第三章基因的本质第二讲DNA的分子结构复制和表达

1、第二讲 DNA的分子结构、复制和表达复习回顾复习回顾1928年年 格里菲思格里菲思 体内转化实验体内转化实验1944年年 艾弗里艾弗里体外转化实验体外转化实验赫尔希、蔡斯赫尔希、蔡斯噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验S型细菌含有型细菌含有“转转化因子化因子”DNA是遗传物质，是遗传物质，蛋白质不是遗传物蛋白质不是遗传物质。质。DNA是遗传物质是遗传物质（不能证明蛋白质（不能证明蛋白质不是遗传物质）不是遗传物质）结论结论 1234含碱基含碱基脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸5A GC T二、二、DNADNA分子的结构分子的结构1 1、DNADNA的化学组成的化学组成DNA的基本单位鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌

2、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GCT四种脱氧核苷酸脱氧核苷酸是如何连接成链的？两条链之间是如何连接的？脱氧核苷酸是如何连接成链的？两条链之间是如何连接的？ DNA分子是由分子是由 条条链组成，链组成， 盘旋盘旋成成 结构。结构。 交替交替连接，排列在外侧，连接，排列在外侧，构成基本骨架；构成基本骨架； 排列在内侧。排列在内侧。 碱基通过碱基通过 连接连接成碱基对，并遵循成碱基对，并遵循 原则。原则。反向平行反向平行双螺旋双螺旋脱氧核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸碱基对碱基对氢键氢键碱基互补配对碱基互补配对2CTTGA

3、CAGDNA平面结构平面结构55334123OHHCH2Hp=OHOOHOCH2H123OHH44构成方式构成方式磷磷酸酸二二酯酯键键磷酸二酯键磷酸二酯键AGCT氢键氢键ATGC碱基互补配对原则碱基互补配对原则磷酸二磷酸二酯键酯键脱氧核脱氧核苷酸苷酸碱基对碱基对思考：在思考：在一个一个DNA分子中，分子中，那些碱基那些碱基比例较高比例较高，则该，则该DNA分子分子就比较稳就比较稳定？定？化学组化学组成单位成单位双双螺螺旋旋结结构构基本单位基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸种类：种类：四种四种主要主要特点特点碱基互补配对碱基互补配对原则：原则：由两条反向平行的脱氧核苷酸长链由两条反向平行的脱氧核苷酸长

4、链盘旋而成。盘旋而成。外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架成基本骨架 ，碱基排列在内侧。，碱基排列在内侧。DNADNA分子两条链上的碱基通过氢键分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。连接成碱基对。A A A A C C C C G G GGA A T TT T T T G G G G C C C C T T A ADNADNA的的结结构构DNADNA双螺旋结构的构建双螺旋结构的构建 (碱基互补配对原则碱基互补配对原则)思考思考 X链链 10A30G30C-20T Y链链 ？T？C？G-？A ？ X链（链（A+G）/（T+C）=？ ？ Y链（链（A+G）/（T

5、+C）=？ ？ DNA中（中（A+G）/（T+C）=？ ？ X链（链（A+T）/（G+C）=？ ？ Y链（链（A+T）/（G+C）=？ ？ DNA中（中（A+T）/（G+C）=？103030204/55/411/21/21/2你能从上述结果中总结出什么规律吗？你能从上述结果中总结出什么规律吗？成成倒倒数数关关系系比比值值相相等等设设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=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， GG2 2 =C =C1 1。则在则在DN

6、ADNA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 A+G=T+C 即即A+G/T+C=1A+G/T+C=1A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链例题例题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？27%27%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。(

7、 (互补碱基之和的比互补碱基之和的比值值) )A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链A+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1GG1 1+C+C1 1A A2 2 +T +T2 2G G 2 2 +C +C2 2= = =即，若：即，若：A+T=整个整个DNA的的n%， G+C=整整个个DNA的的m%则：则：A1+T1=1链的链的n%，G1+C1=1链的链的m%A2+T2=2链的链的n%，G2+C2=2链的链的m% 例题例题2 2、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，A A与与T T之和占整个

8、之和占整个DNADNA碱基总碱基总数的数的54%54%，其中一条链上，其中一条链上GG占该链碱基总数的占该链碱基总数的22%22%。求另一。求另一条链上条链上G G占其所在链碱基总数的百分含量。占其所在链碱基总数的百分含量。24%24% 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。（不互补的碱基之和的比值）为倒数。（不互补的碱基之和的比值）A A1 1+G+G1 1T T1 1 +C +C1 1 = a = aT T2 2 +C +C2 2A A2 2 +G+G2 2 = 1/a = 1/a 例题例题3 3、在、在DNADNA的一个单

