明白的原因，科学家们说我们不叫它1号碳，我们叫它1 ' 2 ' 3 ' 4 ' 5 '。如果你要写这个，你要在数字旁边加一个撇号。所以是5 '为了更简洁，我省略了撇号，因为这让我很烦。

这是DNA中的脱氧核糖。你可能听说过另一种叫做RNA的核酸。那么，DNA和RNA有什么区别呢?让我们快速看一下糖。

我们可以看到，脱氧核糖有相同的基本结构。但是如果你看这里是核糖，这里是脱氧核糖。有什么区别呢?切掉这个氧，这是脱氧核糖。我们缺氧。

这里有5个碳，每个碳上都有氧，这是氧，这是氧，这是氧，这是氧，这是氧，这是氧，这是氧，这是氧，这是氧。除了2号碳，每个碳都有一个氧。

让我们回过头来看看我们是如何在脱氧核糖周围组装核苷酸的。这里我们看到了不同的碳，5号碳上，连着磷酸基。5'碳上有磷酸基。很多时候我们就称它为5'磷酸基。氮基去哪了?我们把它连到1号碳上。

如果我们看一下，我们可以看到氮空间连着第一个碳，或者说1'碳。所以当我开始谈论DNA是如何组合在一起的时候，我会开始使用这些3'和5'命名法。

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现在我讲了碱，氮碱只是碱的一个多音节表达。它提供OH基团或者吸收含有大量氮的氢离子。有四种含氮碱。让我们来看看它们产生的四种不同的核苷酸。

有胸腺嘧啶，胞嘧啶，腺嘌呤和鸟嘌呤。你可以看到它们都连在5碳糖上还有磷酸基。让我们放大氮的碱基。

希望你们很快就能看到有一些显著的区别。其中两个;胸腺嘧啶和胞嘧啶有单环，周围有其他物质，而腺嘌呤和鸟嘌呤有两个这样的环结构，周围有其他物质。记住这里的东西并不重要，只要知道胞嘧啶和胸腺嘧啶，因为它们是单环结构，它们被归为嘧啶。腺嘌呤和鸟嘌呤有两个环，它们被归类为嘌呤。

你怎么还记得呢?最简单的方法;看看嘧啶这个词。你注意到了什么?“y”。看看胸腺嘧啶，你看到了什么?“y”。看看胞嘧啶，你看到了什么?“y”。嘌呤没有，腺嘌呤没有，鸟嘌呤没有。 So it’s 'y', y not. If a three year old can keep track of y and y not, you should too. So Pyrimidines have ys, Purines don’t. That’s the easiest way to remember.

现在我们知道了单个核苷酸是如何组合在一起的，让我们看看它们是如何组合成那个著名的双螺旋结构的。如果我们看一下，这是一个核苷酸。记住5指的是磷酸根连着的5'碳。3指的是下面的3'碳。事情是这样的，磷酸连接到3'-碳上的羟基上。

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OH会脱落。通常在这个磷酸中会有氢连着它，所以去掉一个OH和H，就形成了水。这就是为什么它被称为脱水，我们在这里去掉了两个氢和一个氧。我们把水。这叫做脱水合成。

所以我们把这个5'-磷酸和那个3'-碳连接起来。就像在跳康加舞。这是5根手指，有人上来把5根手指放在我的肩膀上。我的手在这些磷酸基上，下一个人把他的5 '指放在我的肩膀上也就是3 '端。

现在，如果我想再加一个呢?我就在这里做了。我看到下一个核苷酸进来了，把它的5'碳连接到这个3'碳上。所以我要做的就是用磷酸盐和糖类形成一条长链，形成主链含氮的碱基像这样伸出来。

但我们知道DNA不像RNA那样是一个单一的螺旋结构。相反，它形成了双螺旋。我们来看看另一条链。发生的是这边有一个磷酸糖主链，那边有另一个磷酸糖主链碱基指向彼此。

现在，这个有问题了。怎么了?这是上下颠倒的。为什么会这样?这就是詹姆斯·沃森提出的关键。他一直坐着玩模型。这是詹姆斯·沃森所做的不寻常的事情之一。他直接跳到使用模型，他说数据只是让人困惑。让我们构建一个模型，看看它是否有效，然后看看数据是否与它匹配。

因此，他确实提出了一些帮助解决这些问题的新方法。他意识到，当他把一个胞嘧啶模型倒过来并把它和鸟嘌呤结合时，它的宽度和胸腺嘧啶的一样倒过来和腺嘌呤结合。所以我们会看到，在一条链上5'-碳上有一个磷酸，3'-碳在下面。

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而另一条链的方向正好相反。科学家们不喜欢说完全相反的方向，他们称之为反平行。因为你们还记得几何课上讲的两条方向相同且互不接触的线，是平行的。有点像这样，但是因为有方向，它们是反平行的。所以这里有一条3'端链。另一个5英尺的在这里。这个向上3'，向下5'。

碱基在双螺旋内部指向彼此。很多时候，如果他们在写一篇关于DNA结构的论文，讨论它是如何形成一个梯子的，一个螺旋状的梯子，当我们做螺旋旋转的时候，糖磷酸基构成了梯子的两侧，氮基构成了这个梯队。

