DNA结构和复制与基因的本质

1、1会计学DNA结构和复制与基因的本质结构和复制与基因的本质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A腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸GCTATGC磷酸二酯键磷酸二酯键脱去脱去H2OAGCT氢键氢键ATGC53531、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

2、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？ 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

3、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 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

4、=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， GG2 2 =C =C1 1。则在则在DNADNA双链中：双链中： A = T A = T ， G = CG = 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

5、 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%A=50%23%=27%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 T

6、2 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，的一个单链中，A+G/T+C=0.4A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个，上述比例在其互补链和整个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

7、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+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

8、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 2GG1 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、

9、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 （ ) ) A.A.b0.5 B. b0.5b0.5 B. b0.5C.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

10、 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HH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 ( )( )、26%26% 、24% 24% 、14% 14% 、11%11%A 亲代亲代子代子代12( ? ) ( ? )( ? )( ? )11112222 方式：半保留复制方式：

11、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

12、确复制方式是半保留复制复制方式是半保留复制在氮源为在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为分子均为14N-DNA（对照）；在氮源为（对照）；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均分子均为为15N-DNA（亲代）。将亲代大肠杆菌转移到含（亲代）。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再的培养基上，再连续繁殖两代（连续繁殖两代（I和和II），用离心的方法分离得到的结果如下表所示），用离心的方法分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

13、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）由实验结果可以推出第一代（）由实验结果可以推出第一代（I）细菌）细菌DNA分子中一条链是分子中一条链是 ，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）将第一代（）将第一代（I）转移到含）转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到的培养基上繁殖一代，将所得到的细菌的的细菌的DNA用同样方法分离。那么得到的轻中重链情况是用同样方法分离。那么得到的轻中重链情况是 。（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 。 14N ，15N14N-DNA新链新链15N-DNA母

14、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，在的作用下，把两条扭成螺旋的

15、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AAATTTGGGGCCCATCAAATTTGGGGCCCATC一条子代DNA另一条子代DNA形成两条完全相同的子代DNAAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGG

16、TACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+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 3 5 3 5 3 5 领头链领头链( leading strand )( leading strand ) 随从链随从链 ( lagging strand )( lagging strand )冈崎片段冈崎片段（Okazaki fragment）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

17、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、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

18、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，碱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。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，共有多少个DNA？多少条脱氧核苷酸链？母链多？多少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？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：

19、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”，并图示分析。，并图示分析。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DNA，2n+1条脱氧核苷酸链，母链条脱氧核苷酸链，母链2条，子条，子链链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，

20、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.2C.3 D.4B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

21、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10

22、0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 。染色体染色体基因基因1基因基因2AGCT氢键氢键ATGC53532 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？ 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。 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+