DNA分子的結(jié)構(gòu)

第二講DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制,1、概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn),通過上一節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道了DNA是主要的遺傳物質(zhì)。而作為遺傳物質(zhì)必須具備三大功能：1、儲存遺傳信息；2、傳遞遺傳信息；3、表達(dá)遺傳信息。那么，DNA是否具備上述要求呢？這就要從DNA分子的結(jié)構(gòu)以及復(fù)制方面來找答案了。,一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建： 二、DNA分子的結(jié)構(gòu)： 1、DNA分子的元素組成：C、H、O、N、P 2、結(jié)構(gòu)單位：脫氧核糖核苷酸,腺嘌呤（A）,鳥嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,胸腺嘧啶（T）,脫氧核糖核苷酸是DNA分子的結(jié)構(gòu)單位。,腺嘌呤脫氧核糖核苷酸、鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸、胞嘧啶脫氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸,3、DNA分子的結(jié)構(gòu)：,（1）、DNA分子由兩條鏈組成。這兩條鏈按反方向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。,（2）、DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。,（3）、兩條鏈上的堿基透過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對有一定的規(guī)律：A（腺嘌呤）一定與T（胸腺嘧啶）配對；G（鳥嘌呤）一定與C（胞嘧啶）配對。,堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系，叫做堿基互補(bǔ)配對原則。,平面結(jié)構(gòu),空間結(jié)構(gòu),4DNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) (1)穩(wěn)定性：是指DNA分子雙螺旋空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性。如：DNA分子基本骨架是磷酸和脫氧核糖交替連接而成的，從頭至尾沒有變化；堿基互補(bǔ)配對的原則，即A與T配對，G與C配對也不會改變。 (2)多樣性：盡管組成DNA分子的堿基只有四種，而四種堿基的配對方式只有兩種，但是堿基對的排列順序可以千變?nèi)f化，因而構(gòu)成了DNA分子的多樣性。,(3)特異性：每個特定的DNA分子中都有特定的堿基對排列順序，而特定的堿基對（脫氧核苷酸）的排列順序代表了DNA分子中的遺傳信息，所以每個特定的DNA分子中都儲存著特定的遺傳信息，這種特定的堿基對排列順序就構(gòu)成了DNA分子的特異性。 由于DNA分子中堿基對成百上千、排列排序千變?nèi)f化，因此可以儲存大量的遺傳信息。因此DNA分子符合遺傳物質(zhì)的第一個要求：能儲存大量的遺傳信息。,從DNA分子的結(jié)構(gòu)中，我們可以看出，組成DNA分子的堿基只有四種，但是，堿基對的排列順序卻是千變?nèi)f化的。例如，在生物體內(nèi)，一個最短的DNA分子也大約有4000個堿基對，這些堿基對的排列方式就有4的4000次方種。堿基對的排列順序就代表了遺傳信息。由此可見，DNA分子是能夠貯存大量遺傳信息的。 回答了第一個問題DNA分子能夠貯存大量遺傳信息的，那么第二個問題DNA能否傳遞遺傳信息呢？我們來看一下DNA分子的復(fù)制。,二、有關(guān)DNA分子的計(jì)算：,在DNA分子中，由于永遠(yuǎn)是A與T配對，C與G配對，因此在雙鏈DNA分子中，A=T,C=G。并由此衍生出了一系列有關(guān)DNA分子的計(jì)算：,例題：某DNA分子中A+T占整個DNA分子堿基總數(shù)的44%，其中一條鏈（m）上的G占該鏈堿基總數(shù)的21%，那么，對應(yīng)的另一條互補(bǔ)鏈（n）上的G占該鏈堿基總數(shù)的比例是（ ） A35% B、29% C、28% D、21%,第三節(jié) DNA的復(fù)制,通過上一節(jié)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，DNA分子通過特定的堿基對（脫氧核苷酸）的排列順序，可以完成遺傳物質(zhì)的第一個功能儲存大量的遺傳信息。 那么，DNA分子能完成遺傳物質(zhì)的第二個功能傳遞遺傳信息的功能嗎？ 要回答這個問題，需要從DNA分子的復(fù)制說起。,我們看一下復(fù)制的結(jié)果，按照堿基互補(bǔ)配對原則，經(jīng)過復(fù)制，一個DNA分子就形成了兩個完全一樣的DNA分子，這兩個DNA分子通過細(xì)胞分裂分配到兩個子細(xì)胞中去，完成遺傳信息的傳遞。可見，DNA可以完成遺傳物質(zhì)的第二個功能傳遞遺傳信息。 這里，我們繼續(xù)完成下面的學(xué)習(xí)DNA真的是半保留復(fù)制嗎？