《DNA的结构和复制》PPT课件.ppt

二二 DNADNA分子的结构和复制分子的结构和复制第六章第六章第一第一节节 遗传的物质基础遗传的物质基础生物的遗传物质是什么？生物的遗传物质是什么？核酸核酸（DNA 或或RNA）生物主要的遗传物质是什么生物主要的遗传物质是什么？DNA复习题问复习题问DNADNA的结构在的结构在19531953年由年由沃森沃森和和克里克克里克确定确定一、一、DNADNA的结构的结构电镜图电镜图模式图模式图侧面观侧面观顶面观顶面观a.DNA分子为什么属于高分子化合物分子为什么属于高分子化合物?(从元素组成和分子量上考虑分析从元素组成和分子量上考虑分析)b.组成组成DNA分子的基本单位是什么分子的基本单位是什么?c.构成构成DNA分子的基本单位有几种分子的基本单位有几种?分别是什么分别是什么?d.DNA分子是由几条脱氧核苷酸长链组成的分子是由几条脱氧核苷酸长链组成的?阅读教材阅读教材P8DNA分子的结构分子的结构思考以下问题思考以下问题:核酸的基本组成单位：核酸的基本组成单位：核苷酸核苷酸核苷酸的化学组成：核苷酸的化学组成：五碳糖：五碳糖：含氮含氮碱基碱基磷磷 酸：酸：脱氧核糖脱氧核糖核核 糖糖H H3 3POPO4 4H H3 3POPO4 4腺嘌呤腺嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶鸟嘌呤鸟嘌呤A AG GC CT TU UDNADNARNARNAA AG GC CT TA AG GC CU UDNADNA的结构的结构脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A G C T基本单位脱氧核苷酸基本单位脱氧核苷酸基本单位脱氧核苷酸基本单位脱氧核苷酸G GC CT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脱氧核苷酸的种类脱氧核苷酸的种类DNADNA的结构的结构C CA AT TGGC CA AT TGGC C连连 接接a.DNAa.DNA分子的空间结分子的空间结 构具有什么特点构具有什么特点?b.DNAb.DNA分子结构中的分子结构中的 碱基互补配对原则碱基互补配对原则 是什么是什么?c.c.为什么碱基互补配为什么碱基互补配 对必须是对必须是A A与与T T配配 对，对，G G与与C C配对配对?思考：思考：1 1）DNADNA分子是由两条分子是由两条反向平行反向平行的脱氧核苷的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。酸长链盘旋而成的。2 2）DNADNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连结，分子中的脱氧核糖和磷酸交替连结，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧侧。3 3）两条链上的碱基通过）两条链上的碱基通过氢键氢键连结起来，形连结起来，形成成碱基对碱基对。DNADNA分子的立体结构分子的立体结构(特点特点)P)P9 9 AP脱氧脱氧核糖核糖GP脱氧脱氧核糖核糖CP脱氧脱氧核糖核糖TP脱氧脱氧核糖核糖与脱氧糖相连的碱基与脱氧糖相连的碱基主干：主干：磷酸、脱氧核糖交磷酸、脱氧核糖交互排列构成，稳定不变互排列构成，稳定不变侧支：侧支：脱氧核苷酸链：AP脱氧脱氧核糖核糖GP脱氧脱氧核糖核糖CP脱氧脱氧核糖核糖TP脱氧脱氧核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖APGPCPTP脱氧脱氧核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖A TG C碱基互补碱基互补配对原则配对原则A配配T，T配配A，G配配C，C配配G，少了一个配不齐，少了一个配不齐 DNADNA有三个结构特征有三个结构特征 P P1010（1 1）稳定性稳定性 主干稳定不变，氢键互补配主干稳定不变，氢键互补配对，相互制约对，相互制约（2 2）多样性多样性 是指组成是指组成DNADNA的碱基对的排的碱基对的排列方式是多种多样的列方式是多种多样的，(若有若有n n对对碱基碱基,排列排列方式有方式有4n种种)（3 3）特异性特异性 每一个每一个DNADNA分子都有其自身分子都有其自身特定的碱基排列顺序。特定的碱基排列顺序。