DNA分子的结构和复制.ppt

DNADNA分子的结构和复制分子的结构和复制 这是这是20世纪继爱因斯世纪继爱因斯坦发现相对论之后的又一划坦发现相对论之后的又一划时代发现，它标志着生物学时代发现，它标志着生物学的研究进入分子的层次。因的研究进入分子的层次。因为这项为这项“生物科学中最具有生物科学中最具有革命性的发现革命性的发现”，两位科学，两位科学家获得了家获得了1962年度诺贝尔生年度诺贝尔生理学或医学奖。理学或医学奖。 1953年，美国科学家沃森年，美国科学家沃森（JD.Watson，1928）和和英国科学家克里克（英国科学家克里克（F.Crick，19162004），），共同提出了共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型分子的双螺旋结构模型。DNA分子的双螺旋结构模型分子的双螺旋结构模型DNA分子双螺旋结构模型的发现，是分子双螺旋结构模型的发现，是生物学史上的一座里程碑，它为生物学史上的一座里程碑，它为DNA复制复制提供了构型上的解释，使人们对提供了构型上的解释，使人们对DNA作为作为基因的物质基础不再怀疑，并且奠定了分基因的物质基础不再怀疑，并且奠定了分子遗传学的基础。子遗传学的基础。DNA双螺旋模型在科学双螺旋模型在科学上的影响是深远的。上的影响是深远的。一、DNA在细胞中的分布：真核细胞：DNA：主要在细胞核细胞核，细胞质中的线粒体线粒体和叶绿体叶绿体中也含有少量的DNA。原核细胞：DNA集中在拟核拟核。 核酸是生物大分子，分子量从几十万至几百万。核酸是生物大分子，分子量从几十万至几百万。元素组成：元素组成：C、H、O、N、P基本单位：基本单位：核苷酸核苷酸 1 1分子磷酸分子磷酸 + 1+ 1分子五碳糖分子五碳糖 +1+1分子含氮碱基分子含氮碱基结构：结构： 每个核酸分子是由几十个乃至上亿个每个核酸分子是由几十个乃至上亿个核苷酸核苷酸连接而成的长链。连接而成的长链。组成脱氧核苷酸的碱基：组成脱氧核苷酸的碱基：胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）因此，脱氧核苷酸也有因此，脱氧核苷酸也有4种种AGCT腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸碱基互补配对原则碱基互补配对原则 A与与T配对配对G与与C配对配对AACCGGATTTGCCCTAAT之间形成之间形成2个氢键个氢键CG之间形成之间形成3个氢键个氢键DNA碱碱基基互互补补配配对对情情况况图图解解连连 接接 ATGCATGCDNA平面结构DNA立体结构DNA分子双螺旋结构模型分子双螺旋结构模型结构特点：结构特点：1、脱氧核糖和磷酸排在外侧构成基本骨架、脱氧核糖和磷酸排在外侧构成基本骨架 碱基排在内侧碱基排在内侧2、碱基互补配对原则：、碱基互补配对原则： AT、GC3、双链反向平行盘旋成、双链反向平行盘旋成双螺旋结构双螺旋结构答：答：DNA通过通过碱基对的排列顺序碱基对的排列顺序 （即为脱氧核苷酸的排列顺序）（即为脱氧核苷酸的排列顺序） 储存大量的遗传信息储存大量的遗传信息思考：思考：DNA是遗传物质，储存着大量是遗传物质，储存着大量的遗传信息，那么的遗传信息，那么DNA是通过什么储存是通过什么储存大量的遗传信息？大量的遗传信息？DNA分子特性分子特性每个每个DNA分子的脱氧核苷酸的数目不分子的脱氧核苷酸的数目不 同，碱基对的排列顺序千变万化同，碱基对的排列顺序千变万化特异性：特异性：具有规则的双螺旋结构具有规则的双螺旋结构多样性：多样性：每个每个DNA分子具有特定的碱基排列分子具有特定的碱基排列 顺序顺序遗传的稳定性：遗传的稳定性：稳定性：稳定性：DNADNA分子两条长链上的脱氧核糖与分子两条长链上的脱氧核糖与PiPi交交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从而导致是稳定不变的，从而导致DANDAN分子的稳定性。分子的稳定性。 DNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构主链主链碱基对碱基对构成构成方式方式位置位置DNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构主链主链碱基对碱基对构成构成方式方式1.