网上科普有关“基因的结构是什么结构体系”话题很是火热，小编也是针对基因的结构是什么结构体系寻找了一些与之相关的一些信息进行分析，如果能碰巧解决你现在面临的问题，希望能够帮助到您。

（一） 走近细胞 一、 比较原核与真核细胞（多样性） 原核细胞 真核细胞 细胞 较小（1—10um） 较大（10--100 um） 细胞核 无成形的细胞核，核物质集中在核区。无核膜，无核仁。DNA不和蛋白质结合 有成形的真正的细胞核。有核膜，有核仁。DNA不和蛋白质结合成染色体 细胞质 除核糖体外，无其他细胞器 有各种细胞器 细胞壁 有。但成分和真核不同，主要是肽聚糖 植物细胞、真菌细胞有，动物细胞无 代表 放线菌、细菌、蓝藻、支原体 真菌、植物、动物 二、生命系统的层次性 植：营养、保护、机械、输导 植：根、茎、叶 细胞 组织 分泌 器官 花、果、种 动：上皮、结缔、肌肉、神经 动：心、肝…… 运动、循环 消化、呼吸 病毒 系统（动） 个体 单细胞 种群 群落 泌尿、生殖 多细胞 神经、内分泌 非生物因素 Ⅰ号 生态系统 生产者 生物圈 生物因素 消费者 Ⅱ号 分解者 三、细胞学说内容（统一性） ○从人体的解剖和观察入手：维萨里、比夏 ○显微镜下的重要发明：虎克、列文虎克 ○理论思维和科学实验的结合：施来登、施旺 1． 细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。 2． 细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。 3． 新细胞可以从老细胞中产生。 ○在修正中前进：细胞通过分裂产生新的细胞。 注：现代生物学的三大基石 1.1838—1839年 细胞学说 2．1859年 达尔文 进化论 3.1866年 孟德尔 遗传学 四、结论 除病毒以外，细胞是生物体结构和功能的基本单位，也是地球上最基本的生命系统。 （二）组成细胞的分子 基本：C、H、O、N （90％） 大量：C、H、O、N、P、S、（97％）K、Ca、Mg 元素 微量：Fe、Mo、Zn、Cu、B、Mo等 （20种） 最基本：C，占干重的48.4%,生物大分子以碳链为骨架 物质 说明生物界与非生物界的统一性和差异性。 基础 水：主要组成成分；一切生命活动离不开水 无机物 无机盐：对维持生物体的生命活动有重要作用 化合物 蛋白质：生命活动（或性状）的主要承担者／体现者 核酸：携带遗传信息 有机物 糖类：主要的能源物质 脂质：主要的储能物质 一、蛋白质 （占鲜重7－10％，干重50％） 结构 元素组成 C、H、O、N，有的还有P、S、Fe、Zn、Cu、B、Mn、I等 单体 氨基酸 （约20种，必需8种，非必需12种） 化学结构 由多个氨基酸分子脱水缩合而成，含有多个肽键的化合物，叫多肽。 （二） 多肽呈链状结构，叫肽链。一个蛋白质分子含有一条或几条肽链。 高级结构 多肽链形成不同的空间结构，分二、三、四级。 结构特点 由于组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序不同，于是肽链的空间结构千差万别，因此蛋白质分子的结构是极其多样的。 功能 ○蛋白质的结构多样性决定了它的特异性/功能多样性。 1． 构成细胞和生物体的重要物质：如细胞膜、染色体、肌肉中的蛋白质； 2． 有些蛋白质有催化作用：如各种酶； 3． 有些蛋白质有运输作用：如血红蛋白、载体蛋白； 4． 有些蛋白质有调节作用：如胰岛素、生长激素等； 5． 有些蛋白质有免疫作用：如抗体。 备注 ○连接两个氨基酸分子的键（—NH—CO—）叫肽键。 ○各种蛋白质在结构上所具有的共同特点（通式）： 1． 每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个羧基连同一碳原子上； 2． 各种氨基酸的区别在于R基的不同。 ○ 变性（熟鸡蛋）＆盐析＆凝固（豆腐） 计算 ○由N个aa形成的一条肽链围成环状蛋白质时，产生水／肽键 N 个； ○N个aa形成一条肽链时，产生水／肽键 N－1 个； ○N个aa形成M条肽链时，产生水／肽键 N－M 个； ○N个aa形成M条肽链时，每个aa的平均分子量为α，那么由此形成的蛋白质 的分子量为 N×α－（N－M）×18 ； 二、核酸 一切生物的遗传物质，是遗传信息的载体，是生命活动的控制者。 元素组成 C、H、O、N、P等 分类 脱氧核糖核酸（DNA双链） 核糖核酸（RNA单链） 单体 成分 磷酸 H3PO4 五碳糖 脱氧核糖 核糖 含氮 碱基 A、G、C、T A、G、C、U 功能 主要的遗传物质，编码、复制遗 传信息，并决定蛋白质的合成 将遗传信息从DNA传递给 蛋白质。 存在 主要存在于细胞核，少量在线粒 体和叶绿体中。甲基绿 主要存在于细胞质中。吡罗红 △ 每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。 三、糖类和脂质 元素 类别 存在 生理功能 糖类 C、H、O 单糖 核糖C5H10O5 主细胞质 核糖核酸的组成成分； 脱氧核糖C4H10O5 主细胞核 脱氧核糖核酸的组成成分； 六碳糖：葡萄糖 C6H12O6、果糖等 主细胞质 是生物体进行生命活动的重要能源物质（70％以上）； 二糖 C12H22O11 麦芽糖、蔗糖 植物 乳糖 动物 多糖 淀粉、纤维素 植物 （细胞壁的组成成分）， 重要的储存能量的物质； 糖原（肝、肌） 动物 脂质 C、H、O 有的 还有N、P 脂肪 动、植物 储存能量、维持体温恒定； 类脂/磷脂 脑、豆 构成生物膜的重要成分； 固醇 胆固醇 动物 动物的重要成分； 性激素 促性器官发育和第二性征； 维生素D 促进钙、磷的吸收和利用； △ 组成生物体的任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，而只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。细胞就是这些物质最基本的结构形式。 