DNA分子的結構

第二講DNA分子的結構、復制,1、概述DNA分子結構的主要特點,通過上一節(jié)的學習，我們知道了DNA是主要的遺傳物質。而作為遺傳物質必須具備三大功能：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分子的結構以及復制方面來找答案了。,一、DNA雙螺旋結構模型的構建： 二、DNA分子的結構： 1、DNA分子的元素組成：C、H、O、N、P 2、結構單位：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分子的結構單位。,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分子的結構：,（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構。,（2）、DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基排列在內側。,（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的關系，叫做堿基互補配對原則。,平面結構,空間結構,4DNA結構的特點 (1)穩(wěn)定性：是指DNA分子雙螺旋空間結構的相對穩(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萬化，因而構成了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、排列排序千變萬化，因此可以儲存大量的遺傳信息。因此DNA分子符合遺傳物質的第一個要求：能儲存大量的遺傳信息。,從DNA分子的結構中，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萬化的。例如，在生物體內，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分子的復制。,二、有關DNA分子的計算：,在DNA分子中，由于永遠是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DNA分子的計算：,例題：某DNA分子中A+T占整個DNA分子堿基總數的44%，其中一條鏈（m）上的G占該鏈堿基總數的21%，那么，對應的另一條互補鏈（n）上的G占該鏈堿基總數的比例是（ ） A35% B、29% C、28% D、21%,第三節(jié) DNA的復制,通過上一節(jié)的學習，我們已經知道，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分子的復制說起。,我們看一下復制的結果，按照堿基互補配對原則，經過復制，一個DNA分子就形成了兩個完全一樣的DNA分子，這兩個DNA分子通過細胞分裂分配到兩個子細胞中去，完成遺傳信息的傳遞?？梢姡珼NA可以完成遺傳物質的第二個功能傳遞遺傳信息。 這里，我們繼續(xù)完成下面的學習DNA真的是半保留復制嗎？,一、對DNA分子復制的推測： 沃森和克里克提出DNA分子的雙螺旋結構模型后，又提出了遺傳物質DNA自我復制的假說： DNA復制時，DNA分子的雙螺旋將解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結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，這種復制方式被稱作半保留復制。,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分子的復制真的是半保留復制嗎？ 二、DNA半保留復制的實驗證據：,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。那么對該試管進行密度梯度離心后，你認為這三種不同的DNA分子在試管中如何分布？,應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分子是半保留復制，那么用兩條鏈都是15N的DNA，在只含14N的培養(yǎng)基上復制一代，形成兩個子代DNA，離心后，它們應在哪一位置？,這兩個子代DNA分子都由于一條鏈含14N，一條鏈含15N（15N14N），因此離心后它們應該在中帶位置。 是不是這樣呢？請看課本53頁。,二、DNA分子的復制過程： 1、DNA復制的概念：,DNA復制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。,2、復制時期:,有絲分裂間期和減數第一次分裂間期，隨著染色體的復制而完成的。,3、場所：,細胞核，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構的DNA,5、復制條件：,（ 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：,（1）、邊解旋邊復制（多點雙向復制）,（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,這種復制方式叫半保留復制。,7.準確復制的原因：,（1）、DNA分子獨特的雙螺旋結構提供精確的模板。,（2）、通過堿基互補配對，保證了復制準確無誤。,8、復制結果：一個DNA變成兩個完全一樣的DNA分子。 這樣，通過復制，親代就把遺傳信息精確的傳遞給了子代。,思考：,通過上面的學習，我們知道，DNA分子的復制是非常精確的。