脱氧核酸与磷酸脱氧核酸与磷酸交替排列交替排列;2.两条主链呈反向两条主链呈反向平行平行3.盘旋成规则的双盘旋成规则的双螺旋螺旋位置位置 双螺旋外侧双螺旋外侧DNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构主链主链碱基对碱基对构成构成方式方式1.脱氧核酸与磷酸脱氧核酸与磷酸交替排列交替排列;2.两条主链呈反向两条主链呈反向平行平行3.盘旋成规则的双盘旋成规则的双螺旋螺旋1.碱基以氢碱基以氢键连结成对键连结成对2.碱基互补碱基互补配对配对AT,GC3.碱基对平碱基对平面之间平行面之间平行位置位置 双螺旋外侧双螺旋外侧双螺旋内侧双螺旋内侧 2004年9月8日，英国科学家杰夫里斯在莱斯特大学举办新闻发布会，纪念DNA指纹鉴别技术诞生20周年。1984年9月11日，杰夫里斯和同事在研究基因变异时，偶然发现基因中存在一些足以区分生物个体的微小结构，并于当天绘制出了世界上第一幅“DNA指纹”。由于DNA指纹的高度特异性和稳定性，世界各国目前已经在罪犯确认罪犯确认、血亲鉴定血亲鉴定、确确定遇难者身份定遇难者身份等方面广泛使用这种技术。2000年6月26日：科学家公布人类基因组工作草图，标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。核酸核酸F概念：概念：细胞内携带遗传信息的细胞内携带遗传信息的物质物质F功能：功能：在生物体的在生物体的遗传、变异遗传、变异和和蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成中具有极其中具有极其重要的作用重要的作用DNARNA蛋白质蛋白质染色体染色体双链脱氧核糖脱氧核糖核苷酸核苷酸碱基碱基脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸ATGC 何谓复制？何谓复制？ 所谓所谓DNA的复制就是指以亲代的复制就是指以亲代DNA为模为模板合成子代板合成子代DNA的过程，的过程，1DNA2DNA新产生的新产生的DNA分子是一分子是一个全新的个全新的DNA分子吗？分子吗？DNADNA分子的复制分子的复制对对DNADNA分子分子复制的推测复制的推测DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据1、大肠杆菌首先放在什么培养基中培养的？、大肠杆菌首先放在什么培养基中培养的？ 2、然后转移到什么培养基中培养的？、然后转移到什么培养基中培养的？ 3、如果是半保留复制的，离心后应该出、如果是半保留复制的，离心后应该出现几条带？现几条带？ 4、三条带离心后在试管中的分布如何？、三条带离心后在试管中的分布如何？ 5、实验结论是什么？、实验结论是什么？ 沃森和克里克提出了沃森和克里克提出了DNADNA自我复制的假说：自我复制的假说：DNADNA分子复制时，分子复制时，DNADNA分子的双螺旋解开，分子的双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模版的单链上。由于新合成的结合到作为模版的单链上。由于新合成的每个每个DNADNA分子中，都保留了原来分子中，都保留了原来DNADNA分子中分子中的一条链，因此这种复制方式的一条链，因此这种复制方式为半保留复为半保留复制。制。解旋酶解旋酶催化催化解解旋：旋：模板模板（在（在DNA聚合酶的催化下，利用聚合酶的催化下，利用游游离的脱氧核苷酸进行离的脱氧核苷酸进行）复制复制: 以母链为模板进行碱基配对以母链为模板进行碱基配对母母链（旧链）链（旧链）子链（新链）子链（新链）复制后的复制后的DNA:同时进行同时进行A ADNA分子的复制分子的复制 DNA复制发生在什么时期？复制发生在什么时期？ 有丝分裂间期有丝分裂间期 减数第一次分裂间期减数第一次分裂间期 无丝分裂无丝分裂复制过程复制过程 什么叫解旋？解旋的目的是什么？什么叫解旋？解旋的目的是什么？ 复制一次形成几条子链？复制一次形成几条子链？ 每一个子代每一个子代DNA分子的两条链的来源？分子的两条链的来源？