9、链中，的一个单链中，A+G/T+C=0.4A+G/T+C=0.4，上述比例在，上述比例在其互补链和整个其互补链和整个DNADNA分子中分别分子中分别是多少？是多少？2.5 1 ; 2.5 1 ; A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA双链双链例例4 4：某双链：某双链DNADNA分子中，分子中，A A占整个占整个DNADNA碱基总数碱基总数的的27%27%，其中一条链上，其中一条链上A A占

10、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A A占其所在链碱基总数的百占其所在链碱基总数的百分含量。分含量。 、一种碱基在两条链中所占的比例等于、一种碱基在两条链中所占的比例等于这种碱基在每条单链中所占的比例之和的这种碱基在每条单链中所占的比例之和的一半一半32%32%第三讲第三讲 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分子的过程。分子的过程。狭义狭义: :有丝分裂的有丝分裂的间期间期和减和减的的间期间期 ；广义广义: :细胞分裂细胞分裂（当然包括当然包括真核真核细胞的细胞的有丝分裂，无丝分裂有丝分裂，无丝

11、分裂和减数分裂和减数分裂以及以及原核原核细胞的细胞的二分裂二分裂）时及时及DNA病毒病毒增殖时增殖时。2、时间：、时间：3.场所：场所：主要在：细胞核，主要在：细胞核，其次在：细胞质的线粒体、叶绿体等部位。其次在：细胞质的线粒体、叶绿体等部位。原核生物：原核生物：细胞质细胞质模板：模板：DNA解旋后的解旋后的两条链两条链( (母链母链) )四种四种游离游离的脱氧核苷酸（的脱氧核苷酸（ATGCATGC）ATPATP解旋酶、解旋酶、 DNADNA聚合酶聚合酶酶：酶： 能量：能量：原料：原料：4.4.条件条件: :DNADNA复制的过程复制的过程解旋：解旋：合成子链：合成子链：形成子代形成子代DNA

12、DNA：利用利用 提供的能量（提供的能量（ATPATP）. .在在 的作用下，把两条螺旋的双的作用下，把两条螺旋的双链解开链解开. . 以解开的每一段母链为以解开的每一段母链为，以，以 为原料，遵为原料，遵循循 原则，在有关原则，在有关 的的作用下，合成与母链互补的子链作用下，合成与母链互补的子链每条子链与其对应的每条子链与其对应的 盘旋盘旋成双螺旋结构，形成成双螺旋结构，形成 个与个与亲代亲代的的DNADNA细胞呼吸细胞呼吸解旋酶解旋酶模板模板四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸碱基互补配对碱基互补配对酶酶母链母链两两相同相同DNADNA复制的特点复制的特点是一个是一个的过程的过程 边解旋边复制边解

13、旋边复制由于新合成的由于新合成的DNADNA分子中，都保留了分子中，都保留了原原DNADNA的一条链，因此叫的一条链，因此叫半保留复制半保留复制多起点复制多起点复制一个一个DNA分子中，同时从多个点开始复制，分子中，同时从多个点开始复制，加快复制的速度，从而减小复制出错的机会，加快复制的速度，从而减小复制出错的机会，减少突变减少突变遵循遵循碱基互补配对碱基互补配对原则原则 对对DNADNA分子复制方式的探究分子复制方式的探究最早提出的最早提出的DNADNA复制模型有三种：复制模型有三种：1 1、全保留复制：、全保留复制： 新复制出的分子直接形成，完全新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。没

14、有旧的部分。复制一次复制一次亲代亲代DNADNA子代子代DNADNA2 2、半保留复制：、半保留复制： 形成的分子一形成的分子一半是新的，一半是半是新的，一半是旧的。旧的。复制一次复制一次3 3、弥散复制：、弥散复制： 新复制的分子中新复制的分子中新旧都有，但分配新旧都有，但分配是随机组合的。是随机组合的。复制一次复制一次 沃森和克里克提出了遗传物质自我复制沃森和克里克提出了遗传物质自我复制假说：假说： 半保留复制半保留复制亲代亲代DNADNA子代子代DNADNA同位素示踪技术同位素示踪技术要区分亲代和子代要区分亲代和子代DNA如何如何将它们区分开呢？将它们区分开呢？ 离心后，试管内出离心后，

15、试管内出现几条现几条DNADNA带呢？请在带呢？请在下图中标出相应位置的下图中标出相应位置的DNADNA类型。类型。14N/14N-DNA14N/15N-DNA15N/15N-DNA密度梯度离心技术密度梯度离心技术1515N N1414N N密度大密度大密度小密度小三种：两条链都为三种：两条链都为14N14N的的DNADNA（表示为（表示为14N/14N14N/14N）；）；一条链为一条链为14N14N、另一条链为、另一条链为15N15N的的DNADNA（表示为（表示为14N/14N/15N15N）；）； 两条链都为两条链都为15N15N的的DNADNA（表示为（表示为15N/15N15N/1