,一、對DNA分子復(fù)制的推測： 沃森和克里克提出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后，又提出了遺傳物質(zhì)DNA自我復(fù)制的假說： DNA復(fù)制時，DNA分子的雙螺旋將解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，通過形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上，由于新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此，這種復(fù)制方式被稱作半保留復(fù)制。,即：,M鏈,N鏈,ATCGTACGATGCTA,氫鍵斷裂（解旋）,M鏈,ACTCAGT,N鏈,TGAGTCA,T,G,A,G,T,C,A,子鏈,A,C,T,C,A,G,T,子鏈,DNA分子的復(fù)制真的是半保留復(fù)制嗎？ 二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：,小常識：,N,14N,15N,問題：由于14N和15N的不同，如果在一個試管中有三種不同的DNA 分子A、B、C：A的兩條鏈全部含14N；B的兩條鏈全部含15N；C的兩條鏈中一條鏈含14N，一條鏈含15N。那么對該試管進(jìn)行密度梯度離心后，你認(rèn)為這三種不同的DNA分子在試管中如何分布？,應(yīng)分布在三個不同的部位上：,A、輕帶：兩條鏈只含14N（14N14N）,C、中帶：一條鏈含14N，一條鏈含15N（15N14N）,B、重帶：兩條鏈都含15N（15N15N）,想一想：如果DNA分子是半保留復(fù)制，那么用兩條鏈都是15N的DNA，在只含14N的培養(yǎng)基上復(fù)制一代，形成兩個子代DNA，離心后，它們應(yīng)在哪一位置？,這兩個子代DNA分子都由于一條鏈含14N，一條鏈含15N（15N14N），因此離心后它們應(yīng)該在中帶位置。 是不是這樣呢？請看課本53頁。,二、DNA分子的復(fù)制過程： 1、DNA復(fù)制的概念：,DNA復(fù)制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。,2、復(fù)制時期:,有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂間期，隨著染色體的復(fù)制而完成的。,3、場所：,細(xì)胞核，葉綠體和線粒體。,4、過程：,解旋,合成子鏈,形成子代DNA,螺旋化形成具有空間結(jié)構(gòu)的DNA,5、復(fù)制條件：,（ 1）、模板：,原DNA分子的兩條鏈作模板（母鏈）,（2）、能量：,ATP,（3）、原料：,四種游離的脫氧核苷酸,（4）、酶：,解旋酶：,使雙鏈DNA成為單鏈DNA,DNA聚合酶：,連接脫氧核苷酸,6、特點(diǎn)：,（1）、邊解旋邊復(fù)制（多點(diǎn)雙向復(fù)制）,（2）、由于新合成的每個DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈,因此,這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制。,7.準(zhǔn)確復(fù)制的原因：,（1）、DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)提供精確的模板。,（2）、通過堿基互補(bǔ)配對，保證了復(fù)制準(zhǔn)確無誤。,8、復(fù)制結(jié)果：一個DNA變成兩個完全一樣的DNA分子。 這樣，通過復(fù)制，親代就把遺傳信息精確的傳遞給了子代。,思考：,通過上面的學(xué)習(xí)，我們知道，DNA分子的復(fù)制是非常精確的。那么，DNA的復(fù)制會不會出現(xiàn)差錯呢？,三、有關(guān)DNA分子復(fù)制的一些規(guī)律和計(jì)算：,規(guī)律一:DNA不論復(fù)制多少次,產(chǎn)生的子代DNA分子中含母鏈的DNA分子數(shù)總是2個,含母鏈也總是2條。 規(guī)律二:復(fù)制n代產(chǎn)生的子代DNA分子數(shù)為2n,產(chǎn)生的DNA單鏈為2n2=2n+1。故復(fù)制n次后,含親代DNA鏈的DNA分子數(shù)占子代DNA分子總數(shù)的比例為22n。,規(guī)律三:復(fù)制所需的脫氧核苷酸數(shù)=a(2n-1),其中的a為所求的脫氧核苷酸在原來DNA(即作模板的親代DNA)分子中的數(shù)量,n為復(fù)制次數(shù)。 規(guī)律四:一定數(shù)量的堿基對所能構(gòu)成的DNA分子種類數(shù)或所攜帶的遺傳信息的種類數(shù)=4n(n為堿基對數(shù))。,例1、蠶豆根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷培養(yǎng)基中完成一個細(xì)胞周期,然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期,其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是()。 A.每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記 B.每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記 C.只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記 D.每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記,B,例2、下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖,有關(guān)敘述錯誤的是()。,A.圖中DNA分子復(fù)制是從多個起點(diǎn)同時開始的 B.圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的 C.真核生物DNA分子復(fù)制過程需要解旋酶 D.真核生物的這種復(fù)制方式提高了復(fù)制速率,A,例3、 已知某DNA分子含有500個堿基對,其中一條鏈上AGTC=1234;該DNA 分子連續(xù)復(fù)制數(shù)次后,消耗周圍環(huán)境中含G的脫氧核苷酸4 500個,則該DNA分子已經(jīng)復(fù)制了 (),A.3次B.4次C.5次D.6次,B,隨堂練習(xí)： 1把培養(yǎng)在含輕氮(14N)環(huán)境中的一細(xì)菌，轉(zhuǎn)移到含重氮(15N)環(huán)境中，培養(yǎng)相當(dāng)于復(fù)制一輪的時間，然后取一細(xì)菌放回原環(huán)境中培養(yǎng)相當(dāng)于復(fù)制兩輪的時間后，細(xì)菌DNA組成分析表明 () A3/4輕氮型、1/4中間型 B1/4輕氮型、3/4中間型 C1/2輕氮型、1/2中間型 D3/4重氮型、1/4中間型,A,2、用15N標(biāo)記細(xì)菌中的DNA，然后又用普通的14N來培養(yǎng)這種細(xì)菌。假設(shè)細(xì)菌在含14N的營養(yǎng)基上連續(xù)分裂2次，產(chǎn)生了4個新個體，它們DNA中的14N鏈與15N鏈的比例是 () A3 1 B2 1 C1 1 D7 1,A,3現(xiàn)有從生物體內(nèi)提取的部分ATP分子和一個雙鏈DNA分子，還有標(biāo)記了放射性同位素3H的4種脫氧核苷酸，擬在實(shí)驗(yàn)室中合成出多個DNA分子。 (1)除上述幾種物質(zhì)外，還需要的物質(zhì)是_。 (2)一段時間后，測得容器內(nèi)共有8個DNA子，此段時間內(nèi)DNA分子共進(jìn)行了_次復(fù)制。 (3)在第二代的2個DNA分子中，含3H的鏈叫做_。 (4)在第四代的8個DNA分子中，不含3H的DNA、一條鏈中含3H的DNA和兩條鏈都含3H的DNA數(shù)目之比為_。,多種酶,3,單鏈,0:2:6,三、基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段1.對基因本質(zhì)的理解（1）從結(jié)構(gòu)上看基因是DNA上一個個特定的片段，一個DNA分子上有許多個基因?；蚺cDNA結(jié)構(gòu)一樣，也是由四種脫氧核苷酸按一定順序排列而成的，也是雙螺旋結(jié)構(gòu)。基因中脫氧核苷酸（堿基對）的排列順序代表遺傳信息。（2）從功能上看基因具有遺傳效應(yīng)，即基因能控制生物的性狀，基因是控制生物性狀的基本單位，特定的基因決定特定的性狀。,2.染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關(guān)系,1.已知病毒的核酸有雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA和單鏈RNA四種類型?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)了一種新病毒，要確定其核酸屬于上述哪一種類型，應(yīng)該 A分析堿基類型，確定堿基比率 B分析堿基類型，分析核糖類型 C分析蛋白質(zhì)的氨基酸組成，分析堿基類型 D分析蛋白質(zhì)的氨基酸組成，分析核糖類型,A,2、某個DNA片段由500對堿基組成，AT占堿基總數(shù)的34%，若該DNA片段復(fù)制2次，共需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸分子個數(shù)為A330 B660C990 D13203、下列各細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，可能存在堿基互補(bǔ)配對現(xiàn)象的有染色體 中心體 紡錘體 核糖體A BC D,CB,4、已知某DNA分子含有1000個堿基對，其中一條鏈上AGTC=1234。該DNA分子連續(xù)復(fù)制2次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)是 A.600個 B.900個 C.1 200個 D.1 800個5、下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是 A在細(xì)胞有絲分裂間期，發(fā)生DNA復(fù)制 BDNA通過一次復(fù)制后產(chǎn)生四個DNA分子 CDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解鏈后，開始DNA的復(fù)制 D單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈,DA,6、某種抗癌藥可以抑制DNA的復(fù)制，從而抑制癌細(xì)胞的增殖，據(jù)此判斷短期內(nèi)使用這種藥物對機(jī)體產(chǎn)生最明顯的副作用是 A影響神經(jīng)遞質(zhì)的合成，抑制神經(jīng)系統(tǒng)的興奮 B影響胰島細(xì)胞合成胰島素，造成糖代謝紊亂C影響血細(xì)胞生成，使機(jī)體白細(xì)胞數(shù)量減少 D影響脂肪的合成，減少脂肪的貯存7、.DNA分子經(jīng)過誘變，某位點(diǎn)上的一個正常堿基（設(shè)為P）變成了尿嘧啶。該DNA連續(xù)復(fù)制兩次，得到的4個子代DNA分子相應(yīng)位點(diǎn)上的堿基對分別為UA、AT、GC、CG。推測“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,我們看一下復(fù)制的結(jié)果，按照堿基互補(bǔ)配對原則，經(jīng)過復(fù)制，