DNA分子的结构

第二讲DNA分子的结构、复制,1、概述DNA分子结构的主要特点,通过上一节的学习，我们知道了DNA是主要的遗传物质。而作为遗传物质必须具备三大功能：1、储存遗传信息；2、传递遗传信息；3、表达遗传信息。那么，DNA是否具备上述要求呢？这就要从DNA分子的结构以及复制方面来找答案了。,一、DNA双螺旋结构模型的构建： 二、DNA分子的结构： 1、DNA分子的元素组成：C、H、O、N、P 2、结构单位：脱氧核糖核苷酸,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,胸腺嘧啶（T）,脱氧核糖核苷酸是DNA分子的结构单位。,腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸,3、DNA分子的结构：,（1）、DNA分子由两条链组成。这两条链按反方向平行方式盘旋成双螺旋结构。,（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；碱基排列在内侧。,（3）、两条链上的碱基透过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。,碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。,平面结构,空间结构,4DNA结构的特点 (1)稳定性：是指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。如：DNA分子基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成的，从头至尾没有变化；碱基互补配对的原则，即A与T配对，G与C配对也不会改变。 (2)多样性：尽管组成DNA分子的碱基只有四种，而四种碱基的配对方式只有两种，但是碱基对的排列顺序可以千变万化，因而构成了DNA分子的多样性。,(3)特异性：每个特定的DNA分子中都有特定的碱基对排列顺序，而特定的碱基对（脱氧核苷酸）的排列顺序代表了DNA分子中的遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息，这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。 由于DNA分子中碱基对成百上千、排列排序千变万化，因此可以储存大量的遗传信息。因此DNA分子符合遗传物质的第一个要求：能储存大量的遗传信息。,从DNA分子的结构中，我们可以看出，组成DNA分子的碱基只有四种，但是，碱基对的排列顺序却是千变万化的。例如，在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对，这些碱基对的排列方式就有4的4000次方种。碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。由此可见，DNA分子是能够贮存大量遗传信息的。 回答了第一个问题DNA分子能够贮存大量遗传信息的，那么第二个问题DNA能否传递遗传信息呢？我们来看一下DNA分子的复制。,二、有关DNA分子的计算：,在DNA分子中，由于永远是A与T配对，C与G配对，因此在双链DNA分子中，A=T,C=G。并由此衍生出了一系列有关DNA分子的计算：,例题：某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链（m）上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链（n）上的G占该链碱基总数的比例是（ ） A35% B、29% C、28% D、21%,第三节 DNA的复制,通过上一节的学习，我们已经知道，DNA分子通过特定的碱基对（脱氧核苷酸）的排列顺序，可以完成遗传物质的第一个功能储存大量的遗传信息。 那么，DNA分子能完成遗传物质的第二个功能传递遗传信息的功能吗？ 要回答这个问题，需要从DNA分子的复制说起。,我们看一下复制的结果，按照碱基互补配对原则，经过复制，一个DNA分子就形成了两个完全一样的DNA分子，这两个DNA分子通过细胞分裂分配到两个子细胞中去，完成遗传信息的传递。可见，DNA可以完成遗传物质的第二个功能传递遗传信息。 这里，我们继续完成下面的学习DNA真的是半保留复制吗？,一、对DNA分子复制的推测： 沃森和克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型后，又提出了遗传物质DNA自我复制的假说： DNA复制时，DNA分子的双螺旋将解开，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，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上，由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称作半保留复制。,即：,M链,N链,ATCGTACGATGCTA,氢键断裂（解旋）,M链,ACTCAGT,N链,TGAGTCA,T,G,A,G,T,C,A,子链,A,C,T,C,A,G,T,子链,DNA分子的复制真的是半保留复制吗？ 二、DNA半保留复制的实验证据：,小常识：,N,14N,15N,问题：由于14N和15N的不同，如果在一个试管中有三种不同的DNA 分子A、B、C：A的两条链全部含14N；B的两条链全部含15N；C的两条链中一条链含14N，一条链含15N。那么对该试管进行密度梯度离心后，你认为这三种不同的DNA分子在试管中如何分布？,应分布在三个不同的部位上：,A、轻带：两条链只含14N（14N14N）,C、中带：一条链含14N，一条链含15N（15N14N）,B、重带：两条链都含15N（15N15N）,想一想：如果DNA分子是半保留复制，那么用两条链都是15N的DNA，在只含14N的培养基上复制一代，形成两个子代DNA，离心后，它们应在哪一位置？,这两个子代DNA分子都由于一条链含14N，一条链含15N（15N14N），因此离心后它们应该在中带位置。 是不是这样呢？请看课本53页。,二、DNA分子的复制过程： 1、DNA复制的概念：,DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。,2、复制时期:,有丝分裂间期和减数第一次分裂间期，随着染色体的复制而完成的。,3、场所：,细胞核，叶绿体和线粒体。,4、过程：,解旋,合成子链,形成子代DNA,螺旋化形成具有空间结构的DNA,5、复制条件：,（ 1）、模板：,原DNA分子的两条链作模板（母链）,（2）、能量：,ATP,（3）、原料：,四种游离的脱氧核苷酸,（4）、酶：,解旋酶：,使双链DNA成为单链DNA,DNA聚合酶：,连接脱氧核苷酸,6、特点：,（1）、边解旋边复制（多点双向复制）,（2）、由于新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,因此,这种复制方式叫半保留复制。