四、鉴别实验 试剂 成分 实验现象 常用材料 蛋白质 双缩脲 A: 0.1g/mL NaOH 紫色 大豆 鸡蛋 B: 0.01g/mL CuSO4 脂肪 苏丹Ⅲ 橘** 花生 还原糖 班氏（加热） 砖红色沉淀 苹果、梨、白萝卜 淀粉 碘液 I2 蓝色 马铃薯 ○具有还原性的糖：葡萄糖、麦芽糖、果糖 五、无机物 存在方式 生理作用 水 结合水4.5% 自由水95% 部分水和细胞中 其他物质结合。 细胞结构的组成成分。 绝大部分的水以 游离形式存在，可以自由流动。 1．细胞内的良好溶剂； 2．参与细胞内许多生物化学反应； 3．水是细胞生活的液态环境； 4．水的流动，把营养物质运送到细胞，并把废物运送到排泄器官或直接排出； 无机盐 多数以离子状态存，如K+、 Ca2+、Mg2+、Cl--、PO2+等 1．细胞内某些复杂化合物的重要组成部分，如Fe2+是血红蛋白的主要成分； 2．持生物体的生命活动，细胞的形态和功能； 3．维持细胞的渗透压和酸碱平衡； 六、小结 化合 有机组合 分化 化学元素 化合物 原生质 细胞 ○原生质 1．泛指细胞内的全部生命物质，但并不包括细胞内的所有物质，如细胞壁； 2．包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分；其主要成分为核酸、蛋白质（和脂类）； 3．动物细胞可以看作一团原生质。 ○细胞质 ： 指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部原生质。 ○原生质层：成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，为一层半透膜。 (三)细胞的基本结构 细胞壁（植物特有）： 纤维素+果胶，支持和保护作用 成分：脂质（主磷脂）50%、蛋白质约40%、糖类2%-10% 细胞膜 作用：隔开细胞和环境；控制物质进出；细胞间信息交流； 真核 基质： 有水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等 细胞 细胞质 是活细胞进行新陈代谢的主要场所。 分工：线、内、高、核、溶、中、叶、液、 细胞器 协调配合：分泌蛋白的合成与分泌；生物膜系统 核膜：双层膜，分开核内物质和细胞质 核孔：实现核质之间频繁的物质交流和信息交流 细胞核 核仁：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关 染色质：由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体 一、 细胞器 差速离心：美国 克劳德 线粒体 叶绿体 高尔基体 内质网 液泡 核糖体 中心体 分布 动植物 植物 动植物 动植物 植物和某 些原生动物 动植物 动物 低等植物 形态 椭球形、棒形 扁平的球形或椭球形 大小囊泡、扁平囊 网状 椭球形粒状小体 结构 双层膜，有少量DNA 单层膜，形成囊泡状和管状，内有腔 没有膜结构 嵴（TP酶复合体）、基粒、基质 基粒（类体）、基质（片层结构）、酶 外连细胞膜，内连核膜 液泡膜、细胞液 蛋白质、RNA、和酶 两个互相垂直的中心粒 功能 有氧呼吸的主场所 进行光合作用的场所 细胞分泌， 成细胞壁 提供合成、运输条件 贮存物质，调节内环境 蛋白质合成的场所 与有丝分裂有关 备注 在核仁 形成 △ 细胞器是指在细胞质中具有一定形态结构和执行一定生理功能的结构单位， 三、协调配合 分泌蛋白 放射性同位素示踪法：罗马尼亚 帕拉德 有机物、O2 叶绿体 线粒体 能量、CO2 基因调控 初步合成 加工 修饰 细胞核 核糖体 内质网 高尔基体 细胞膜 胞外 氨基酸 肽链 一定空间结构 ○生物膜系统：细胞器膜 + 细胞膜 + 核膜等形成的结构体系 四、细胞核 = 核膜（双层） + 核仁 + 染色质 + 核液 美西螈实验、蝾螈横缢实验、变形虫实验、伞藻嫁接与移植实验 细胞核是遗传信息储存和复制的场所，是代谢活动和遗传特性的控制中心。 ○ 染色质和染色体是同一物质在细胞周期不同阶段相互转变的形态结构。 DNA 螺旋 ○ + = 核小体（串珠结构） 染色质 30nm纤维 组蛋白 非组蛋白 螺旋化 0.4um超螺旋管（圆筒形） 2－10um染色单体（圆柱状、杆状） 二、树立观点(基本思想) 1．有一定的结构就必然有与之相对应功能的存在； ○结构和功能相统一 2．任何功能都需要一定的结构来完成 1．各种细胞器既有形态结构和功能上的差异，又相互联系，相互依存； ○分工合作 2．细胞的生物膜系统体现细胞各结构之间的协调配合。 ○生物的整体性：整体大于各部分之和；只有在各部分组成一个整体的时才能体现出生命现象。 1．结构：细胞的各个部分是相互联系的。如分布在细胞质的内质网内连核膜，外接细胞膜。 2．功能：细胞的不同结构有不同的生理功能，但却是协调配合的。如分泌蛋白的合成与分泌。 3．调控：细胞核是代谢的调控中心。其DNA通过控制蛋白质类物质的合成调控生命活动。 4．与外界的关系上：每个细胞都要与相邻细胞、而与外界环境直接接触的细胞都要和外界环境进行物质交换和能量转换。 六、总结 细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。 （四）细胞物质的运输 ○科学家研究细胞膜结构的历程是从物质跨膜运输的现象开始的，分析成分是了解结构的基础，现象和功能又提供了探究结构的线索。人们在实验观察的基础上提出假说，又通过进一步的实验来修正假说，其中方法与技术的进步起到关键的作用 成分：磷脂和蛋白质和糖类 结构：单位膜（三明治）→ 流动镶嵌模型 细胞膜 特性 结构特点：具有相对的流动性 生理特性：选择透过性（对离子和小分子物质具选择性） 保护作用 功能 控制细胞内外物质交换 细胞识别、分泌、排泄、免疫等 一、物质跨膜运输的实例 1.水分 条件 浓度 外液 > 细胞质/液 外液 < 细胞质/液 现象 动物 失水皱缩 吸水膨胀甚至涨破 植物 质壁分离 质壁分离复原 原理 外因 水分的渗透作用 内因 原生质层与细胞壁的伸缩性不同造成收缩幅度不同 结论 细胞的吸水和失水是水分顺相对含量梯度跨膜运输的过程 ○ 渗透现象发生的条件：半透膜、细胞内外浓度差 ○ 渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。 ○ 半透膜：指一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称。 ○ 质壁分离与复原实验可拓展应用于：（指的是原生质层与细胞壁） ①证明成熟植物细胞发生渗透作用； ②证明细胞是否是活的； ③作为光学显微镜下观察细胞膜的方法； ④初步测定细胞液浓度的大小； 2. 无机盐等其他物质 ① 不同生物吸收无机盐的种类和数量不同。 ② 物质跨膜运输既有顺浓度梯度的，也有逆浓度梯度的。 3. 选择透过性膜 可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过的膜。 □ 生物膜是一种选择透过性膜，是严格的半透膜。 二、流动镶嵌模型 1.要点 ①磷脂双分子层 构成生物膜的基本支架，但这个支架不是静止的，它具有流动性。 ②蛋白质 镶嵌、贯穿、覆盖在磷脂双分子层上，大多数蛋白质也是可以流动的。 ③天然糖蛋白 蛋白质和糖类结合成天然糖蛋白，形成糖被具有保护、润滑和细胞识别等 2.与单位膜的异同 相同点：组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质 不同点：①流：蛋白质的分布有不均匀和不对称性；强调组成膜的分子是运动的。 ②单：蛋白质均匀分布在脂双层的两侧；认为生物膜是静止结构。 三、跨膜运输的方式 例子|方式| 浓度梯度| 载体| 能量| 作用 水、甘油、气体、乙醇、苯| 自由扩散| 顺 ×| ×| 被选择吸收的物质从高浓度的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运 葡萄糖进入红细胞| 协助扩散| 顺| √| × 进入红细胞的钾离子 |主动运输| 逆| √| √| 能保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要 的物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞要害的物质。 ○大分子或颗粒：胞吞、胞吐 四、小结 组成 决定 磷脂分子+蛋白质分子 结构 功能（物质交换） 具有 导致 保证 体现 运动性 流动性 物质交换正常 选择透过性 成分组成结构，结构决定功能。构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的，因此决定了由它们构成的细胞膜的结构具有一定的流动性。结构的流动性保证了载体蛋白能把相应的物质从细胞膜的一侧转运到到另一侧。由于细胞膜上不同载体的数量不同，所以，当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出细胞膜的数量、速度及难易程度的不同，即反映出物质交换过程中的选择透过性。可见，流动性是细胞膜结构的固有属性，无论细胞是否与外界发生物质交换关系，流动性总是存在的，而选择透过性是细胞膜生理特性的描述，这一特性，只有在流动性基础上，完成物质交换功能方能体现出来。 五)细胞的能量供应和利用 H2O 外界 水 H2O O2 矿质元素 [H] 光 ATP 原生质 ADP+PI 热能 ATP ADP+PI CO2+H2O C3H6O3 C2H5OH+CO2 一、 酶——降低反应活化能 ◎ 新陈/细胞代谢：活细胞内全部有序化学反应的总称。 ◎ 活化能：分子从常态转变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 1． 发现 ①巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。 ②巴斯德（法、微生物学家）：发酵与活细胞有关；发酵是整个细胞。 ③利比希（德、化学家）：引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。 ④比希纳（德、化学家）：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。 ⑤萨姆纳（美、科学家）：从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。 ⑥许多酶是蛋白质。 ⑦切赫与奥特曼（美、科学家）：少数RNA具有生物催化功能。 2．定义 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。 注： ①由活细胞产生（与核糖体有关） ②催化性质：A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。 B.反应前后酶的性质和数量没有变化。 ③成分：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。 3．特性 ① 高效性：催化效率很高，使反应速度很快，是一般无机催化集的107——1013倍。 ② 专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 → 多样性 。 ③ 需要合适的条件（温度和pH值） → 温和性 → 易变性 。 酶的催化作用需要适宜的温度、pH值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构。低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。 图例 解析 在底物足够，其他因素固定的条件下，酶促反应的速度与酶浓度成正比。 1.在S较低时，V随S增加而加快，近乎成正比； 2.在S较低时，V随S增加而加快，但不显著； 3.当S很大且达到一定限度时，V也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应也几乎不再改变。 1.在一定T内V随T的 升高而加快； 2.在一定条件下，每一种酶在某一T时活力最大，称最适温度； 3.当T升高到一定限度时，V反而随温度的升高而降低。 ◎动物T：35—40℃ PH ： 6.5—8.0 ◎ 酶工程 生产提取 制成 酶制剂 应用 治疗疾病；加工和生产一些产品； 和分离纯化 固定化酶 化验诊断和水质检测；其他分支。 二、ATP（三磷酸腺苷） ◎ ATP是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接 能源，它的水解与合成存在着能量的释放与贮存。 1．结构简式 A — P ～ P ～ P 腺苷 普通化学键13.8KJ/mol 高能磷酸键 30.54 KJ/mol 磷酸基团 2．ATP与ADP的转化 ATP 呼吸作用 （线粒体） 吸 Pi （细胞质基质） 能 吸收分泌（渗透能） （叶绿体） 放 肌肉收缩（机械能） 光合作用 Pi 能 神经传导、生物电（电能） ADP (每个活细胞) 合成代谢（化学能） 体温（热能） 萤火虫（光能） ◎ 糖类—主要能源物质 热能 散失 太阳光能 脂肪—主要储能物质 氧化 （直接能源） 蛋白质—能源物质之一 分解 化学能 ATP 水解酶、放 ◎ ATP ADP + Pi + 能量 合成酶、吸 3．能产生ATP： 线粒体、叶绿体、细胞质基质 能产生水： 线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核 能碱基互补配对： 线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核 三、ATP的主要来源——细胞呼吸 ◎呼吸是通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。 ◎细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。分为： 有氧呼吸 无氧呼吸 概念 指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成许多ATP的过程。 指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。 过程 ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP ② 2丙酮酸+ 6H2O → 6CO2 + [H]+ 2ATP ③ [H] + 6O2 → 12H2O + 34ATP ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP → 2C3H6O3 ② 2丙酮酸 → 2C2H5OH + 2CO2 反应式 C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2 + 12H2O + 38ATP C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP 不同点 场所 ： ①②线粒体基质 ③内膜 始终在细胞质基质 条件 ： 除①外，需分子氧、酶 不需分子氧、需酶 产物 ： CO2 、H2O 酒精和CO2或乳酸 能量 ： 大量、合成38ATP（1161KJ） 少量、合成2ATP(61.08KJ) 相同点 联系 ： 从葡萄糖分解成丙酮酸阶段相同，以后阶段不同 实质 ： 分解有机物，释放能量，合成ATP 意义 ： 为生物体的各项生命活动提供能量；为体内其他化合物合成提供原料 ◎比较 光合作用 呼吸作用 反应场所 绿色植物（在叶绿体中进行） 所有生物（主要在线粒体中进行） 反应条件 光、色素、酶 酶（时刻进行） 物质转变 把无机物CO2和H2O合成有机物（CH2O） 分解有机物产生CO2和H2O 能量转变 把光能转变成化学能储存在有机物中 释放有机物的能量，部分转移ATP 实质 合成有机物、储存能量 分解有机物、释放能量、产生ATP 联系 有机物、氧气 光合作用 呼吸作用 能量、二氧化碳 ◎ 光合作用的实质 通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。 四、光和光合作用 ◎光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的 有机物，并释放出氧气的过程。影响因素有：光、温度、CO2浓度、水分、矿质元素等。 1．发现 内容 时间 过程 结论 普里斯特 1771年 蜡烛、小鼠、绿色植物实验 植物可以更新空气 萨克斯 1864年 叶片遮光实验 绿色植物在光合作用中产生淀粉 恩格尔曼 1880年 水绵光合作用实验 叶绿体是光合作用的场所释放出氧。 鲁宾与卡门 1939年 同位素标记法 光合作用释放的氧全来自水 2．场所 双层膜 叶绿体 基质 基粒 多个类囊体（片层）堆叠而成 胡萝卜素（橙**）1/3 类胡萝卜素 叶黄素（**） 2/3 吸蓝紫光 色素 （1/4） 叶绿素A（蓝绿色）3/4 叶绿素（3/4） 叶绿素B（黄绿色）1/4 吸红橙和蓝紫光 3．过程 光反应 暗反应 条件 光、色素、酶 CO2、[H]、ATP、酶 时间 短促 较缓慢 场所 内囊体的薄膜 叶绿体的基质 过程 ① 水的光解 2H2O → 4[H] + O2 ② ATP的合成/光合磷酸化 ADP + Pi + 光能 → ATP ① CO2的固定 CO2 + C5 → 2C3 ② C3/ CO2的还原 2C3 + [H] →（CH2O） 实质 光能 → 化学能，释放O2 同化CO2，形成（CH2O） 总式 CO2 + H2O → （CH2O）+ O2 或 CO2 + 12H2O → （CH2O）6 + 6O2 + 6H2O 物变 无机物CO2、H2O → 有机物（CH2O） 能变 光能 → ATP中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能 ◎ 同位素示踪 14C 光反应 2C 3 暗反应 （14CH2O） 3H2O 固定 [3H] 还原 （C3H2O） H218O 光 18O2 ◎ 人为创设条件，看物质变化： 1． 光照 → [H]和ATP → 暗反应 → （CH2O） ↓ ↓ ↓ ↓ 切断 → 不能生成 → 不能进行 → 不能生成 2． CO2 → C5 → C3 → （CH2O）