16、5N）。）。结构相同但质量不同的结构相同但质量不同的DNADNA分子分子演绎推理演绎推理1：亲代亲代DNA是是15N作标记的，放作标记的，放在在14N的环境中进行培养，若按照的环境中进行培养，若按照半保留复制半保留复制的方式进行复制，的方式进行复制，则子一代、子二代则子一代、子二代DNA分分别含有哪种别含有哪种N元素？离心后位于试管的什么元素？离心后位于试管的什么位置呢？请分别在图一和图二相应位置标出位置呢？请分别在图一和图二相应位置标出DNA类型。类型。图图1 子一代子一代图图2 子二代子二代演绎推理演绎推理2：亲代亲代DNA是是15N作标记的，作标记的，放在放在14N的环境中进行培养，若按

17、照的环境中进行培养，若按照全保留全保留复制复制的方式进行复制，则的方式进行复制，则子一代、子二代子一代、子二代DNA分别含有哪种分别含有哪种N元素？离心后位于试元素？离心后位于试管的什么位置呢？请分别在图三和图四相管的什么位置呢？请分别在图三和图四相应位置标出应位置标出DNA类型。类型。图图3 子一代子一代图图4 子二代子二代实验验证实验验证将大肠杆菌放在含有将大肠杆菌放在含有15N标记的标记的NH4Cl培养基中繁殖培养基中繁殖几代，几代，使所有的大肠杆菌使所有的大肠杆菌DNA被被15N所标记，所标记，离心；离心；离离 心心1515N/N/1515N N（重带）（重带） 将将15N标记的细菌转

18、移到标记的细菌转移到含有含有14N标记的标记的NH4Cl培养基培养基中进行培养，繁殖一代之后，中进行培养，繁殖一代之后，离心；离心； 将子一代将子一代DNA继续在含继续在含有有14N标记的标记的NH4Cl培养基中培养基中进行培养，繁殖，离心；进行培养，繁殖，离心；1414N/N/1515N N1414N/N/1515N N1414N/N/1414N N（中带）（中带）（中带）（中带）（轻带）（轻带）准确复制的原因、意义准确复制的原因、意义意义意义：将遗传信息从亲代传给子代，将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的保持了遗传信息的稳定性、稳定性、连续性连续性原因原因：DNADNA分子独特的分子

19、独特的 提供精提供精确的模板确的模板通过通过 保证了复制保证了复制准确无误。准确无误。双螺旋结构双螺旋结构碱基互补配对碱基互补配对有关有关DNADNA分子复制的计算分子复制的计算规律规律1 1：1 1个个1515N N标记的标记的DNADNA分子在分子在1414N N的培养基的培养基复制复制n n次，产生的子代次，产生的子代DNADNA分子为分子为_个，其中含有个，其中含有1515N N的的DNADNA分子为分子为_个，含个，含有有1414N N的的_个，只含个，只含1414N N的的_个，只个，只含有含有15N15N的的_个个；含；含1515N N的脱氧核苷酸链和的脱氧核苷酸链和含含1414

20、N N的脱氧核苷酸链之比为的脱氧核苷酸链之比为_。2n22n2n-22:(2n+1-2)20规律规律2 2：亲代亲代DNADNA分子经分子经n n次复制后，所需游次复制后，所需游离的脱氧核苷酸数为：离的脱氧核苷酸数为：N N游离的脱氧核苷酸数游离的脱氧核苷酸数 = a= a(2(2n n-1)-1)a a 表示亲本表示亲本DNADNA的某碱基数的某碱基数n n 表示复制的次数表示复制的次数规律规律3 3：亲代亲代DNADNA分子第分子第n n次复制，所需游离次复制，所需游离的脱氧核苷酸数为：的脱氧核苷酸数为：N N游离的脱氧核苷酸数游离的脱氧核苷酸数 = a= a2 2n-1n-1a a 表示

21、亲本表示亲本DNADNA的某碱基数的某碱基数n n 表示复制的次数表示复制的次数跟踪练习：跟踪练习：1 1、将、将1515N N标记的标记的DNADNA分子放在分子放在1414N N的培养基的培养基上培养，经过上培养，经过3 3次复制，在所形成的子代次复制，在所形成的子代DNADNA中，含中，含1515N N的的DNADNA占总数是（占总数是（ ）A A1/161/16 B Bl l8 8 C C1 14 4 D D1 12 22 2、1 1个个DNADNA分子经过分子经过4 4次复制，形成次复制，形成1616个个DNADNA分子，其中含有最初分子，其中含有最初DNADNA分子长链的分子长链的DNADNA分子有（分子有（ ） A.2