,7.准确复制的原因：,（1）、DNA分子独特的双螺旋结构提供精确的模板。,（2）、通过碱基互补配对，保证了复制准确无误。,8、复制结果：一个DNA变成两个完全一样的DNA分子。 这样，通过复制，亲代就把遗传信息精确的传递给了子代。,思考：,通过上面的学习，我们知道，DNA分子的复制是非常精确的。那么，DNA的复制会不会出现差错呢？,三、有关DNA分子复制的一些规律和计算：,规律一:DNA不论复制多少次,产生的子代DNA分子中含母链的DNA分子数总是2个,含母链也总是2条。 规律二:复制n代产生的子代DNA分子数为2n,产生的DNA单链为2n2=2n+1。故复制n次后,含亲代DNA链的DNA分子数占子代DNA分子总数的比例为22n。,规律三:复制所需的脱氧核苷酸数=a(2n-1),其中的a为所求的脱氧核苷酸在原来DNA(即作模板的亲代DNA)分子中的数量,n为复制次数。 规律四:一定数量的碱基对所能构成的DNA分子种类数或所携带的遗传信息的种类数=4n(n为碱基对数)。,例1、蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期,其染色体的放射性标记分布情况是()。 A.每条染色体的两条单体都被标记 B.每条染色体中都只有一条单体被标记 C.只有半数的染色体中一条单体被标记 D.每条染色体的两条单体都不被标记,B,例2、下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是()。,A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的 B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的 C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶 D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率,A,例3、 已知某DNA分子含有500个碱基对,其中一条链上AGTC=1234;该DNA 分子连续复制数次后,消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸4 500个,则该DNA分子已经复制了 (),A.3次B.4次C.5次D.6次,B,随堂练习： 1把培养在含轻氮(14N)环境中的一细菌，转移到含重氮(15N)环境中，培养相当于复制一轮的时间，然后取一细菌放回原环境中培养相当于复制两轮的时间后，细菌DNA组成分析表明 () A3/4轻氮型、1/4中间型 B1/4轻氮型、3/4中间型 C1/2轻氮型、1/2中间型 D3/4重氮型、1/4中间型,A,2、用15N标记细菌中的DNA，然后又用普通的14N来培养这种细菌。假设细菌在含14N的营养基上连续分裂2次，产生了4个新个体，它们DNA中的14N链与15N链的比例是 () A3 1 B2 1 C1 1 D7 1,A,3现有从生物体内提取的部分ATP分子和一个双链DNA分子，还有标记了放射性同位素3H的4种脱氧核苷酸，拟在实验室中合成出多个DNA分子。 (1)除上述几种物质外，还需要的物质是_。 (2)一段时间后，测得容器内共有8个DNA子，此段时间内DNA分子共进行了_次复制。 (3)在第二代的2个DNA分子中，含3H的链叫做_。 (4)在第四代的8个DNA分子中，不含3H的DNA、一条链中含3H的DNA和两条链都含3H的DNA数目之比为_。,多种酶,3,单链,0:2:6,三、基因是有遗传效应的DNA片段1.对基因本质的理解（1）从结构上看基因是DNA上一个个特定的片段，一个DNA分子上有许多个基因。基因与DNA结构一样，也是由四种脱氧核苷酸按一定顺序排列而成的，也是双螺旋结构。基因中脱氧核苷酸（碱基对）的排列顺序代表遗传信息。（2）从功能上看基因具有遗传效应，即基因能控制生物的性状，基因是控制生物性状的基本单位，特定的基因决定特定的性状。,2.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系,1.已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA和单链RNA四种类型。现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述哪一种类型，应该 A分析碱基类型，确定碱基比率 B分析碱基类型，分析核糖类型 C分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型 D分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型,A,2、某个DNA片段由500对碱基组成，AT占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为A330 B660C990 D13203、下列各细胞结构中，可能存在碱基互补配对现象的有染色体 中心体 纺锤体 核糖体A BC D,CB,4、已知某DNA分子含有1000个碱基对，其中一条链上AGTC=1234。该DNA分子连续复制2次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是 A.600个 B.900个 C.1 200个 D.1 800个5、下列关于DNA复制的叙述，正确的是 A在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制 BDNA通过一次复制后产生四个DNA分子 CDNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA的复制 D单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链,DA,6、某种抗癌药可以抑制DNA的复制，从而抑制癌细胞的增殖，据此判断短期内使用这种药物对机体产生最明显的副作用是 A影响神经递质的合成，抑制神经系统的兴奋 B影响胰岛细胞合成胰岛素，造成糖代谢紊乱C影响血细胞生成，使机体白细胞数量减少 D影响脂肪的合成，减少脂肪的贮存7、.DNA分子经过诱变，某位点上的一个正常碱基（设为P）变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为UA、AT、GC、CG。推测“P”可能是 A胸腺嘧啶 B腺嘌呤 C胸腺嘧啶或腺嘌呤 D胞嘧啶,CD,我们看一下复制的结果，按照碱基互补配对原则，经过复制，