DNA分子的复制分子的复制 DNA复制的特点？复制的特点？ 边解旋边复制边解旋边复制 半保留复制半保留复制DNA分子的复制分子的复制 DNA复制的基本条件？复制的基本条件？ 模板模板DNA的一条母链的一条母链 原料原料4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 能量能量 酶酶解旋酶、解旋酶、DNA合成酶合成酶DNA分子的复制分子的复制 DNA复制的准确性如何保障？复制的准确性如何保障？ 独特的双螺旋结构为复制提供模独特的双螺旋结构为复制提供模板板 碱基互补配对原则使复制准确无碱基互补配对原则使复制准确无误误 DNA复制的意义？复制的意义？ 保持了遗传信息的连续性保持了遗传信息的连续性1、概念：、概念：2、场所：、场所：3、时期：、时期：4、条件：、条件：5、复制、复制过程过程：6、复制特点复制特点：7、复制的精确性：、复制的精确性：8、复制的生物学意义：、复制的生物学意义：有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期模板：模板： 原料：原料： 能量：能量： 酶：酶： DNADNA的两条链的两条链游离的脱氧核苷酸（游离的脱氧核苷酸（A A、G G、C C、T T） ATPATPDNADNA解旋酶、解旋酶、DNADNA聚合酶等聚合酶等 碱基互补配对原则碱基互补配对原则（1）边）边解旋边解旋边复制复制 （2）半保留复制半保留复制使遗传信息在传递过程中保持了使遗传信息在传递过程中保持了连续性连续性细胞核（主要）、线粒体、叶绿体细胞核（主要）、线粒体、叶绿体 原核生物的拟核原核生物的拟核解解旋旋合成合成延伸和盘绕延伸和盘绕1.DNA分子具有特殊的空间结分子具有特殊的空间结构，也就是具有规则的构，也就是具有规则的（ ）结构。）结构。2. 碱基互补配对原则：碱基互补配对原则：A与与（ ）；）；G与（与（ ）两条链上的碱基通过两条链上的碱基通过（ ）连接。）连接。双螺旋双螺旋TC氢键氢键在双链在双链DNA分子中分子中注意注意:两条链之间的脱氧核苷酸数目相等两条链之间的脱氧核苷酸数目相等,即两条即两条链之间的碱基、脱氧核糖和磷酸数目对应相等链之间的碱基、脱氧核糖和磷酸数目对应相等注意：在单链注意：在单链DNA中，中，A不一定等于不一定等于T；G也不一定等于也不一定等于C同理同理,一条链中碱基一条链中碱基G的数量等于另一条链的数量等于另一条链中碱基中碱基C的数量（的数量（G=C）一条链中碱基一条链中碱基A的数量等于另一条链中碱基的数量等于另一条链中碱基T的数量（的数量（A=T）；）；也即是：（也即是：（A+G）/（T+C）A=T，G=C；=1一条链中的一条链中的A+T=T+A（另一条链）；另一条链）；双链双链DNA分子中：分子中：即A+G=或A+C=T+G，T+C所以：所以：（A+G）占）占整条整条DNA链碱基总数的链碱基总数的同理同理:（T+C）% 也等于也等于50%同理：一条链中的同理：一条链中的G+C=C+G（另一条链）另一条链）50%即：（即：（A1+T1）%=（A2+T2）%=总（总（A+T）%，同理同理（G1+C1）%=（G2+C2）%=总（总（G+C）% 在双链在双链DNADNA分子的一条链中，分子的一条链中，A+TA+T的和的和占该链的碱基比率等于另一条链中占该链的碱基比率等于另一条链中A+TA+T的和的和占该链的碱基比率，还等于双链占该链的碱基比率，还等于双链DNADNA分子中分子中A+TA+T的和占整个的和占整个DNADNA分子的碱基比率分子的碱基比率。如果一条链中的（如果一条链中的（A1+T1）/（G1+C1）=若一条链中的（若一条链中的（A1+G1）/（T1+C1）= ，则，则 则另一条链中（则另一条链中（A2+T2）/（G2+C2）等于）等于:a，a;b1/b另一条链中的（另一条链中的（A2+G2）/（T2+C2）=双链双链DNA分子中：分子中：不同的物种，不同的物种，a a的值不同。的值不同。