为什么DNA分子呈现双螺旋结构？麻烦讲详细点。

基因的一级结构是指脱氧核苷酸的排列测序，解析一级结构最精确的技术就是DNA测序，第一代测序技术为Sanger测序法（双脱氧测序法）,第二代测速技术是循环芯片测序技术，第三代测序技术是单分子测序技术；分析某种基因的种类及拷贝数，实质上就是对基因进行定性和定量分析，常用的技术包括DNA印迹技术（Southern印记）和实时定量PCR技术；基因在染色体上位置的检测可以通过荧光分子标记法。

该答案由本人查阅资料整理归纳，如有异议，欢迎批评指正。

这个解释起来其实要数学和物理很好 不知道你要详细到什么地步的 所以……

（以下内容摘自网络）PS.如果满意请采纳~谢谢~~ :）

DNA为什么是双螺旋结构

（撰文：夏烆光）

内容提要:本文从力学的角度出发阐明：蛋白质分子为什么是螺旋式的结构？DNA为什么是双螺旋结构？核苷酸分子为什么只能有四种类型？以及它们的自我复制功能为什么是唯一的？反过来，从蛋白质分子和DNA分子的螺旋状结构中证明，微观粒子存在着螺旋式前进的运动规律。进而，证明广义时空相对论所给出的理论结果本身的正确性。

一 引 言

1909年，丹麦植物学家约翰逊用“基因”一词取代了孟德尔的“遗传因子”。从此，基因便被看作是生物性状的决定者，或者说，被看成是生物遗传变异结构和功能的基本单位。1926年，美国遗传学家摩尔根发表了著名的《基因论》。他和其他学者用大量的实验证明，基因是组成“染色体”的“遗传单位”。基因在染色体上占有一定的位置和空间，并呈现为直线排列。这样一来，就使孟德尔关于“遗传因子”的假说，体现到具体的遗传物质——基因这一概念上。这个结论，为后来进一步研究基因的结构和功能奠定了最初的理论基础。尽管情况如此，但当时的人们并不知道“基因”究竟是一种什么样的物质。直到上个世纪40年代，当生物科学工作者弄清楚了“核酸”，特别是脱氧核糖核酸（简称DNA），乃是一切生物传宗接代的遗传物质时，“基因”这一概念才有了确切的生物学内涵。其间，1951年科学家们在实验室里获得了DNA的结晶体；1952年又获得了DNA的X射线衍射图谱。在此基础上，于1953年，年仅25岁的美国科学家詹姆斯?沃森与37岁的英国科学家西斯?克里克共同阐明了这个划时代的学术成果，——他们从DNA（脱氧核糖核酸）的X射线衍射图上解读了它的“双螺旋结构”。DNA双螺旋结构的发现，开创了分子生物学的新时代，它使生物大分子的研究跨入了一个崭新的研究阶段，并使遗传学的研究深入到了分子层次，从而迈出了解开“生命之谜”的重要一步。

应该承认，当时的两项科学成就对DNA“双螺旋结构”的发现起到了至关重要的作用。一是，美国加州大学森格尔教授发现了蛋白质分子的螺旋状结构；二是，X射线衍射技术在生物大分子结构研究中得到了实际的应用，从而有了观测分子内部结构的实验手段。正是在这样的科学背景和研究条件下，才促使沃森来到英国剑桥大学与克里克合作，致力于研究DNA的结构模式。他们通过对大量X射线衍射实验结果的分析与研究，提出了DNA的双螺旋结构模型。这项研究成果发表在1953年4月25日英国的《发现》杂志上。在随后的日子里，科学家们便围绕着DNA的结构和作用，陆续地展开了进一步的研究工作，取得了一系列的重大进展，并于1961年终于成功地破译了“遗传密码”，以雄辩的实验依据证实了DNA双螺旋结构这个结论的正确性。沃林、克里克、威尔金斯等三人，因此而共同分享了1962年诺贝尔医学生理学奖。（参见[1]）

二 核苷酸只有四种结构模型

基因（DNA）是自然界唯一能够自我复制的生物分子。正是由于DNA的这种精细准确的自我复制功能，为生物体将其祖先的生物特性传递给下一代提供了保证。现代生物学研究已经清楚地证明，NDA是由大量“核苷酸分子”组成的生物“大分子”。核苷酸分子有四种类型，它们按着不同的顺序排列，构成了含有各种遗传信息的生物基因（DNA）。基因是包含着特定遗传信息的脱氧核糖核酸片段。

