DNA结构和复制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,DNA分子的结构,1,DNA化学组成,DNA全称叫脱氧核糖核酸，是主要的遗传物质。它的基本组成单位是脱氧核苷酸。,2,脱氧核苷酸,脱氧核糖,含氮碱基,P,3,鸟嘌呤（G）,腺嘌呤（A）,胞嘧啶（C）,胸腺嘧啶（T）,含氮碱基,含氮碱基的种类,DNA化学组成,4,脱氧核苷酸的种类,脱氧核糖,含氮碱基,P,思考：脱氧核苷酸应该有几种？,5,腺嘌呤脱氧核苷酸,脱氧核苷酸的种类,鸟嘌呤脱氧核苷酸,胞嘧啶脱氧核苷酸,胸腺嘧啶脱氧核苷酸,A,T,C,G,6,面对DNA双螺旋模型的美国生物学家沃森（左）和英国生物物理学家克里克（右）。,DNA双螺旋结构模型的构建,7,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,。,8,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,9,10,沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。,左一：,威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森,11,DNA的空间结构,图的上半部分是以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的照片。,图的下半部分是DNA的人工模型。,从图上可辨认出DNA是由两条链交缠在一起的螺旋结构,12,DNA的结构模式图,从图中可见DNA具有规则的双螺旋空间结构,放大,DNA的空间结构,13,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,C,磷酸,脱氧核糖,含氮碱基,14,碱基对,另一碱基对,嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且,A,只和,T,配对、,C,只和,G,配对，这种,碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则,。,A,T,G,C,氢键,15,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,C,（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。,（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。,（3）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。,DNA双螺旋结构的主要特点,16,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,C,你注意到了吗？,两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。,长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。,17,你注意到了吗？,两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。,长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。,DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。,18,DNA分子的结构,小结,化学组成：,基本组成单位：四种脱氧核苷酸,一分子含氮碱基,一分子脱氧核糖,一分子磷酸,空间结构,规则的双螺旋结构,两条脱氧核苷酸长链,碱基对,氢键,碱基互补配对原则,分子结构的多样性和特异性,19,DNA 分 子 的 多 样 性,1. DNA分子的双螺旋结构中，,基本骨架是稳定 不变的,，即：两条长链上的脱氧核糖与磷 酸交替排列的顺序是稳定不变的；,2.,碱基对的排列顺序是无穷的,； 比如：一般来说，一个DNA分子有 4,000400,00,000,000个核苷酸对，其排列 顺序的组合是几近无穷的.,3. DNA分子的,特异性。,每个,特定,的DNA分子都 具有其,特定,的碱基对数量和排列顺序。,20,DNA双螺旋结构特点总结,1. 稳定性： 双螺旋结构；氢键联结,2. 方向性： 极性反向平行；,3. 专一性：碱基互补配对；,4. 多样性： 碱基对排列序列无穷；,5. 特异性：特定DNA分子有特定 的碱基对数目和排列组合顺序,21,1,2,3,4,5,6,7,8,10,9,G,T,C,A,1. 胞嘧啶,2. 腺嘌呤,3. 鸟嘌呤,4. 胸腺嘧啶,5. 脱氧核糖,6. 磷酸,7. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸,8. 碱基对,9. 氢键,10. 一条脱氧核苷酸链的片段,1下面是DNA的分子的结构模式图，说出图中110的名称。,【课堂反馈】,22,2已知1个DNA分子中有4000个碱基对，其中胞嘧啶有2200个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是 （ ）,A4000个和900个 B4000个和l800个,C8000个和1800个,D8000个和3600个,C,23,3. 拓展题,你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？推导后，尝试进一步总结这些公式，从中概括出一些规律。,A=T G=C,A+G=T+C,也可以写成以下形式：,规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之和,，并为碱基总数的,。,A+G,( ),=,T+C,( ),=50%,A+G,T+C,=,(,( ),=,( ）,( ),=1,A+G+T+C,A+G+T+C,A+C,T+,C,T+G,),A+,G,恒等,一半,24,碱基计算的一般规律:,DNA,双,链中，,互补,碱基的数量,相等,(,A=T 、C=G),；,DNA,单,链中，,互补,碱基的数量,不一定相等,（,A,T,、,C,G,）,2,.,双,链DNA分子,不互补,碱基对的碱基之,和,的,比值,为,1,，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。