五种元素：五种元素：三种物质：三种物质：四种单位：四种单位：两条单链：两条单链：一种结构：一种结构：C C、H H、O O、N N、P P磷酸、脱氧核糖、含氮碱基磷酸、脱氧核糖、含氮碱基腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸（A A）鸟嘌呤鸟嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸（G G）胞嘧啶胞嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸（C C）胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸（T T）两条脱氧核苷酸链两条脱氧核苷酸链双螺旋双螺旋知识体系知识体系 DNA DNA的结构小结的结构小结DNADNA的结构：的结构：5 5种元素种元素3 3类物质类物质4 4种基本单位种基本单位2 2条链条链1 1种结构种结构 A C TGTGCCAAGGCATTAGCT在双链在双链DNADNA分子中：分子中：A=T G=CA=T G=C关于关于DNADNA结构中碱基的计算规律结构中碱基的计算规律 关于关于DNADNA结构中碱基的计算规律结构中碱基的计算规律 规律一：整个双链规律一：整个双链DNADNA分子中：分子中：1 1、A=TA=T，C=GC=G，A+G/T+C=A+C/T+G=1A+G/T+C=A+C/T+G=1；A+TG+CA+TG+C，A+T/G+CG+C/A+T1A+T/G+CG+C/A+T1。即：二个互补碱基相等。即：二个互补碱基相等。2 2、A+G=T+C=A+C=T+G=1/2A+G=T+C=A+C=T+G=1/2双双链链（总总碱碱基基数数的的50%50%）。）。即：任意两个不互补的即：任意两个不互补的 碱基之和的比值相等。碱基之和的比值相等。例例1 1、根根据据碱碱基基互互补补配配对对原原则则，在在AGAG时时，双双链链DNADNA分子中，下列四个式子正确的是（分子中，下列四个式子正确的是（）A A、A+T=G+C BA+T=G+C B、A+C=G+C A+C=G+C C C、A+C=T+C DA+C=T+C D、A+CG+TA+CG+T例例2 2、某某生生物物细细胞胞DNADNA分分子子碱碱基基中中，腺腺嘌嘌呤呤的的分分子数占子数占22%22%，那么，胞嘧啶的分子数占（，那么，胞嘧啶的分子数占（）A A、11%11%B B、22%22%C C、28%28%D D、44%44%因为双链中：因为双链中：A+C=50%A+C=50%。C CC C规律二：在规律二：在DNADNA两条互补链之间：两条互补链之间：DNADNA分分子子中中的的一一条条链链中中的的（A+GA+G）/（T+CT+C）或或（A+CA+C）/（T+GT+G）（两两碱碱基基不不互互补补）的的比比值值是是另另一条互补链的这个比值的倒数。一条互补链的这个比值的倒数。设一条链的（设一条链的（A A1 1+G+G1 1）/（T T1 1+C+C1 1）=k=k其互补链的（其互补链的（A A2 2+G+G2 2）/（T T2 2+C+C2 2）=1/k=1/k 理理由由是是一一条条链链的的A+GA+G的的比比率率正正好好是是另另一一互互补补链链的的T+CT+C的比率。的比率。若若（A A1 1+T+T1 1）/（G G1 1+C+C1 1）=k=k，则则（A A2 2+T+T2 2）/（G G2 2+C+C2 2）=k=k。例例3 3：若若DNADNA分分子子的的一一条条链链中中（A+TA+T）/（C+GC+G）=a=a，其互补链中该比值为（，其互补链中该比值为（）A A、a Ba B、1/a C1/a C、1 D1 D、1-1/a1-1/a例例 4 4：一一 个个 DNADNA分分 子子 中中 一一 条条 链链 上上（A+CA+C）/（T+GT+G）=0.4,=0.4,那那么么，它它的的另另一一条条链链和和整整个个DNADNA分分子子中中（A+CA+C）/（T+GT+G）的的比比例例是是（）A A、和、和0.6 B0.6 B、和、和C C、和、和1 D1 D、和、和例例5 5：双双链链DNADNA分分子子中中ATCG=1436ATCG=1436，则另一条链中同样的碱基比为（则另一条链中同样的碱基比为（）A A、4163 B4163 B、6341 6341 C C、6413 D6413 D、31643164A AA AD D规律三：整个规律三：整个DNADNA分子与其包含的两条链：分子与其包含的两条链：1 1、链的（链的（A+TA+T）或（）或（G+CG+C）=链的（链的（A+TA+T）或（或（G+CG+C）=1/2=1/2双链的（双链的（A+TA+T）或（）或（G+CG+C）2 2、（A+TA+T）/（A+T+C+GA+T+C+G）=（A+TA+T）+（T+AT+A）/（A+T+G+CA+T+G+C）+（T+A+C+GT+A+C+G）=2=2（A+TA+T）/2/2（A+T+G+CA+T+G+C）=（A+TA+T）/（A+T+G+CA+T+G+C）即即：整整个个双双链链中中互互补补碱碱基基之之和和所所占占全全部部碱碱基基的的比比例例=每每一一单单链链中中该该互互补补的的碱碱基基之之和和（A+TA+T）或或（G+CG+C）占该单链的碱基数的比例。）