DNA分子结构与复制

1、中关村中关村DNA标志标志雅典奥运会开幕式经典场景 DNADNA分子的结构和复制分子的结构和复制AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由两条分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成长链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成排列在外侧，构成基本基本骨架骨架；碱基在内侧。；碱基在内侧。（3）两条链上的碱基通）两条链上的碱基通过过氢键氢键连结起来，形成连结起来，形成碱基对，且遵循碱基对，且遵循碱基互碱基互补配对原则补配对原则。DNA分子的结构特点DNAAAATTTGGGGCCCATC两

2、条长链上的脱氧核糖与两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。定不变的。长链中的碱基对的排列长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。顺序是千变万化的。每个每个DNADNA分子有着特定分子有着特定的碱基对排列顺序的碱基对排列顺序稳定性多样性特异性DNA分子的特性（分子的特性（P57）DNA分子的特性：分子的特性：多样性：多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。分子碱基对的排列顺序千变万化。一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。特异性：特定的特异性：特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序。分子具有特定的碱基排列顺序。不同的生物

3、，碱基对的排列顺序（遗传信息）肯定不同。遗传信息：遗传信息：DNA分子中的碱基对排列顺序就代表了分子中的碱基对排列顺序就代表了 遗传信息。遗传信息。控制某一特定形状中的控制某一特定形状中的DNA的碱基排列顺序是稳定不变的。的碱基排列顺序是稳定不变的。如：不论是何人体内，控制唾液淀粉酶的基因的碱基排列如：不论是何人体内，控制唾液淀粉酶的基因的碱基排列顺序是不变的。顺序是不变的。DNADNA分子的结构分子的结构小结小结化学组成：化学组成：基本组成单位：四种脱氧核苷酸基本组成单位：四种脱氧核苷酸一分子含氮碱基一分子含氮碱基一分子脱氧核糖一分子脱氧核糖一分子磷酸一分子磷酸空间结构空间结构规则的双螺旋结

4、构规则的双螺旋结构两条脱氧核苷酸长链两条脱氧核苷酸长链碱基对碱基对氢键氢键碱基互补配对原则碱基互补配对原则分子结构的多样性和特异性分子结构的多样性和特异性拓展题：(P51) 你能根据碱基互补配对原则，推导出相关的数学公式吗？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。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 A + G T C （ ） （ ） 50也可以写成以下形式：也可以写成以下形式：A + GT C1（ ）（ ）（ ）（ ）规律概括：规律概括：在在DNA双链中，任意两个不互补碱基

5、之双链中，任意两个不互补碱基之和和 ，并为碱基总数的，并为碱基总数的 。A+T+C+GA+T+C+GA + C T + GA + C T + G相等相等50DNA分子各种碱基的数量关系分子各种碱基的数量关系 ： 在整个在整个DNA分子中，分子中，A=T、G=C； A+G=T+C，A+C=T+G； (A+G）/（T+C）=1 DNA分子的分子的一条链中的一条链中的A+T=另一条链的另一条链的T + A ； 同理，同理，G+C = C+G如果一条链中的如果一条链中的(A+T) / (G+C)=a，则另一条链中的，则另一条链中的(A+T) / (G+C)比例也是比例也是a；如果一条链中的；如果一条链

6、中的(A+G) / (T+C)=b,则另一条链中则另一条链中(A+G) / (T+C)的比例是的比例是1/b两个非配对碱基之和占碱基总数的两个非配对碱基之和占碱基总数的50%。即。即 A+C=T+G=50%，A+G=T+C=50%在在DNA分子中一条链中分子中一条链中A+T的和占该链碱基比率的和占该链碱基比率等于另一条链中等于另一条链中A+T的和占该链碱基比率，还等于双的和占该链碱基比率，还等于双链链DNA分子中分子中A+T的和占整个的和占整个DNA分子的碱基比率。分子的碱基比率。即：即： (A1+T1)% = ( A2+T2)% = 总总( A+T)%同理：同理： ( G1+C1)% = (

7、 G2+C2)% = 总总( G+C)%第三节DNA的复制 第三章基因的本质 DNADNA的复制的复制就是指以亲代就是指以亲代DNADNA为模板合为模板合成子代成子代DNADNA的过程，即的过程，即1DNA2DNA1DNA2DNA。新产生的新产生的DNADNA分子是一个全新的分子是一个全新的DNADNA分子吗？分子吗？是否像洗相片似的，有一张底片就可以洗出是否像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？许多相片来？ 半半保留复制保留复制全保留复制全保留复制怎样把不一样的怎样把不一样的DNADNA分开呢？分开呢？N N想一想想一想 ：可以用什么同位素去标记可以用什么同位素去标记DNADNA？1