,（A+C）/（T+G）=1 即 A+C = T+G,（A+G）/（T+C）=1 即 A+G = T+C,25,3. DNA分子其中,一条,链中的,互补,碱基对的碱基之,和,的,比值,与,另一条,互补链中以及,双链,DNA中该比值,相等,。,若（A,1,+ T,1,）/（G,1,+ C,1,）= a,则（A,2,+ T,2,）/（G,2,+ C,2,）= a,（A+ T）/（G + C）= a,26,4. DNA分子一条链中的不互补碱基对的碱基之和的比值是另一条互补链中该比值的倒数。,若（A1+ C1）/（G1+ T1） =a,则（A2+ C2）/（G2+ T2） = 1/a,或（A1+ G1）/（C1 + T1） =a,则（A2+ C2）/（G2+ T2） = 1/a,27,练习,： 1、 某双链DNA分子中，（A+T）/（G+C）=1.5则它的C占全部碱基的： A.20% B.25% C. 30% D.35%,A,28,练 习2：,29,3、测的DNA分子一条单链中（A+T）/（G+C） =0.7，在整个DNA分子中这种比例是 A.1.43 B. 0.7 C. 0.5 D0.3,B,4、 根据碱基互补配对原则，且在数量上C=A，那么下列的四个式子中，正确的是 A.（C+T ） / （ G+A ） =1,B. （ A+C ） / （ T+G ）=1,C. （ G+C ） / （ A+T ） =1,D. （ T+A ） / （ C+G ） =1,A,30,5、若DNA分子的,一条链中(AT)/(CG)=a，则和该DNA单链互补的单链片段中,(AT)/(CG)的比值为 ,Aa B1/a C1 D1-1/a,6,、一段多核苷酸链中的碱基组成为：35的A、20的C、35的G、10的T。它是一段 ,A双链DNA B单链DNA,C双链RNA D单链RNA,A,B,31,7、 在双链DNA分子中，当(A+G)/(T +C)在一条多脱氧核苷酸链上的比例为0.,4时，则在另一互补链和整个DNA中，这种比例分别是 ,0.4,，,1 B. 1,，,1,C. 0.6,，,1 D. 2.5,，,1,8,、由120个碱基对组成的,DNA,分子片段，可因其,碱,基对组成和序列不同携带不同的遗传信息，其种类最多可达, ,120 B. 120,4,C. 4,60,D. 4,120,D,D,32,DNA 的 复 制,33,课 前 提 问,1.,2. DNA双螺旋结构的特点（5个）,1. 稳定性： 双螺旋结构；氢键联结,2. 方向性： 极性反向平行；,3. 专一性：碱基互补配对；,4. 多样性： 碱基对排列序列无穷；,5. 特异性：特定DNA分子有特定 的碱基对数目和排列组合顺序,34,DNA 复 制 的 发 现：,沃森和克里克在提出DNA双螺旋结构之后，又提出了DNA复制的假说：,DNA半保留复制,模型； 1958年，米西尔森和斯坦尔采用含,15,N同位素的NH,4,Cl培养大肠杆菌，放在正常的培养液里繁殖，然后用梯度离心技术测定分裂时DNA复制时的密度变化，证实了DNA的,半保留复制,。,35,DNA的半保留复制,是指在DNA解旋酶的作用下，以一个亲代DNA分子的两条链为模板，合成两个结构上完全相同的子代DNA分子的过程。,复 制 时 间,体细胞有丝分裂的,间期,、有性生殖细胞减数分裂第一次分裂的,间期,。,36,复 制 过 程,1. 解 旋；,DNA分子利用细胞提供的,能量,，在,解旋酶,的作用下，使得DNA双链的,氢键断裂,，这样使得螺旋结构的DNA双链解开。 DNA分子的双链象拉链一样被拉开,37,2. 复 制,以解开的每段DNA链（母链）为,模板,，以周围环境中,游离的脱氧核苷酸,为原料，在,相关酶,的作用下，按照,碱基互补配对原则,，合成与母链互补的子链。,3. 分 配 复制出来的子代DNA分子，通过细胞的分裂，被分配到子代细胞中。,38,DNA复制过程：,1. 破坏氢键，打开DNA双链,2. 游离核苷酸与母链碱基互补配对,3. 配对的游离核苷酸联结为子链,4. 子链与模板母链盘绕成双螺旋结构,39,40,41,复制的特点：1. DNA分子是,边解旋边复制,的；多个位点同时复制2.,半保留复制,；,复制的条件：,1. 模板： 解旋的DNA分子；,原料： 细胞中游离的脱氧核苷酸,能量：,ATP,酶：解旋酶、聚合酶等,可以进行人工模拟复制,(PCR,技术,),42,复制的意义 通过DNA分子的复制，把亲代的遗传信息传给子代，从而使得前后代保持了一定的连续性。,复制的分子基础 1. DNA分子具有独特的双螺旋结构；,2. 连接两条链的碱基有互补配对能力。,43,在氮源为,14,N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为,l4,N-DNA(对照);在氮源为,15,N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为,15,N-DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含,14,N的培养基上,再连续繁殖两代(I和II),用某种离心方法分离得到的结果如右图所示。请分析:,(1)由实验结果可以推测第一代(I)细菌DNA分子中一条链是,，另一条链是,。,(2)将第一代(I)细菌转移到含,15,N的培养基上繁殖一代,将所得到的细菌的DNA用同样的方法分离。请参照上图,将DNA分子可能,出现在试管中的位置在上图中标出。,44,45,2. 一个噬菌体侵染细菌后，形成了200个子代噬菌体，子代DNA中含最初DNA链的DNA占 A. 1% B. 2% C. 25% D. 50%,A,4. 某双链DNA分子带有15N同位素标记，在试管中以该DNA为模板进行复制实验，连续复制4代之后，试管中带有15N同位素标记的DNA占总量的 A. 12.5% B. 25% C. 50% D. 100%,A,46,下图是有关DNA复制的示意图，ABC表示大肠杆菌的DNA复制，DEF表示哺乳动物的DNA复制。图中“,-,”表示复制起始点。,（1）若A中含48502个碱基对，而子链延伸的速度是每分钟105个碱基对，则此DNA分子复制完成约需30s，而实际只需16s，根据AC图分析，是因为,。,复制是双向进行的,47,（2）哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长，若按AC的方式复制至少需要8h，而实际上约6h左右。根据DF图分析，是因为,。,（3）AC，DF均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是,。,从多个起点同时双向复制的,边解旋边复制,48,