现在你会注意到这些虚线，它们代表氢键;基地的正面和负面部分之间的吸引力很弱。腺嘌呤和胸腺嘧啶形成两个氢键。鸟嘌呤和胞嘧啶形成三个氢键。这叫做碱基配对规则;腺嘌呤到胸腺嘧啶，鸟嘌呤到胞嘧啶。这是Erwin Chargaff首先提出的想法，它被称为Chargaff规则。

从鸟嘌呤到胞嘧啶有3个氢键，DNA中有很多g和c的区域，会被连接在一起。相同的距离，但是要把它们分开有点困难，因为这里有更多的氢键，而不是有很多腺嘌呤和胸腺嘧啶的区域，它们的吸引力稍微弱一些。

这就是梯子的形状，但为什么它会扭曲呢?好吧，让我们来看一个物理模型。这里我们看到一个非常简单的DNA分子模型。这是含氮碱基。这是鸟嘌呤，这是胞嘧啶。这里我们看到腺嘌呤和胸腺嘧啶等等。

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在这个模型中，这些金属铆钉代表糖，而这部分代表磷酸盐。这里标记为3'，这里标记为5'。记住，磷酸盐带很强的负电荷。负电荷对其他负电荷做了什么?他们击退。那么接下来会发生什么呢，这个磷酸腺苷会排斥这个磷酸腺苷，这个磷酸腺苷排斥这个磷酸腺苷，还有这个磷酸腺苷。它们会试图离开对方，但它们却紧紧地绑在一起。所以它们不能这样移动，但它们可以，在三维空间中移动。

记住，分子不是平面的，它们是三维的。接下来会发生什么呢，它们开始试图扭开彼此，收紧直到，这个形状是什么?这是一个螺旋。如果它们紧得太厉害，那么这个就会开始靠近那个，所以它们会到达某个点，在那里它最稳定。就像这样。这就是DNA结构或DNA分子的样子。

关于DNA维度的发现，有一个有趣的旁注，很多数据都来自于一位名叫罗莎琳·富兰克林博士的女性。由于种种原因，沃森和富兰克林相处得不好。所以罗莎琳·富兰克林还没有准备好或愿意与沃森分享她的数据。结果她的主要合作者，或者说她所在实验室的人，是莫里斯·威尔金斯。她和他也相处得不好。

虽然富兰克林不想和沃森分享她的数据，但詹姆斯·沃森和莫里斯·威尔金斯是朋友。有一次，当他和莫里斯聊天，抱怨罗莎琳德不愿意分享数据时，莫里斯·威尔金斯把这张照片给詹姆斯·沃森看。正是通过这张照片，他才真正弄清了DNA的结构。现在我们来看看这是什么。

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如果你看这张图，如果我们沿着双螺旋中的一条链的一个完整的旋转，它有多少个核苷酸?好吧，让我们数一数。你会看到1 2 3 4 5 6 7 8 9 10个核苷酸。这就是我们在这里看到的;10个核苷酸，我缩写了核苷酸nt，因为写起来太长了。所以在这里，一个完全扭转有10个核苷酸。一个完整的扭转长度为3.4纳米。这意味着沿着单链的一个碱基是0.34纳米。如果每扭转10个核苷酸，就是3.4纳米。

那么宽度是多少?总是2纳米。这又是沃森的深刻见解。如果你加入腺嘌呤和胸腺嘧啶，记住腺嘌呤是嘌呤之一。它有两个环。胸腺嘧啶是一个嘧啶，它有一个环。2加1等于3。鸟嘌呤和胞嘧啶。鸟嘌呤有2个环，胞嘧啶是一个环，所以总共有3个环。结果是，这种组合可以得到一致的2纳米的宽度。 That’s it.

这是DNA的尺寸。这就是你想在一篇关于DNA结构的文章中吐出来的东西。题目可能不会在选择题中问这个问题，但是任何关于DNA结构的问题，如果你能记住这些数字，你会多得一到两分。

记住，在作文中，满分是10分。平均分数在2到4之间。所以只要记住这些数字就能得到50%的平均分。

现在你知道DNA是由核苷酸组成的5'-磷酸，5-碳糖和四种可能的氮碱基之一;腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶和胸腺嘧啶。你知道它们的排列方式是一个5'-磷酸连接另一个3'-磷酸。它们形成了一长串。另一条链的方向完全相反或反平行。

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然后就形成了双螺旋结构。你知道双螺旋本身有2纳米宽，每10个碱基对形成一个新的扭曲，形成一个完整的扭曲，3.4纳米长。你们也知道这两条链是由一边的腺嘌呤和胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶之间的氢键连接在一起的。

现在还有最后一个问题要问你自己，为什么沃森如此肯定他对DNA结构的发现会帮助他认识女人?结果是，我不想透露，但他的发现，当然还有克里克的发现，有助于发现DNA是如何复制自身的。也给了我们一些线索，帮助我们弄清楚基因是如何在DNA分子中编码的。