那么，DNA的復制會不會出現差錯呢？,三、有關DNA分子復制的一些規(guī)律和計算：,規(guī)律一:DNA不論復制多少次,產生的子代DNA分子中含母鏈的DNA分子數總是2個,含母鏈也總是2條。 規(guī)律二:復制n代產生的子代DNA分子數為2n,產生的DNA單鏈為2n2=2n+1。故復制n次后,含親代DNA鏈的DNA分子數占子代DNA分子總數的比例為22n。,規(guī)律三:復制所需的脫氧核苷酸數=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)分子中的數量,n為復制次數。 規(guī)律四:一定數量的堿基對所能構成的DNA分子種類數或所攜帶的遺傳信息的種類數=4n(n為堿基對數)。,例1、蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷培養(yǎng)基中完成一個細胞周期,然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期,其染色體的放射性標記分布情況是()。 A.每條染色體的兩條單體都被標記 B.每條染色體中都只有一條單體被標記 C.只有半數的染色體中一條單體被標記 D.每條染色體的兩條單體都不被標記,B,例2、下圖為真核生物染色體上DNA分子復制過程示意圖,有關敘述錯誤的是()。,A.圖中DNA分子復制是從多個起點同時開始的 B.圖中DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的 C.真核生物DNA分子復制過程需要解旋酶 D.真核生物的這種復制方式提高了復制速率,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)復制數次后,消耗周圍環(huán)境中含G的脫氧核苷酸4 500個,則該DNA分子已經復制了 (),A.3次B.4次C.5次D.6次,B,隨堂練習： 1把培養(yǎng)在含輕氮(14N)環(huán)境中的一細菌，轉移到含重氮(15N)環(huán)境中，培養(yǎng)相當于復制一輪的時間，然后取一細菌放回原環(huán)境中培養(yǎng)相當于復制兩輪的時間后，細菌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標記細菌中的DNA，然后又用普通的14N來培養(yǎng)這種細菌。假設細菌在含14N的營養(yǎng)基上連續(xù)分裂2次，產生了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現有從生物體內提取的部分ATP分子和一個雙鏈DNA分子，還有標記了放射性同位素3H的4種脫氧核苷酸，擬在實驗室中合成出多個DNA分子。 (1)除上述幾種物質外，還需要的物質是_。 (2)一段時間后，測得容器內共有8個DNA子，此段時間內DNA分子共進行了_次復制。 (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數目之比為_。,多種酶,3,單鏈,0:2:6,三、基因是有遺傳效應的DNA片段1.對基因本質的理解（1）從結構上看基因是DNA上一個個特定的片段，一個DNA分子上有許多個基因。基因與DNA結構一樣，也是由四種脫氧核苷酸按一定順序排列而成的，也是雙螺旋結構?；蛑忻撗鹾塑账幔▔A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，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發(fā)現了一種新病毒，要確定其核酸屬于上述哪一種類型，應該 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分析蛋白質的氨基酸組成，分析堿基類型 D分析蛋白質的氨基酸組成，分析核糖類型,A,2、某個DNA片段由500對堿基組成，AT占堿基總數的34%，若該DNA片段復制2次，共需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸分子個數為A330 B660C990 D13203、下列各細胞結構中，可能存在堿基互補配對現象的有染色體 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)復制2次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數是 A.600個 B.900個 C.1 200個 D.1 800個5、下列關于DNA復制的敘述，正確的是 A在細胞有絲分裂間期，發(fā)生DNA復制 BDNA通過一次復制后產生四個DNA分子 CDNA雙螺旋結構全部解鏈后，開始DNA的復制 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的復制，從而抑制癌細胞的增殖，據此判斷短期內使用這種藥物對機體產生最明顯的副作用是 A影響神經遞質的合成，抑制神經系統的興奮 B影響胰島細胞合成胰島素，造成糖代謝紊亂C影響血細胞生成，使機體白細胞數量減少 D影響脂肪的合成，減少脂肪的貯存7、.DNA分子經過誘變，某位點上的一個正常堿基（設為P）變成了尿嘧啶。該DNA連續(xù)復制兩次，得到的4個子代DNA分子相應位點上的堿基對分別為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,我們看一下復制的結果，按照堿基互補配對原則，經過復制，