DNA结构和复制与基因的本质.ppt

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1、P脱氧脱氧核糖核糖含氮碱基含氮碱基A腺嘌呤腺嘌呤G鸟嘌呤鸟嘌呤C胞嘧啶胞嘧啶T胸腺嘧啶胸腺嘧啶一、一、DNA分子的化学组成分子的化学组成磷酸脱氧核糖含氮碱基脱氧核苷酸脱氧核苷酸基本单位：基本单位：元素组成：元素组成：CHONP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脱氧核苷酸的种类脱氧核苷酸的种类A腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸GCTATGC四种脱氧核苷酸聚合形成多核苷酸链四种脱氧核苷酸聚合形成多核苷酸链磷酸二酯键磷酸二酯键脱去脱去H2OAGCT2 2、DNADNA分子的平面结构分子的平面结构氢键氢键

2、ATGC5353DNADNA分子的空间结构分子的空间结构（1）两条链反向平行盘旋成双螺旋结构。两条链反向平行盘旋成双螺旋结构。1、结构特点：、结构特点：（2）脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，）脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成构成基本骨架基本骨架；碱基排在内侧。碱基排在内侧。（3）碱基通过氢键连接成碱基对：）碱基通过氢键连接成碱基对：AT、GC2 2、DNADNA多样性和特异性多样性和特异性1 1）多样性）多样性 在生物体内，一个最短在生物体内，一个最短DNADNA分子也大约有分子也大约有40004000个碱基对。请同学们计算个碱基对。请同学们计算DNADNA分子有多少分子有多少种？种？

3、4 种种4n(n表示碱基对数表示碱基对数)4000 碱基对排列顺序的千变万化，碱基对排列顺序的千变万化，构成了构成了DNADNA分子的多样性，分子的多样性，碱基对（脱氧核苷酸）排列顺碱基对（脱氧核苷酸）排列顺序就是遗传信息，序就是遗传信息，从而从而DNADNA能够储存了大量能够储存了大量的遗传信息。的遗传信息。2 2）特异性）特异性 每个每个DNADNA分子中的碱基对都有分子中的碱基对都有特定排列特定排列顺序顺序，又构成了每一个，又构成了每一个DNADNA分子的特异性。分子的特异性。不同生物中不同生物中(A+T)/(G+C)(A+T)/(G+C)的值不同。的值不同。3)3)稳定性稳定性 DNA

4、 DNA分子中的分子中的脱氧核糖脱氧核糖和和磷酸基团磷酸基团交替交替连接的方式不变，两条链之间碱基互补配对连接的方式不变，两条链之间碱基互补配对的原则不变。的原则不变。思考：在一个思考：在一个DNA分子中，哪些碱基比例较高，分子中，哪些碱基比例较高，则该则该DNA分子就比较稳定？分子就比较稳定？设设DNADNA一条链为一条链为1 1链，互补链为链，互补链为2 2链。根据碱基互补配对原则链。根据碱基互补配对原则可知：可知：A A1 1=T=T2 2 ，A A2 2=T=T1 1，G G1 1=C=C2 2 ，G G2 2=C=C1 1。则在则在DNADNA双链中：双链中：A=T A=T，G=C

5、G=C可引申为：可引申为：嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。A+G=T+C=50%A+G=T+C=50%即即A+G/T+C=1A+G/T+C=1双链双链DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C等于其中任何等于其中任何一条链的一条链的A+T/G+CA+T/G+C。A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链A+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1G G1 1+C+C1 1A A2 2+T+T2 2GG2 2+C+C2 2=例题例题1 1、某双链、某双链DNADNA分子

6、中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？解析：解析：因为因为DNADNA分子中，分子中，A+G=T+CA+G=T+C。所以，。所以，A=50%23%=27%A=50%23%=27%双链双链DNADNA分子中，互补的两条链中分子中，互补的两条链中A+G/T+CA+G/T+C互互为倒数。为倒数。A A1 1+G+G1 1T T1 1+C+C1 1=a=aT T2 2+C+C2 2A A2 2+G+G2 2=1/a=1/aA A1 1+C1+C1T T1 1+G+G1 1T T2 2+G+G2 2A A2 2+C+C2 2=例题例题2 2、在、在DNADNA的一个单链中，上述比