8、4N/14NDNA15N/14NDNA15N/15NDNA轻链轻链中链中链重链重链转移到含转移到含1414NHNH4 4ClCl的的培养液中培养液中15N/15N DNA15N/14N DNA14N/14N DNA15N/14N DNA大肠杆菌在含大肠杆菌在含15NH4Cl的的培养液中生长若干代培养液中生长若干代红线代表红线代表15N链链蓝线代表蓝线代表14N链链红线代表红线代表15N链链蓝线代表蓝线代表14N链链半保留复制半保留复制DNADNA分子复制时，由于新合成的每个分子复制时，由于新合成的每个DNADNA分子分子中，都保留了原来中，都保留了原来DNADNA分子中的一条链，因此，分子中的

9、一条链，因此，这种复制方式被称做这种复制方式被称做半保留复制半保留复制。1、概念：、概念：2、场所：、场所：3、时期：、时期：4、条件、条件5、复制过程：、复制过程：6、复制特点、复制特点7、准确复制原因、准确复制原因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的两条母链的两条母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 DNADNA双链提供精确的模板双链提供精

10、确的模板（1 1）边解旋边复制）边解旋边复制（2 2）半保留复制（）半保留复制（3 3）多起点复制）多起点复制细胞核（主要）、线粒体、叶绿体细胞核（主要）、线粒体、叶绿体解旋解旋合成互补子链合成互补子链形成子代形成子代DNADNA碱基互补配对原则碱基互补配对原则P P5454DNADNA的复制的复制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的过程的过程复制过程复制过程: :解旋酶催化（氢键断裂）解旋酶催化（氢键断裂）解旋：解旋：模板模板（在（在DNADNA聚合酶的催化下，利用聚合酶的催化下，利用游离的脱氧核苷酸进行）游离的脱氧核苷酸进行）以母链为模板进行碱基配

11、对以母链为模板进行碱基配对母链（旧链）母链（旧链）子链（新链）子链（新链）形成两个子代形成两个子代DNA:同时进行同时进行(边解旋边复制）边解旋边复制）组成组成边解旋复制边解旋复制半保留复制半保留复制多起点复制多起点复制亲亲 代代第一代第一代第二代第二代第三代第三代15N15N类推第五代时在离心管中，上中下层的比例如何？类推第五代时在离心管中，上中下层的比例如何？15N15N14N14N14N14N14N14N变通：变通：亲代母链与子代亲代母链与子代DNADNA链数之比为：链数之比为： 含亲代母链的含亲代母链的DNADNA分子数与子代分子数与子代DNADNA分子数分子数之比为：之比为：规律规律

12、1 1：亲代亲代DNADNA复制复制n n代后，代后，DNADNA分子分子数为，含亲代母链的数为，含亲代母链的DNADNA分子数分子数为，不含亲代母链的为，不含亲代母链的DNADNA分子数分子数为为1/2n2/ 2n2n2个个2n2解释【寻找规律寻找规律】规律规律2 2：亲代亲代DNADNA分子经分子经 n n 次复制后，次复制后，所需某种游离的脱氧核苷酸数为：所需某种游离的脱氧核苷酸数为：R a (2 n1) 其中其中 a a 表示亲代表示亲代DNADNA含有的某种含有的某种碱基数，碱基数，n n 表示复制的次数。表示复制的次数。【智慧眼智慧眼寻找规律寻找规律】练习 . . .第4节 基因是

13、有遗传效应的DNA片段资料资料1 1l 大肠杆菌细胞的拟核有大肠杆菌细胞的拟核有1 1个个DNADNA分子，长度约为分子，长度约为4 4 700 000700 000个碱基对，在个碱基对，在DNADNA分子上分布着大约分子上分布着大约4 4 400400个基因，每个基因的平均长度约为个基因，每个基因的平均长度约为1 0001 000个碱基个碱基对。对。带带有有纤纤毛毛的的大大肠肠杆杆菌菌一、证明基因与DNA关系的实例大肠杆菌一个大肠杆菌一个DNADNA上含有上含有多个基因。说明基因是一多个基因。说明基因是一段段DNADNA。资料资料2 2l 生长在太平洋西北部的一种海蛰能发出绿色荧光，生长在太

14、平洋西北部的一种海蛰能发出绿色荧光，这是因为海蛰的这是因为海蛰的DNADNA分子上有一段长度为分子上有一段长度为5 1705 170个个碱基对的片段碱基对的片段-绿色荧光蛋白基因。转基因实验绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了海蛰的绿色荧光蛋白基因的转基因表明，转入了海蛰的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能象海蛰一样发光。鼠，在紫外线的照射下，也能象海蛰一样发光。说明基因是特定的说明基因是特定的DNADNA片段，可拼接到其他生片段，可拼接到其他生物的物的DNADNA上去，有遗传效应上去，有遗传效应, ,可独立起作用可独立起作用 基因是特定的基因是特定的DNA片段，可以片段，