实验证明，“大肠杆菌”是一个品系繁多的大家族，其中有成千上万种不同的类型。生物学的研究发现，一些品系的大肠杆菌，本身缺少指导合成某些特殊营养物质的基因，因此，它们必须从培养基中直接摄取营养物质才能生活，——这样的大肠杆菌，被生物学称之作“营养缺陷型”。例如，大肠杆菌K不能合成苏氨酸（T）和亮氨酸（L）；而它的另一个品系则不具备合成生物素（B）和甲硫氨（M）的能力。实验表明，如果把这两种大肠杆菌中的任何一种单独放在缺少T、L、B、M的培养基上都不能生长。但是，当我们把这两种品系的大肠杆菌混合在一起，然后放到缺少TLBM这四种物质的培养基上，却奇迹般地长出了新菌落。这是为什么呢？简单地说：就是因为在大肠杆菌K的DNA中，缺少T、L两种基因，而只含有B和M两种另外的基因；同样，在另一个品系大肠杆菌的DNA中，虽然不具备B和M基因，但却含有前者所缺少的T、L两种基因。把这两种营养缺陷型的大肠杆菌放在一起，就等于把四种基因放在一起来进行培养。这样一来，前一品系细胞中的DNA，就有可能通过细胞膜进入后一品系的细胞中，使两种类型的DNA之间进行基因重组，从而形成含有T、L、B、M四种基因的新型大肠杆菌。

我们说，生物学的这一重大发现，仅仅证明DNA本身具有双螺旋结构，但是，这里并没有指出，形成这种双螺旋结构的物理原因是什么。作为深入的学术研究，完全有必要弄清以下问题：1、蛋白质分子为什么是螺旋状的结构？2、DNA分子为什么是双螺旋式的结构？3、核苷酸分子为什么只有四种类型？4、由核苷酸分子所构成的DNA分子，能够唯一自我复制生物分子的原因是什么？而本文将从力学的角度上，探索并尝试地回答这些新问题。

三 蛋白质分子为什么是螺旋结构

这里，我们先来回答：蛋白质分子为什么是螺旋状的结构？为了回答这个问题，必须先来简单地介绍一下微观粒子的运动特征。根据《广义时空相对论》的理论结果知道，微观粒子的运动规律是：在不停“自旋”的同时，又绕着某个轴线、以一定的旋转频率和旋转半径不停地“公转”。加上粒子本身的直线运动，就自然地构成了一种螺旋式的前进运动。这里虽不是在讨论理论物理问题，但为使大家对这个结论确信无疑，还是需要简单地介绍一点广义时空相对论的相关理论。

诚如所知，在广义时空相对论中（参见[2]，§21），我曾经指出：若曲线M(t)是给定参数t的方程，利用基本矢量τ，μ来表达二阶导数d2M/dt2，并注意到，如果参数t代表着时间，则二阶导数d2M/dt2就是M点运动的“相对加速度”。把等式

dM/dt =τds/dt (1）

对参数t微分，就得出：

d2M/dt2 =τd2s/dt2+(dτ/dt)·(ds/dt) (2）

按照复合函数的微分法则，则有：

dτ/dt =(dτ/ds)·(ds/dt)

再将

dτ/ds = kμ （3）

代入等式(2）中，便可以得出：

d2M/dt2 =τd2s/dt2+μk(ds/dt)*2 (4）

由此可见，相对加速度d2M/dt2可分成两项：一个是切向加速度矢量；另一个是法向加速度矢量。

下面，我们用运动时钟的读数t*来替换方程(4）。为此，需要把曲线的特别参数s写成如下的函数关系：s = s(t*)。这里，我们约定：一阶导数s’(t*)是站在动点M上的观测者，用运动时钟所得出地关于动点M的绝对速度。这个绝对速度可以是常数，——对应着没有外力作用的保守体系；也可以是时间坐标t*的函数，——对应着外力作用引起的绝对速度的变化。同时，我们还要约定：运动是匀加速的。由此而来，把上式对运动系的时间坐标t* 微分两次，便可以得出：

ds = s’(t*)dt* (5）

以及，

d2s =[s’(t*)dt*]’dt*=s’’(t*)dt*2 (6）

令绝对速度

υ= s’(t*)

以及绝对加速度

η= s''(t*)

于是，便可以得出：

ds =υdt*；

以及，

d2s =ηdt*2 (7）

由于这里是“纯量”之间的微分运算，所以不必考虑绝对速度和绝对加速度的方向。再者，由于这里只限于讨论“绝对加速度”为常数时的情况，因此，我们将(5）和(7）式同时代入(4）式，便可以得出：

d2M/dt2 =(ηdt*2/dt2)τ+ k(υdt*/dt)2μ (8）

不难看出，上式等号右边的第一项代表了动点M的切向加速度，而第二项代表了它的法向加速度。等式左边的二阶导数d2M/dt2则是静止观测者、用静止的钟、所得出的动点M在曲线M(t)上运动的“相对加速度”。显然，这个“相对加速度”乃是“切向加速度”与“法向加速度”的矢量合成结果。