占该单链的碱基数的比例。例例6 6、DNADNA中中G+C=46%G+C=46%，又知该，又知该DNADNA分子的一条链中分子的一条链中A A占占28%28%，那么，另一条链中，那么，另一条链中A A占该链全部碱基的（占该链全部碱基的（）A A、26%B26%B、24%C24%C、14%D14%D、11%11%单链的单链的G+C=46%G+C=46%，则，则A+T=1-46%=54%A+T=1-46%=54%，因，因AA占占28%28%，所以，所以，T=54%-28%=26%T=54%-28%=26%。例例7 7、下列有关下列有关DNADNA的叙述中正确的是（的叙述中正确的是（）A A、一生物个体各种体细胞核中的、一生物个体各种体细胞核中的DNADNA，具有相同的，具有相同的碱基组成。碱基组成。B B、双链、双链DNADNA分子的碱基含量是分子的碱基含量是A+T=C+GA+T=C+G或或T+A=T+CT+A=T+C。C C、细胞缺水和营养不足影响、细胞缺水和营养不足影响DNADNA的碱基组成。的碱基组成。D D、DNADNA只存在于细胞核中。只存在于细胞核中。AADNADNA复制复制 P P1111共同小结如下的问题：共同小结如下的问题：DNADNA复制一般发生在什么时候？复制一般发生在什么时候？DNADNA复制的大致过程如何？复制的大致过程如何？DNADNA复制的方式上有什么特点？复制的方式上有什么特点？DNADNA复制需要哪些条件？复制需要哪些条件？DNADNA复制有什么重要的意义？复制有什么重要的意义？二二、DNADNA的复制的复制1.1.复制的概念复制的概念 就是指以亲代就是指以亲代DNADNA为模板合成子代为模板合成子代DNADNA的过程，的过程，1 DNA 1 DNA 2 DNA2 DNA2.2.准确复制的原理准确复制的原理A A、DNADNA具有独特的具有独特的双螺旋结构双螺旋结构，为复制提供精，为复制提供精确的模板确的模板.B B、碱基具有、碱基具有互补配对互补配对的能力，使复制准确无误的能力，使复制准确无误3.3.复制的过程复制的过程A A、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？B B、什么叫子链？复制一次能形成几条子链？、什么叫子链？复制一次能形成几条子链？C C、子链是如何形成的？、子链是如何形成的？3.3.复制的过程复制的过程解旋解旋：在：在DNADNA解旋酶解旋酶的作用下，能量的作用下，能量ATPATP的参与，的参与，把双链螺旋的把双链螺旋的DNADNA打开氢键打开氢键，解开成为，解开成为两条单链两条单链，且以且以单链为模板单链为模板。合成合成：在：在DNADNA合成酶合成酶的作用下，以母链为的作用下，以母链为模板模板，ATPATP为能量，为能量，脱氧核苷酸脱氧核苷酸为原料，按为原料，按碱基互补配对碱基互补配对原则原则合成为一条合成为一条新的子链新的子链。复旋复旋：在：在DNADNA复旋酶复旋酶的作用下，以的作用下，以ATPATP为能量，为能量，一条一条母母链和一条链和一条子子链螺旋成为一个链螺旋成为一个新的新的DNADNA分子分子。1 1条条DNA2DNA2条条DNADNA单链（母）单链（母）2 2条母链条母链2 2条子链条子链（母十子）（母十子）（母十子）（母十子）2DNA2DNA 动画动画动画动画 4.4.复制的方式复制的方式(半保留复制半保留复制)5.DNA5.DNA复制的条件复制的条件 新形成的每个新形成的每个DNADNA分子中的双链有一条是来自分子中的双链有一条是来自上代上代DNADNA的母链，所以叫半保留复制。科学家已经的母链，所以叫半保留复制。科学家已经用用3535P P或或1414N N同位素示踪得以证实同位素示踪得以证实.酶：解旋酶，合成酶、复旋酶酶：解旋酶，合成酶、复旋酶能量：能量：ATPATP时间：发生在细胞周期的时间：发生在细胞周期的间期间期模板：以模板：以母链母链为模板为模板原料：细胞核内游离的原料：细胞核内游离的4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸原则：碱基原则：碱基互补配对互补配对场所：主要在细胞核内进行场所：主要在细胞核内进行半保留复制的特点半保留复制的特点:子链与模板链的互补链相同子链与模板链的互补链相同ATCGATGCTAATCGATGCTATAGCTACGATTAGCTACGATDNADNA的复制是在细胞的的复制是在细胞的 分裂和分裂和 第一次分裂第一次分裂前的前的 期进行的。复制是指以期进行的。复制是指以 为模板为模板来合成来合成 的过程。的过程。复制特点是复制特点是 。该过程需以。该过程需以 为为模板、模板、为原料、为原料、提供能量、提供能量、的的催化等条件，催化等条件，为为DNADNA的复制提供精的复制提供精确的模板、并有确的模板、并有 能力保证复制能够准确能力保证复制能够准确无误地完成。