一个一个DNA分子中有腺嘌呤分子中有腺嘌呤1500个个, 腺嘌呤与腺嘌呤与鸟嘌呤之比是鸟嘌呤之比是3: 1,则这个则这个DNA分子中含有脱分子中含有脱氧核糖的数目为氧核糖的数目为( ) A.2000个个 B.3000个个 C.4000个个 D.8000个个DNA分子中的某一区段上有分子中的某一区段上有300个脱氧核糖个脱氧核糖和和60 个胞嘧啶个胞嘧啶，那么该区段胸腺嘧啶的数那么该区段胸腺嘧啶的数量是量是( ) A.90 B.120 C.180 D.240 CA某生物细胞某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占分子数占18%，则鸟嘌呤的分子数占，则鸟嘌呤的分子数占 32%或者：A+G=T+C=50% 结论：两个非互补配对碱基之和占结论：两个非互补配对碱基之和占DNA碱基总数的碱基总数的50%因为A=T=18%， 所以G+C=又因为G=C，A=18%，所以G=50%-18%=32%所以A+T=36%；100%-36%=64%因此G=C=32%构成双链构成双链DNA分子的四种碱基之间分子的四种碱基之间的关系，下列哪项因物种而异（的关系，下列哪项因物种而异（ ）A、（、（A+C）/（T+G） B、（、（A+G）/（T+C）C、（、（A+T）/（G+C） D、A/T或或G/CC DNA DNA的一条链中（的一条链中（A+GA+G）/ /（T+CT+C）0.40.4，上述比在其互补链和整个，上述比在其互补链和整个DNADNA分子中分别是（分子中分别是（ ）（）（ ）。）。 2.52.51 1 某某DNADNA分子的一条单链中，分子的一条单链中，A A占占2020，T T占占3030，则该，则该DNADNA分子分子中的中的C C占全部碱基的（占全部碱基的（ ）。）。25%25%DNADNA的一条链中的一条链中A+G/T+C=2A+G/T+C=2，另一条链，另一条链中相应的比？整个中相应的比？整个DNADNA分子中相应的分子中相应的比？比？0.5 10.5 1DNADNA的一条链中的一条链中A+T/C+G=2A+T/C+G=2，另一条链，另一条链中相应的比？整个中相应的比？整个DNADNA分子中相应的分子中相应的比？比？ 2 2某某DNA分子的碱基中，鸟嘌呤的分子的碱基中，鸟嘌呤的分子数占分子数占30，那么胸腺嘧啶的，那么胸腺嘧啶的分子数应占（分子数应占（ ） A10 B20 C30 D40B若若DNA分子的模板链中分子的模板链中(AT)/(CG)=a，则和该，则和该DNA单链互补的单链片单链互补的单链片段中段中(AT)/(CG)的比值为（的比值为（ ） Aa B1/a C1 D1-1/aADNA由由a、b两条长链组成，已知两条长链组成，已知a链中链中T/A=3，G/C=2，(A+G)/(T+C)=3/4，(A+T)/(G+C)=4。问：在问：在b链中上述比例分别是多少？链中上述比例分别是多少？ 在整个在整个DNA分子中上述比例分别是多少？分子中上述比例分别是多少？某某DNA中中G+C占全部占全部碱基总量的碱基总量的46%，已已知一条链中知一条链中A是是28%,C是是22%，则：全部则：全部碱碱基中基中A占占 ，另一条互补链中另一条互补链中A占占该链该链全全部部碱基的碱基的 。T/A=1/3T/A=1/3，G/C=1/2G/C=1/2，(A+G)/(T+C)=4/3 (A+T)/(G+C)=4(A+G)/(T+C)=4/3 (A+T)/(G+C)=4 T/A=1T/A=1，G/C=1G/C=1，(A+G)/(T+C)=1(A+G)/(T+C)=1，(A+T)/(G+C)=4(A+T)/(G+C)=4 27%26% 双链双链DNADNA分子中，分子中，G G占碱基总数占碱基总数的的3838，其中一条链中的，其中一条链中的T T占碱占碱基总数的基总数的5 5，那么另一条链中，那么另一条链中的的T T占碱基总数的（占碱基总数的（ ）。）。7%7% 一个一个DNA分子中，分子中，G和和C之和占之和占全部碱基数的全部碱基数的46，该，该DNA分分子的一条单链中，子的一条单链中，A和和C分别占分别占该单链的该单链的28和和22，则该，则该DNA分子的另一条单链中，分子的另一条单链中，A和和C分别占这一单链的百分比是多分别占这一单链的百分比是多少？少？ 