7、例在的一个单链中，上述比例在其互补链和整个其互补链和整个DNADNA分子中分别是多少？分子中分别是多少？2.5;12.5;1A A1 1 T T2 2T T1 1 A A2 2GG1 1 C C2 2C C1 1 G G2 2DNADNA双双链链 双链双链DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整个占整个DNADNA分分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中中A+TA+T占该链碱基总数的百分比，其中任占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链何一条链A+TA+T是整个是整个DNADNA分子分子A+TA+T的一半。的一半。=A+TA+TA+T+G+CA+T+G+

8、C A A1 1+T+T1 1+G+G1 1+C+C1 1A A1 1+T+T1 1A A2 2+T+T2 2+G+G2 2+C+C2 2A A2 2+T+T2 2=A A1 1+T+T1 1（A+TA+T）1 12 2=A A2 2+T+T2 2A A1 1 T T2 2T T1 1A A2 2GG1 1C C2 2C C1 1GG2 2DNADNA双链双链 例题例题3 3、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，A A与与T T之和占整个之和占整个DNADNA碱基总数的碱基总数的54%54%，其中一条链上，其中一条链上G G占该链碱基总数的占该链碱基总数的22%22%。求另一条链上。求另

9、一条链上G G占占其所在链碱基总数的百分含量其所在链碱基总数的百分含量?24%24%（G+CG+C）1 12 2G G1 1+C+C1 1G G2 2+C+C2 2=A AT=54%G+C=46%T=54%G+C=46%例题例题 4 4、在含有四种碱基的、在含有四种碱基的DNADNA区段中，有腺嘌呤区段中，有腺嘌呤a a个，个，占该区段全部碱基的比例为占该区段全部碱基的比例为b b，则，则 （)C.C.胞嘧啶为胞嘧啶为a a1/1/（2b2b）1 1 D.D.胞嘧啶为胞嘧啶为b(1/2b(1/2a)a)C C 例题例题5 5、分析一个、分析一个DNADNA分子时，发现分子时，发现30%30%的

10、脱氧核苷酸含有的脱氧核苷酸含有A A，由此可知，该分子中一条链上，由此可知，该分子中一条链上GG含量的最大值可占此链碱含量的最大值可占此链碱基总数的多少？基总数的多少？4040%例题例题6 6、从某生物组织中提取、从某生物组织中提取DNADNA进行分析进行分析,其四种碱基数的其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%,46%,又知又知DNADNA的的一条链一条链(H(H链链)所含的碱基中所含的碱基中28%28%是腺嘌呤是腺嘌呤,问与问与H H链相对应的另链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的()()、2

11、6%26%、24%24%、14%14%、11%11%A二、二、DNA的复制的复制（一）（一）DNA复制的方式复制的方式对对DNA分子分子复制的推测复制的推测 亲代亲代子代子代12(?)(?)(?)(?)假设的复制假设的复制的方式的方式11112222 方式：半保留复制方式：半保留复制方式：全保留复制方式：全保留复制（二）对（二）对DNA分子复制的推测分子复制的推测沃森和克里克的推测沃森和克里克的推测(假说假说)复制时复制时,DNA的双螺旋的双螺旋解开解开.互补的碱基间氢键断互补的碱基间氢键断裂裂分开的两条链作为模分开的两条链作为模板板,以碱基互补配对的以碱基互补配对的原则合成新的一条链原则合成