15、可以切除切除，可以，可以拼接拼接到其他生物的到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是遗传物质上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是遗传物质的的结构单位结构单位。资料资料3 3l 人类基因组计划测定的是人类基因组计划测定的是2424条染色体（条染色体（2222条染色条染色体体+X+Y+X+Y）上的）上的DNADNA的碱基序列。其中，每条染的碱基序列。其中，每条染色体上有一个色体上有一个DNADNA分子。这分子。这2424个个DNADNA分子大约有分子大约有31.631.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过基总数的比例

16、不超过2%2%。并不是随便一段并不是随便一段DNADNA就称为基因。基因就称为基因。基因是一段是一段DNADNA，但是一段，但是一段DNADNA不一定是基因不一定是基因-ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG-TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC-基因基因基因基因非基因片段非基因片段资料资料4 4l 不少人认为，人和动物的胖瘦是由基因决定的。近不少人认为，人和动物的胖瘦是由基因决定的。近来的科学研究发现，小鼠体内的来的科学研究发现，小鼠体内的HMGICHMGIC基因与肥胖基因与肥胖直接相关。具有直接相关。具有HMGICHMGIC

17、基因缺陷的实验鼠与作为对基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组的小鼠变得十分肥胖，而具有对照组的小鼠变得十分肥胖，而具有HMGICHMGIC基因缺基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常。陷的实验鼠体重仍然保持正常。 没有没有HMGICHMGIC基因，就没有肥胖的表现，有基因，就没有肥胖的表现，有HMGICHMGIC基因就有基因就有肥胖表现。说明肥胖表现。说明基因能控制生物的性状基因能控制生物的性状( (功能单位功能单位) )。二二:DNA:DNA片段如何蕴藏遗传信息片段如何蕴藏遗传信息? ? 4 4种碱基的排列顺序蕴种碱

18、基的排列顺序蕴藏着遗传信息藏着遗传信息. .三三:DNA:DNA的特点的特点: :多样性、特异性、稳定性。多样性、特异性、稳定性。假如决定脸型的一个基因假如决定脸型的一个基因只有只有17个碱基对组成，那个碱基对组成，那么这种排列有多少种可能？么这种排列有多少种可能？417种。大约为种。大约为172亿种。亿种。 基因中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息，基因中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息，而基因中脱氧核苷酸的排列顺序又导致了控制不同性状而基因中脱氧核苷酸的排列顺序又导致了控制不同性状的基因之间的差别。归根到底，的基因之间的差别。归根到底，生物性状的遗传就生物性状的遗传就是基因通过四种脱

19、氧核苷酸的序列来传递和是基因通过四种脱氧核苷酸的序列来传递和表达信息的。表达信息的。基因和遗传信息的关系？基因和遗传信息的关系？从基因在染色体从基因在染色体( (染色质染色质) )上的关系看：基因在染色体上上的关系看：基因在染色体上具有一定的位置，并且呈线性排列。基因与染色体的行具有一定的位置，并且呈线性排列。基因与染色体的行为具有一致性。为具有一致性。 基因与染色体基因与染色体( (染色质染色质) )、DNADNA、性状、性状、遗传信息的关系？遗传信息的关系？小结：小结：从基因与从基因与DNADNA的关系看：每个的关系看：每个DNADNA分子上有许多基因，分子上有许多基因，基因是有遗传效应的

20、基因是有遗传效应的DNADNA片段片段(DAN(DAN片段不一定是基因片段不一定是基因) ) 。从基因与性状的关系看：基因是控制生物性状的结构和从基因与性状的关系看：基因是控制生物性状的结构和功能单位。功能单位。从基因与遗传信息的关系看：基因的脱氧核苷酸的排列从基因与遗传信息的关系看：基因的脱氧核苷酸的排列顺序包含着遗传信息。对于某个基因来说，其顺序包含着遗传信息。对于某个基因来说，其“顺序顺序”是是固定的，而不同的基因，其脱氧核苷酸的顺序又是各不相固定的，而不同的基因，其脱氧核苷酸的顺序又是各不相同的。同的。 具有具有100个碱基对的个碱基对的1个个DNA分子片断，分子片断，内含内含40个胸

21、腺嘧啶，如果连续复制两次，个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为 （ ）个。）个。180 某某DNA分子共含有含氮碱基分子共含有含氮碱基1400个，其中一个，其中一条链上条链上A+T/C+G= 2:5，问该，问该DNA分子连续复制分子连续复制2次，共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是次，共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（ ）个。）个。6002DNA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 间的间的 连续性连续性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3一个双链一个双链DNA分子为第一代，经过分子为第一代，经过3次自我次自我复制，在第四代复制，在第四代DNA分子中，共有分子中，共有 条长链条长链有有 条第一代脱氧核苷酸的长链条第一代脱氧核苷