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中学生物课程教学方法及资源选择

时间:2023-08-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:介绍当时研究DNA的三个实验室:①伦敦国王学院的威尔金斯、富兰克林实验室;②加州理工学院的大化学家莱纳斯·鲍林实验室;③剑桥的沃森和克里克卡文迪什实验室。伦敦国王学院的威尔金斯、富兰克林实验室是进行DNA化学结构的研究。在她看来,了解DNA结构的最好办法是首先获得高质量的X射线衍射图谱,然后对图谱进行分析。鲍林的成功使卡文迪什实验室备感羞辱。

中学生物课程教学方法及资源选择

1.背景资料

资源类型:文本及图片阅读材料。来源:网络。

介绍当时研究DNA的三个实验室:①伦敦国王学院威尔金斯、富兰克林实验室;②加州理工学院的大化学家莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)实验室;③剑桥的沃森和克里克卡文迪什实验室。

伦敦国王学院的威尔金斯、富兰克林实验室是进行DNA化学结构的研究。富兰克林深深地相信,实验数据才是最重要的。在她看来,了解DNA结构的最好办法是首先获得高质量的X射线衍射图谱,然后对图谱进行分析。加州理工学院的莱纳斯·鲍林(Linus Pauling),是当时世界上最优秀的物理化学家。鲍林在研究分子结构的过程中也采用了晶体—X射线衍射技术,但他主要依靠的是自己在物理化学方面精深的学识,根据图谱和原子之间可能的结合方式亲手搭建分子模型。布拉格爵士(Sir William Lawrence Bragg)当时正领导卡文迪什实验室积极进行蛋白质晶体X射线衍射研究,但他们不得不经常向化学系的同事们咨询原子的结合情况,因此在与鲍林的竞争中几乎必然处于毫无希望的劣势。结果是鲍林在研究角质素(形成毛发和指甲的蛋白质)分子结构的竞争中击败了卡文迪什实验室。鲍林的成功使卡文迪什实验室备感羞辱。卡文迪什实验室的克里克和沃森明白,相同的遭遇完全有可能再次发生。鲍林实验室和卡文迪什实验室明白下一个竞争是DNA结构。沃森在回忆录中写道:“我来剑桥几天后,就和克里克达成了共识,我们应该模仿鲍林的做法,以其人之道还治其人之身。”为此,沃森和克里克必须尽快用X射线衍射技术研究DNA。不过,他们只能求助于剑桥大学以外的科研机构——伦敦的国王学院。另外,美国的生物化学家埃尔文·查哥夫(Erwin Chargaff)等人在研究DNA时发现:尽管生物体的种类不同,单个细胞中所含的4种碱基的数量不一样,但是腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。亦即[A]=[T]和[G]=[C],这一现象被称为Chargaff法则。

2.科学证据

文本与图片资源,当时研究DNA的科学实验成果。

(1)信息一:人们在接受了DNA是遗传的物质基础之后,许多科学家用不同的方法和技术,研究DNA的分子结构和DNA是怎样携带、传递遗传信息的问题。生物化学早就揭示DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链,4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。

(2)信息二:1952年5月,富兰克林拍摄出当时全世界最清晰的DNA的X射线衍射照片——第51号DNA照片,后来更被赞誉为“有史以来拍得最漂亮的X射线照片之一”。从照片可以得到:①DNA分子具有规则的螺旋结构;②每3.4 nm形成一圈,直径为2 nm;③邻近的核苷酸之间的距离为0.34 nm,每圈有10个核苷酸。富兰克林通过以上数据计算知道,每个脱氧核苷酸之间是在脱氧核糖和磷酸的部位连接。(www.xing528.com)

(3)信息三:克里克分析DNA的衍射照片,结合DNA的密度,表明螺旋结构确实是由两条多聚核苷酸链组成的。

(4)信息四:根据四种碱基的物化数据表明,碱基可以分为大小两种,嘌呤(A和G)稍大,嘧啶(C和T)稍小。

图11-1 四种碱基的分子结构式

(5)信息五:1952年7月,美国的生物化学家埃尔文·查哥夫(Erwin Chargaff)访问剑桥大学时报道了他4年来的研究成果——Chargaff法则。查哥夫对沃森和克里克贫乏的基础化学知识深感吃惊。

(6)信息六:克里克的朋友,理论化学家格里菲斯(J·Griffith,他是发现肺炎双球菌遗传转化现象的F·Griffith的侄子)通过计算表明,DNA的4种核苷酸中,A必须与T成键,G必须与C成键。

(7)信息七:1953年2月8日,克里克邀请维尔金斯和沃森共进午餐,席间他们讨论了几件重要事情。首先,邀请维尔金斯加入搭建模型的行列。其次,也是最重要的一点,维尔金斯告诉克里克和沃森,国王学院的一份报告中指出DNA分子结构很特别,是两条链朝向相反的对称结构。

(8)实物资源:制作DNA分子模型的工具和塑料零件,代替当年沃森和克里克组建模型用的铁丝和纸板。

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