12、新的一条链（三）（三）DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据N15/N15DNA重链重链DNAN14/N14DNA轻链轻链DNAN14/N15DNA中链中链DNA实验的结果和预期的结果一致实验的结果和预期的结果一致,说明克里说明克里克等所做的假设正确克等所做的假设正确复制方式是半保留复制复制方式是半保留复制在在氮氮源源为为14N的的培培养养基基上上生生长长的的大大肠肠杆杆菌菌，其其DNA分分子子均均为为14N-DNA（对对照照）；在在氮氮源源为为15N的的培培养养基基上上生生长长的的大大肠肠杆杆菌菌，其其DNA分分子子均均为为15N-DNA（亲亲代代）。将将亲亲代代大大肠肠杆杆菌菌转转

13、移移到到含含14N的的培培养养基基上上，再再连连续续繁繁殖殖两两代代（I和和II），用用离离心心的的方方法法分分离得到的结果如下表所示，离得到的结果如下表所示，请分析请分析：对照对照亲代亲代III轻链轻链14N-DNA全轻链全轻链1/2轻链轻链中链中链全中链全中链1/2中链中链重链重链15N-DNA全重链全重链（1）由由实实验验结结果果可可以以推推出出第第一一代代（I）细细菌菌DNA分分子子中中一一条链是条链是 ，另一条链是，另一条链是 。（2）中链含有氮元素是）中链含有氮元素是 。（3）将将第第一一代代（I）转转移移到到含含15N的的培培养养基基上上繁繁殖殖一一代代，将将所所得得到到的的细细

14、菌菌的的DNA用用同同样样方方法法分分离离。那那么么得得到到的的轻轻中中重重链链情情况是况是 。（4）上述实验表明）上述实验表明DNA分子复制的特点是分子复制的特点是 。填空：填空：14N，15N14N-DNA新链新链 15N-DNA母链母链 0，1/2，1/2半保留复制半保留复制习题：习题：15N链链14N链链重氮环境重氮环境15N轻氮环境轻氮环境14NAAATTTGGGGCCCATCDNA平面模式图DNA复制过程思考：1、DNA复制需要哪些基本条件？2、复制过程有何主要特点？3、复制形成的子代DNA和亲代DNA 有何关系？AAATTTGGGGCCCATCAGCTCGT游离的游离的脱氧核苷酸

15、脱氧核苷酸与复制与复制有关的酶有关的酶注意，此处注意，此处氢键将被打开！氢键将被打开！AAATTTGGGGCCCATCCAGTCGT在酶的催化下在酶的催化下氢键已被打开氢键已被打开DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条扭成螺旋的双链解开，这个过程叫解旋解旋。AAATTTGGGGCCCATCCAGTCGT亲代亲代DNA的的两条链分别作模板两条链分别作模板AAATTTGGGGCCCATCCTAGTCG还未解旋刚解旋所以DNA复制特点之一是:边解旋边复制边解旋边复制通过碱基互补通过碱基互补配对脱氧核苷酸配对脱氧核苷酸结合到母链上结合到母链上已在复制AAATTTGGGGCCCATCAA

16、ATTTGGGGCCCATC一条子代DNA另一条子代DNA形成两条完全相同的子代DNAAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程中形成的复制过程中形成的复制叉复制叉子代子代DNA 半保留复制半保留复制解链方向解链方向 半不连续性复制半不连续性复制（复制叉）（复制叉）3 5 3 5 353535 领头链领头链(leading strand)(l

17、eading strand)随从链随从链 (lagging strand)(lagging strand)冈崎片段冈崎片段（Okazakifragment）真核生物真核生物DNA复制有多个复制起点双向复制复制有多个复制起点双向复制二、二、DNA的复制的复制 1、概念：、概念：以亲代以亲代DNA分子为模板合成子代分子为模板合成子代DNA的过程的过程 2、场所：、场所：主要在细胞核，还可以发生在线粒体、叶绿体主要在细胞核，还可以发生在线粒体、叶绿体 3、时间：、时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期 4、过程（特点）：、过程（特点）：边解旋边复制边解旋边复制 5