下面，我们来研究在均匀引力场中，物质的运动方程。为了简便起见，这里选择微观粒子沿着X轴方向的运动为运动的正方向。这里区分为两种运动状况来加以考虑。

第一，粒子在自由空间中的曲线运动

按照广义时空相对论的观点：在相互作用传播速度有限性的前提下，运动系上的钟、与静止系上的钟，不可能绝对地同步地记录到一个运动事件的两种不同的时间坐标t*和t。因此，如果利用不同的参变数t和t* 来表示(4）式的话，则相应的数学形式也就有所不同。根据本文讨论的需要，我们直接按照广义时空相对论的理论结果，写出运动时钟的纯量读数t* 和静止时钟的纯量读数t之间的关系：

dt* =ξdt，或 dt*/dt =ξ (9）

其中，

ξ= c/(c2 +υ2)1/2 (10）

对于自由空间中的匀速运动，(8）式中的η= 0，并且υ是常数，由此而来，(8）式右端的第一项等于0. 以及ξ是常数。于是，把(9）式代入(8）式便可以得出：

d2M/dt2 = k[υ2c2/(c2 +υ2)]μ (11）

再把关系式

V = υc/(c2 +υ2)1/2 (12）

代入上式，则有：

d2M/dt2 = kV2μ (13）

我们用曲率半径ρ= 1/k代入上式，则有：

d2M/dt2 = (V2/ρ)μ (14）

这就是“匀速圆周运动”的基本公式。这一结果表明：在一个与外界没有任何联系的封闭的自由空间内，物体的绝对线速度υ和相对加速度都是常数，且其方向指向圆心。它的运动轨迹则是一个封闭的圆周。当体系本身具有恒定的初速度υ0时，它的运动轨迹就是一条等螺距的螺旋线。

第二，粒子在均匀引力场（η= Const.）中的运动

按照(9）式，则有：

dt*2/dt2 =ξ2 = c2/(c2 +υ2) (15）

在η等于常数的情况下，将(15）式代入(8）式，并引入相对加速度符号a(t) = d2M/dt2，得出：

a(t)=τηc2/(c2+υ2)+μkc2υ2/(c2+υ2) (16）

然后，再引入符号V2/ρ=ω公2ρ，以及ω自2 r =(ηV2/υ2), 其中，ω公为粒子的公转频率，ω自为粒子绕着质心“自旋”的角频率，r代表微观粒子本身的半径，则上式就可以改写成：

a(t)=(ω自2 r)τ+ (ω公2ρ)μ (17）

这就是在均匀外力作用下（η≠0），微观粒粒子的运动方程。不难理解，如果没有这种均匀外力的作用，微观粒子就不会具有自旋分量，即上式中的第一项。

在上式中，如果把第一项代表切线方向的相对加速度，第二项代表了主法线方向的相对加速度。而切线τ方向的相对加速度代表着微观粒子的“自旋”，而主法线μ方向的相对加速度代表着微观粒子的“公转”。这两种加速度的合成结果，导致微观粒子在前进运动的同时，伴随着自旋以及绕着前进方向为轴线的公转。其轨迹是一条螺旋线。不言而喻，所有化学元素的分子，例如氮（N）、氢（H）、碳（C）的分子等都是微观粒子，因此，它们一定会呈现螺旋式的运动状态。在这种运动状态的影响下，由碳水化合物所构成的蛋白质分子必然会出现螺旋状的结构。

四 核苷酸的类型与双螺旋结构的原因

根据微分几何的理论结果，我们知道

d2M/dt2 =τd2s/dt2 +μk(ds/dt)2 (18）

以及

d2M/ds2 = kμ (19）

现在，我们把上式的二阶导数d2M/ds2再对具有“内蕴意义”的参数“s”微分，就得出了它的三阶微分关系式。不过，这里并不是直接把二阶导数d2M/ds2 = kμ对特别参数“s”进行微分，而是把这个式子右端的矢量μ和曲率k的乘积进行微分。由于从这里出发会使问题大为简化，所以，我们的讨论将从对矢量μ的微分开始，然后所得出的不变式来表示三阶导数d3M/ds3、以及d3M/dt3。不过，这里不准备进行具体的分析与讨论，而是直接地引用微分几何的理论结果（参见[3]，第69—72页），写出三阶微分邻域的不变式如下：

dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ+ζβ；dβ/ds = -ζμ (20）

其中，β是副法线方向上的单位矢量。它的方向垂直于由τ和μ相交后所构成的平面。上式中各公式的符号是选择了“右旋坐标系”时的情况。倘若是改为“左旋坐标系”，对于曲线M(t)的定向运动来说，在切矢量τ改变方向时，在切线单位矢量τ与主法线单位矢量μ确定的旋转方向下，公式(20）所确定的副法线单位矢量β将改变自己的正方向。所以，由方程(20）所确定的不变式“ζβ”也随之改变符号，即：由（+ζβ）变成了（-ζβ）；为了保持曲线M(t)的不变式ζ的符号，必须在公式(20）中改变矢量“β”的符号。这样一来，在左旋的坐标系中，相伴三面形单位矢量导数的“基本关系式”可以写成下列的形式：

dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ；dβ/ds = -ζμ (21）

其中，“ζ”是曲线的“挠率”，而r = 1/ζ是曲线的“挠率半径”。其中，符号“ζβ”的“正”与“负”，代表着参数相同的两个粒子之间的“自旋方向”刚好相反。

下面，我们取dβ/ds = 0，——它代表着微观粒子的自旋轴的方向始终平行于粒子的前进方向，且β的数值不跟随着粒子的运动路程而变换。结果，上式就可以化成：

dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ (22）

上式表明，刚体的任何运动都可以分为两个部分：一是远离坐标原点的平行移动；二是绕固定轴的转动。换言之，在每一个给定的瞬间，物体的运动都是由两个基本的运动所组成：第一，平移——此时物体在每一给定的时间内，它的各个部分都具有相同的运动速度。第二，转动——此时物体上的某一条直线固定不动，而物体的其它部分则绕着这个固定的直线旋转。而这种旋转可以分成两个部分，一个是绕着固定旋转轴的“公转”，另一个是绕着粒子质心的“自旋”。正如（17）式所示，第一项代表着粒子围绕着质心的“自旋”；而第二项代表着围绕前进方向的“公转”。