26%26%24%24%规律规律1：亲代：亲代DNA分子经分子经 n 次复制后，次复制后，所合成的所合成的DNA分子中，分子中，DNA分子数，分子数，含亲代母链的含亲代母链的DNA分子数，不含亲代母分子数，不含亲代母链的链的DNA分子数依次为分子数依次为：2n，2，2n-2，亲代母链与子代亲代母链与子代DNA链数之比为：链数之比为：含亲代母链的含亲代母链的DNA分子数与子代分子数与子代DNA分分子数之比为：子数之比为：2/（2n22）2/ 2n规律规律2：亲代：亲代DNA分子经分子经 n 次复制后，次复制后，所需游离的脱氧核苷酸数为所需游离的脱氧核苷酸数为：游离的脱氧核苷酸数游离的脱氧核苷酸数=a (2 n-1),其中其中 a 表表示模板的碱基数，示模板的碱基数，n 表示复制的次数。表示复制的次数。规律规律3：亲代：亲代DNA分子第分子第 n 次复制，所次复制，所需游离的脱氧核苷酸数为需游离的脱氧核苷酸数为：游离的脱氧核苷酸数游离的脱氧核苷酸数=a (2 n-1),其中其中 a 表表示模板的碱基数，示模板的碱基数，n 表示复制的次数。表示复制的次数。一个一个DNA分子自我复制后形成两个分子自我复制后形成两个DNA分子，这两个新的分子，这两个新的DNA分子（分子（ ）A.分别由两条母链和两条子链形成分别由两条母链和两条子链形成B.两条母链和两条子链随机结合而成两条母链和两条子链随机结合而成C.分别由一条子链及一条母链结合而成分别由一条子链及一条母链结合而成D.一条子链与另一条子链的母链结合一条子链与另一条子链的母链结合C 1图中一、二、三表示图中一、二、三表示DNA复制的过程复制的过程一表示一表示_，这一过程中，这一过程中，DNA分子在分子在_的作用下，两条扭成螺旋的的作用下，两条扭成螺旋的长链开始长链开始_。二表示二表示_ 。每条。每条母链在一些母链在一些_ _的作用下，链上的的作用下，链上的碱基按照碱基按照_与周围环与周围环境中游离的境中游离的_来配对来配对.三表示三表示_。解旋解旋解旋酶解旋酶 以母链为模板进行碱基配对以母链为模板进行碱基配对解开解开DNA聚合酶聚合酶碱基互补配对原则碱基互补配对原则脱氧核苷酸脱氧核苷酸形成两个新的形成两个新的DNA分子分子下列有关下列有关DNADNA分子的多样性和特异性分子的多样性和特异性原因的叙述中，不正确的是原因的叙述中，不正确的是（ ）A A核苷酸的排列顺序不同核苷酸的排列顺序不同B B碱基对的排列顺序不同碱基对的排列顺序不同C C脱氧核苷酸的排列顺序不同脱氧核苷酸的排列顺序不同D D碱基排列顺序有其特定性碱基排列顺序有其特定性A 以以DNADNA的一条链的一条链“A AT TC C”为模板，经复制后的为模板，经复制后的子链是（子链是（ ） A A“T TA AG G” B B“U UA AG G” C C“T TA AC C” D D“T TU UG”G”ADNA分子的半保留复制方式使分子的半保留复制方式使 A分子结构具有相对稳定性分子结构具有相对稳定性B能精确进行自我复制，保证亲代与子代之能精确进行自我复制，保证亲代与子代之 间的连续性间的连续性C能够精确地指导蛋白质合成能够精确地指导蛋白质合成D产生可遗传变异的机会产生可遗传变异的机会一个双链一个双链DNA分子为第一代，经过分子为第一代，经过3次自我复次自我复制，在第四代制，在第四代DNA分子中，共有分子中，共有 条脱氧核条脱氧核苷酸链有苷酸链有 条第一代脱氧核苷酸的长链条第一代脱氧核苷酸的长链 A2 B4 C8 D16A D B 如果用重氢标记一个细菌的如果用重氢标记一个细菌的DNA分子，分子，然后把这个细菌放在不含重氢的培养然后把这个细菌放在不含重氢的培养基中培养，当细菌繁殖到第基中培养，当细菌繁殖到第10代时，代时，含重氢标记的细菌数量将为（含重氢标记的细菌数量将为（ ）A1个个 C 102/2个个B2个个 D 102/2 1个个B用含用含15N的的DNA放入含放入含14N的的培养基中培养，复制两代后培养基中培养，复制两代后含含15N的的DNA所占的比例？所占的比例？复制复制n代后呢？代后呢？1/21/2n-1用用15N标记细胞中的标记细胞中的DNA,然后又将普然后又将普通的通的14N来供给这种细菌来供给这种细菌,于是该细菌于是该细菌便用便用14N来合成来合成DNA,假设细菌在含假设细菌在含14N 的培养基上连续分裂两次产生了的培养基上连续分裂两次产生了4个新个体个新个体,它们它们DNA中含中含14N链与链与15N链链的比例是的比例是 ( ) A.3:1 B.2:1 C.1:1 D.7:1A