18、、条件：、条件：酶酶 能量能量 模板模板 原料原料解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶等聚合酶等ATPDNA分子的两条链分子的两条链4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 6、方式、方式半保留复制半保留复制 7、精确复制的原因、精确复制的原因 8、意义、意义保持了遗传信息的连续性保持了遗传信息的连续性规则的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，规则的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对保证了复制的精确进行。碱基互补配对保证了复制的精确进行。根据半保留复制和碱基互补配对原则根据半保留复制和碱基互补配对原则1、与复制有关的碱基计算、与复制有关的碱基计算一个一个DNA连续复制连续复制n次后，共有多少个次后，共有多

19、少个DNA？多少条脱氧核苷酸链？多少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？母链多少条？子链多少条？DNA分子数分子数=2n脱氧核苷酸链数脱氧核苷酸链数=2n+1母链数母链数=子链数子链数=22n+1 2解析：所用知识为解析：所用知识为“半保留复制半保留复制”和和“碱基互补配对原则碱基互补配对原则”，并图示，并图示分析。分析。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：答：答：一个一个DNA连续复制连续复制n次后，共有次后，共有2n个个D

20、NA，2n+1条脱氧核苷酸链，母链条脱氧核苷酸链，母链2条，条，子链子链2n+1 2条条有关有关DNA中的碱基计算中的碱基计算例题例题1、某双链、某双链DNA分子，经分子，经2次复制后，所得到的子二代次复制后，所得到的子二代DNA分子中，含有原亲代分子中，含有原亲代DNA链的分子数是（链的分子数是（）A.1B.2B结论：不论复制多少代含结论：不论复制多少代含有母链的只有两条有母链的只有两条例题例题2、若对一个、若对一个DNA分子用分子用32P标标记记,经过经过4次复制后，含有次复制后，含有32P DNA分子数占分子数占DNA总数的（总数的（）A 1/6 B 1/8 C 1/4 D 1/2那含那

21、含31p的的DNA分子占全部分子占全部DNA的比例是多少？含的比例是多少？含32P的脱氧核的脱氧核苷酸链占所有链的比例又是多少？苷酸链占所有链的比例又是多少？31p链占全部链的比例多少？链占全部链的比例多少？B例例1：具有：具有100个碱基对的个碱基对的1个个DNA分子区段，内含分子区段，内含40个胸腺嘧个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数（啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数（）A60个个 B80个个 C120个个 D180个个D2、复制需要的某种碱基数目的计算、复制需要的某种碱基数目的计算m代表要求的该种碱基在一个代表要求的该种碱基在一个DNA分子中的数

22、量，分子中的数量，则则DNA复制复制n次所需的某种碱基数次所需的某种碱基数=m(2n1)；DNA第第n次复制所需的某种碱基数次复制所需的某种碱基数=m 2n1。例例2：具有：具有100个碱基对的个碱基对的1个个DNA分子区段，内含分子区段，内含40个胸腺嘧个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则第二次复制时需游离的胞嘧啶脱氧啶，如果连续复制两次，则第二次复制时需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数（核苷酸数（）A60个个 B80个个 C120个个 D180个个C（一）什么是基因？（一）什么是基因？（一）什么是基因？（一）什么是基因？基因是具有基因是具有基因是具有基因是具有遗传效应遗传效应遗传效应遗传效应的的的的D

23、NADNADNADNA片段，是决定片段，是决定片段，是决定片段，是决定生物性状生物性状生物性状生物性状的的的的基本单位。基本单位。基本单位。基本单位。有遗传效应的有遗传效应的有遗传效应的有遗传效应的DNADNA片段就是能够直接指导或间接调控蛋白质合成的碱基序列片段就是能够直接指导或间接调控蛋白质合成的碱基序列片段就是能够直接指导或间接调控蛋白质合成的碱基序列片段就是能够直接指导或间接调控蛋白质合成的碱基序列。三、三、基因的本质基因的本质1.1.1.1.基因和染色体的关系基因和染色体的关系基因和染色体的关系基因和染色体的关系基因在染色体上，并且在染色体上呈基因在染色体上，并且在染色体上呈基因在染

