主要概念
生物学
生命
DNA
双螺旋
介绍
有没有想过 DNA，生命形式的遗传蓝图，是如何编码和传递关于如何生长和维持该生命形式的信息的？就像食谱包含一道菜的配方一样，DNA 存储着生物体生命的配方。然而，与各种食谱不同，非常不同的生物体的 DNA，例如真菌、植物或动物的 DNA，看起来都非常相似。尽管每个人都有独特的 DNA 序列，但我们所有人 DNA 的相似度约为 99.9%！在这个活动中，你将制作一个 DNA 短片段的模型——足以了解它的样子以及它如何编码生命。
背景
植物、真菌和动物可能看起来彼此非常不同，但它们都是由称为细胞的微小构建块组成的，并且——极少数例外——这些细胞中的每一个都在其中心有一个分子，其中包含生物体的蓝图。这个分子叫做 DNA：脱氧核糖核酸。尽管不同生命形式的蓝图有所不同——毕竟，植物、真菌和动物是非常不同的生物体——但它在 DNA 中的编码方式是相同的。
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DNA 分子使用四种化学碱基编码所有信息：胞嘧啶 (C)、鸟嘌呤 (G)、腺嘌呤 (A) 和胸腺嘧啶 (T)。它有两条互补链，每条链都有一个长的糖-磷酸骨架，四种化学物质附着在上面。这些化学物质的序列或顺序包含开发、维持和生长生物体的数据。在 DNA 中，这四种化学物质总是以相同的方式连接在一起形成对：A 与 T 配对；C 与 G 配对。通过这种非常特殊的方式，两条互补链连接在一起形成 DNA：一个长分子，看起来有点像绳梯——只有大约 200,000,000 倍小！顺时针扭动“梯子”，你就能明白为什么 DNA 也被称为“双螺旋”。
当生物体生长时，它们的细胞分裂，并且在几乎所有情况下，每个细胞都会收到 DNA 分子的副本。DNA 的巧妙结构允许轻松复制：双螺旋的每条链都包含创建新 DNA 分子所需的所有信息。如果碱基对彼此松开，则每个带有四个化学物质序列的骨架都可以成为新 DNA 分子的基础。由于 A 和 T 始终配对，C 和 G 也始终配对，因此一条链足以重新创建分子。
材料
胶带，约两厘米宽，1.5 米长（如美纹纸胶带）
卡纸或结实的纸
红色、黄色、蓝色和绿色记号笔
尺子
铅笔
剪刀
伙伴
毯子或纸张
绳子或粗绳约一米长（可选）
准备工作
从纸上剪下 40 条纸条，每条 4 厘米乘 1 厘米。用铅笔线将每条纸条分成两部分，使其由两个 2 厘米乘 1 厘米的矩形组成。这些矩形代表你 DNA 的碱基或密码化学物质。
DNA 中只有四种不同的碱基或密码化学物质。我们将使用颜色来指示每一种：红色、黄色、蓝色和绿色。这些密码化学物质非常特殊——红色只与黄色结合，蓝色只与绿色结合。* 在分隔线的两侧为纸条着色，使你得到红-黄和蓝-绿条。正面和背面都以相同的方式着色。（请注意，在你的身体中，这些碱基对很小且没有颜色！我们使它们变得又大又鲜艳，以便模型美观且更易于理解。你的 DNA 长度约为 30 亿个碱基对，因此你只会模拟 DNA 的一部分——而不是整个序列！）此活动制作一个 DNA 片段的模型。
DNA 看起来像一个扭曲的绳梯。对于你的模型，你将首先制作梯子的“骨架”侧面，然后添加“碱基对”横档。首先剪下两段胶带，每段长 65 厘米。将它们彼此平行地放在桌子上，粘性面朝上，中间留出约两厘米的空间。在你添加碱基对时，使用短胶带将两个骨架固定到位。
步骤
拿起一条准备好的纸条（一个碱基对），将一端粘在一个骨架上，另一端粘在另一个平行的骨架上。纸条应该在两个骨架之间形成一个漂亮的桥梁，并与骨架成直角交叉，就像绳梯上的横档一样。请注意，你的纸条不会到达两条胶带的整个宽度，而是从胶带的中间附近开始和结束。
将更多的纸条粘在骨架上，使它们形成平行的横档。在横档之间留出约一厘米的空间。这样做直到你的骨架通过碱基对从一端连接到另一端。
取下将骨架固定在桌子上的胶带片，并将每条胶带纵向对折在中间。胶带将折叠在碱基对的末端上，将它们固定在折叠的胶带片之间。
你的模型几乎完成了！还缺少一个细节：DNA 是扭曲的。握住梯子的一端，让你的伙伴握住另一端。顺时针扭转你的一端几次。当你扭转它时，你的 DNA 片段的长度会发生什么变化？你明白为什么 DNA 被称为双螺旋了吗？
DNA 可以使用任一链中包含的信息复制自身。你认为你可以用你的 DNA 分子做同样的事情吗？
为了测试你是否可以，解开你的 DNA 模型，将其平放在桌子或地面上。用纸或毯子盖住一条链。你的工作是利用你在制作 DNA 分子时获得的知识来完成分子。对于每种可见的颜色（密码化学物质）你能说出哪种颜色（密码化学物质）被隐藏了吗？这如何帮助你复制你的 DNA 分子？
额外内容： 在两种颜色（每种颜色代表一种密码化学物质）相遇的地方剪断每个碱基对。现在，使用每条链来复制原始 DNA 模型。你得到两个相同的分子了吗？
额外内容： 计算你的 DNA 片段中碱基对的数量。人类 DNA 由 30 亿个碱基对组成。你能估计一下，如果你模拟所有 30 亿个碱基对，你的模型会有多长吗？
额外内容：拿一段约一米长的绳子。扭转绳子并继续扭转。你看到长链如何扭曲和折叠成更紧凑的空间了吗？你认为这在我们的身体内部有什么帮助？
观察与结果
你很可能能够说出隐藏的颜色是什么——无论你选择隐藏哪条链。这是因为一旦你知道一对的一侧，你就知道它的伙伴，因为这些化学物质总是与相同的伙伴配对：红色与蓝色；绿色与黄色。
真实 DNA 中的四种密码化学物质通常用字母 T、A、C 和 G 表示。它们没有颜色，但它们也同样特殊：T 和 A 始终配对在一起，G 和 C 也是如此。DNA 分子一条骨架上的序列包含重新创建该分子的所有信息。
你的模型中可能大约有 30 个碱基对。你需要将其延长 1 亿倍才能模拟人类 DNA 的所有 30 亿个碱基对。你的模型将长约 60,000 公里或 37,300 英里——大约是环绕地球 1.5 圈！你的 DNA 分子可能大约 4 厘米宽。真实 DNA 宽约 2 纳米，即百万分之二毫米。这意味着你的模型比真实 DNA 宽约 2000 万倍。这条长长的 DNA 链盘绕和折叠到人体几乎每个细胞的中心！
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*编者注（7/10/20）：此句子在发布后添加，以更正颜色组合的描述。