一个亲代无误地完成。一个亲代DNADNA分子通过复制形成了两个分子通过复制形成了两个 ，新形成的，新形成的DNADNA分子都是既含一条分子都是既含一条 链、又含一条链、又含一条 链，因此，称链，因此，称DNADNA的复制为的复制为“”“”。有丝有丝减数减数间间亲代亲代DNADNA分子分子子代子代DNADNA分子分子边解旋边复制边解旋边复制亲代亲代DNADNA分分子一条链子一条链脱氧核苷酸脱氧核苷酸ATPATP酶酶DNADNA分子双螺旋结构分子双螺旋结构碱基互补配对碱基互补配对结构完全相同的子代结构完全相同的子代DNADNA分子分子母母子子半保留复制半保留复制根据半保留复制和碱根据半保留复制和碱基互补配对原则基互补配对原则与复制有关的碱基计算与复制有关的碱基计算一个一个DNADNA连续复制连续复制n n次后，共有多少个次后，共有多少个DNADNA？多少？多少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？DNADNA分子数分子数=2 2n n脱氧核苷酸链数脱氧核苷酸链数=2 2n+1n+1母链数母链数=子链数子链数=2 22 2n+1 n+1 2 2 ATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGAT连续第一次复制连续第一次复制连续第二次复制连续第二次复制连续第连续第n次复制次复制解：解：世代世代(=(=分裂次数分裂次数)DNADNA只含只含15 15 N N含含15 15 N N和和14 14 N N只含只含14 14 N N0 01 11 10 00 01 12 20 01 10 02 24 40 01/21/21/21/23 38 80 01/41/43/43/4n n2 2n n0 02/22/2n n1-2/21-2/2n n不同不同DNADNA分子分子占全部占全部DNADNA分子的分子的比比世代世代 (=(=分裂次数分裂次数)脱氧核脱氧核苷酸链苷酸链只含只含15 15 N N只含只含14 14 N N0 02 (22 (21 1)1 10 01 14 (24 (22 2)1/21/21/21/22 28 (28 (23 3)1/41/43/43/43 316 (216 (24 4)1/81/87/87/8n n2 2n+1n+11/21/2n n 1-1/21-1/2n n不同核苷酸连不同核苷酸连占全部占全部核苷酸连的核苷酸连的比比基础知识简答基础知识简答1、沃森和克里克于沃森和克里克于 年提出了著名年提出了著名 的的 模型，为合理地解释遗传模型，为合理地解释遗传物质的物质的 奠定了基础。奠定了基础。2、DNA又称又称 ，它的基本单位，它的基本单位是是 （由一分子（由一分子 、一分、一分子子 、一分子、一分子 组成）。组成组成）。组成DNA的碱基共有的碱基共有 种（符号为种（符号为 ），），脱氧核苷共有脱氧核苷共有 种（名称是种（名称是 、）。）。1953 DNA双螺旋双螺旋各种功能各种功能脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基4A T G C4胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸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胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸3、DNA的双螺旋结的双螺旋结 构是由构是由 平行平行的的 长链长链 而成，排在外侧而成，排在外侧的的 和和 交替连接构成基本骨交替连接构成基本骨架，通过架，通过 连接起来的连接起来的 排列在排列在内侧。碱基对的组成规律是内侧。碱基对的组成规律是 与与 配配对，对，（A）一定与）一定与 （T）配对，）配对，（G）一定与）一定与 （C）配对，反之亦）配对，反之亦然，这种一一对应的关系叫做然，这种一一对应的关系叫做 原则。原则。4、DNA的碱基只有的碱基只有 种，碱基对只有种，碱基对只有 种，种，而分子结构具有而分子结构具有 性，这完全是碱基对的性，这完全是碱基对的 千变万化的结果。千变万化的结果。两条反向两条反向脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸盘旋盘旋脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸氢键氢键碱基对碱基对嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶碱基互补配对碱基互补配对4两两多样多样排列次序排列次序