24、色体上，并且在染色体上呈基因在染色体上，并且在染色体上呈线性排列线性排列线性排列线性排列，染色体是基因的，染色体是基因的，染色体是基因的，染色体是基因的主要载体主要载体主要载体主要载体。果果果果蝇蝇蝇蝇某某某某一一一一条条条条染染染染色色色色体体体体上上上上的的的的几几几几个个个个基基基基因因因因2.2.2.2.基因与基因与基因与基因与DNADNADNADNA的关系：的关系：的关系：的关系：整个整个整个整个DNADNADNADNA分子中都是由基因构成的吗？分子中都是由基因构成的吗？分子中都是由基因构成的吗？分子中都是由基因构成的吗？基因是有基因是有基因是有基因是有遗传效应的遗传效应的遗传效应的

25、遗传效应的DNADNADNADNA片段片段片段片段。基因与基因与DNADNA和染色体以及脱氧核苷酸间的关系和染色体以及脱氧核苷酸间的关系 染色体染色体基因基因1基因基因2非非非非编编编编码码码码区区区区 编编编编码码码码区区区区 非非非非编编编编码码码码区区区区下图中下图中a ad d表示果蝇表示果蝇X X染色体上的几个基因染色体上的几个基因 非基因非基因片段片段非基因非基因片段片段非基因非基因片段片段基因基因1片段片段基因基因2片段片段基因基因3片段片段基因基因4片片段段编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区启动子启动子启动子启动子与与与与RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合

26、酶结合位点结合位点结合位点结合位点终止子终止子终止子终止子原核基因原核基因编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区启动子启动子启动子启动子与与与与RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶结合位点结合位点结合位点结合位点外显子外显子外显子外显子内含子内含子内含子内含子终止子终止子终止子终止子真核基因真核基因3.3.3.3.基因和性状的关系基因和性状的关系基因和性状的关系基因和性状的关系 基因基因基因基因控制控制控制控制生物的性状生物的性状生物的性状生物的性状,基因是基因是基因是基因是决定生物性状决定生物性状决定生物性状决定生物性状的基本单的基本单的基本单的基本单位位位位结构单位和功能

27、单位。结构单位和功能单位。结构单位和功能单位。结构单位和功能单位。4.4.4.4.基因和脱氧核苷酸的关系基因和脱氧核苷酸的关系基因和脱氧核苷酸的关系基因和脱氧核苷酸的关系每个基因中含有成百上千个脱氧核苷酸。每个基因中含有成百上千个脱氧核苷酸。每个基因中含有成百上千个脱氧核苷酸。每个基因中含有成百上千个脱氧核苷酸。5.5.5.5.基因和遗传信息的关系基因和遗传信息的关系基因和遗传信息的关系基因和遗传信息的关系 基因中的脱氧核苷酸（碱基对）排列顺序代表遗传信息基因中的脱氧核苷酸（碱基对）排列顺序代表遗传信息基因中的脱氧核苷酸（碱基对）排列顺序代表遗传信息基因中的脱氧核苷酸（碱基对）排列顺序代表遗传

28、信息 不同的基因含有不同的脱氧核苷酸的排列顺序。不同的基因含有不同的脱氧核苷酸的排列顺序。不同的基因含有不同的脱氧核苷酸的排列顺序。不同的基因含有不同的脱氧核苷酸的排列顺序。例如：豌豆的例如：豌豆的例如：豌豆的例如：豌豆的高茎基因高茎基因高茎基因高茎基因D D D D和矮茎基因和矮茎基因和矮茎基因和矮茎基因d d d d含有不同的脱氧含有不同的脱氧含有不同的脱氧含有不同的脱氧核苷酸排列顺序。核苷酸排列顺序。核苷酸排列顺序。核苷酸排列顺序。DNADNADNADNA的基本组成单位是什么？的基本组成单位是什么？的基本组成单位是什么？的基本组成单位是什么？基因的基本组成单位是什么？基因的基本组成单位是什么？基因的基本组成单位是什么？基因的基本组成单位是什么？