不难理解，在上述约定的前提条件下，当粒子在前进（dτ/ds＞0）、或后退（dτ/ds＜0）的过程中，相伴三面形T(M,τ,μ,β)的顶点M都同时包含着“平移”和“转动”两个方面。这里所包含的平移和转动，总共可以分成四种情况，分别由下列四个关系式来单独地确定：

dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ+ζβ； ………… ①

dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ； ………… ② （23）

dτ/ds = - kμ；dμ/ds = kτ-ζβ； ………… ③

dτ/ds = - kμ；dμ/ds = kτ+ζβ； ………… ④

在上述四个关系式中，曲线上的每个动点M联系着一个相伴三面形T(M,τ,μ,β)，它是由曲线上对应点发出的“切矢量”、“主法线矢量”、“副法线矢量”所构成的“直角三面形”。这些关系式不仅给出了平移的“正方向”与它的“反方向”，而且给出了每种情况下的转动。单纯地就转动而言，这些公式一方面给出了“左旋公转”与“右旋公转”的情况；另一方面给出了顶点M围绕着自己的质心“左旋自旋”与“右旋自旋”的情况。当相伴三面形的顶点M移动时，动点M所描绘的运动轨迹就肯定是一条螺旋状的曲线。值得指出的是，在粒子构成的“自旋”中，η≠0是至关重要的。正是基于自旋的存在，所以才能出现以上四种独立的运动类型。这里，如果我们把η≠0看成是地球引力场的作用，那么，上式所代表的自旋一定与引力场的性质有关。

普遍的规律，对于两个基本相同的粒子来说，只有它们的自旋相反时，才能发生“耦合作用”而成对地出现。并且，只有自旋相反的粒子之间实现了耦合，其状态才是最稳定的状态。基于这一考虑，我们大胆地推测：核苷酸分子总是成对地耦合在一起。假如情况真地象我们推测的那样，再考虑到每个核苷酸分子的运动轨迹都是螺旋式的结构形状，那么，由这些成对存在着的核苷酸分子所构成的DNA分子，就必然具有双螺旋式的结构特征。另外，由于粒子的自旋运动来自于所在星球的引力特征，所以，地球上生物的DNA分子，在一定程度上受到了地球引力的影响。

为了形象的理解上述观点，我们不妨反过来思考，即从DNA分子的双螺旋结构中，反过来考虑微观粒子螺旋式的运动状态。广义时空相对论业已证明，只有这种螺旋式的运动状态，才能体现出微观粒子“波动性”与“粒子性”的对立统一。——即微观粒子的“波粒二象性”。如果不是这种运动状态，将难以解释微观粒子的“波粒二象性”。实际上，这种理解方法在物理学中被经常地运用。例如，在中学物理中，人们就是利用“铁粉”在磁场中的分布状况，来证实“磁力线”的存在。正如所知，磁力线本身是看不见的，所以人们只好通过铁粉在磁场中的分布状态，来间接地证明磁力线本身的分布状况。有了铁粉的分布状况，就间接证明了磁力线的形状。

再者，由于只有那些自旋相反的核苷酸分子才能够相互耦合而成对地出现，并且这些自旋相反的核苷酸分子的耦合结果只能具有以下四种可能，因此说，所有核苷酸分子只有T、L、B、M四种类型。为了明确，我们把（23）式中的四个式子间的可能耦合列成下表。

耦合条件 公转方向相同 公转方向相反

自旋方向必须相反

①—②，③—④

①—③，②—④

上表列出了核苷酸分子各种可能的耦合关系。从上表所列出的耦合关系可以看出，核苷酸分子的耦合情况只能是表中所列出的“四种组合”，即：①—②，③—④，①—③，②—④。在给定的、均匀的引力场中，这四种结构特征应该是唯一的。所以，地球上生物体的DNA分子只能有四种类型，并且这四种类型DNA分子的自我复制功能也是唯一的。进一步地考虑，生物体的遗传特征，在一定的程度上取决于所在星球上的引力特征。改变引力场，有可能改变DNA分子的形状。

五 结 论

总之，通过上述讨论，回答了四个问题：一是蛋白质分子螺旋结构特征的力学原因。二是，核苷酸分子成对出现的力学原因；三是，由于核苷酸分子的成对出现，所以DNA分子必定是双螺旋结构；四是，由于同种核苷酸分子的耦合只能有四种情况，所以导致了DNA分子只能有四种类型，以及它们唯一的自我复制功能。再者，通过蛋白质分子的螺旋结构和DNA的双螺旋结构特征，反过来证明了微观粒子的运动形态的螺旋式特征。而且，只有这种螺旋式的运动特征，才能真正体现出微观粒子的波动性与粒子性的统一，进而证明广义时空相对论的正确性。

参考文献：

[1]《DNA双螺旋结构发现的前前后后》 作者：徐九武，科报网，《生命科学的里程碑》。

[2]《广义时空相对论》夏烆光著，人民交通出版社，北京，2003年1月 第一版。

[3]《微分几何教程》[苏] С.П.芬尼可夫 著，施祥林、徐家福 译，高等教育出版社，1954

年 7月第一版。

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