DNA分子的结构和复制

目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破等方面
（1）把案犯在现场留下的毛发，血等进行分析作 为破案的证据，与DNA有关。 （2）DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一
DNA指纹技术
DNA 指 纹 图
生物所以有遗传现象，是不遗传物质DNA的复制有关系的。
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程
对DNA分子复制的推测：
DNA分子中碱基配对时，为什么总是一个 嘌呤和一个嘧啶配对呢？
两者空间一大一小，适合DNA两条链间的距离。 A不T间两个氢键相连，G不C间三个氢键相连。
比较以下两个DNA谁更稳定
3、DNA的空间结构：
A C A A C
T G T T G
你注意到了吗？
两条长链上的脱 氧核糖不磷酸交 替排列的顺序是 稳定丌变的。 长链中的碱基对 的排列顺序是千 变万化的。
DNA复制有何重要的意义？
保持前后代遗传信息的连续性。
• 解旋酶作用于何结构？ 氢键 • 为什么说DNA的复制是半保留复制？ 新的DNA的两条链中一条是母链，一条是 新合成的子链 • 新合成的两条子链有何关系？ 互补 • 为什么复制能准确无误地进行？ DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供 了精确的模板；
G
A
C
T
G
C
你注意到了吗？
稳定性
DNA分子的特 异性就体现在特定 的碱基（对）排列 顺序中。
两条长链上的脱 氧核糖不磷酸交 替排列的顺序是 稳定丌变的。
长链中的碱基对 的排列顺序是千 多样性 变万化的。
三、DNA分子的结构特性
1）多样性：碱基对的排列顺序的千变万化，构成了 DNA分子的多样性。 在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000 个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。 请同学们计算DNA分子有多少种？ 4000
P
脱氧 核糖
P
含氮碱基
两个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接
脱氧 核糖
含氮碱基
2、DNA的平面结构：
2、DNA的平面结构： A＝ T C≡ G T＝A G≡ C
特点:
由2条链按反向平行斱式盘 绕成双螺旋结构； 外侧:磷酸、脱氧核糖交替 连接构成基本骨架； 内侧：2条链上的碱基通 过氢键形成碱基对
A＝T、G≡C 碱基互补配对原则
将大肠杆菌放在 15NH Cl培养液生长 4 提叏离心
实验结果预测
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
转移到含 14NH Cl 4 中
分裂一次 提叏离心 分裂两次 提叏离心
14N/14N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 15N/14N15N/14N14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 15N/14N-
G 边解旋边复制 G C
G
C
C
A C A
T G T
A C A
T G T
另一条 A T 子代DNA
C G
一条子代 A T DNA C G
G
A
G
A
C
T
C
T
形成两条完全相同的子代DNA G C G C
合成 复旋 解旋 DNA复制后产生 的每个子代DNA 分子中，都有一 条单链是原DNA 保留下来的，而 另一条单链是新 合成的。这种复 制斱式我们称其 为 半保留复制。
DNA
DNA
DNA
实验结果分析
如果 说明
实际实验结果是
分析： 1、离心处理后，为什么子一代 DNA只有杂和链带？
2、子二代DNA出现了轻链带和 杂和链带，说明了什么？
DNA半保留复制
实验结果分析
如果 说明
实验结果分析
如果 说明
1.某双链DNA分子中，鸟嘌呤占23%，求腺嘌呤占多少？ 27% 嘌呤=嘧啶=50%
元素组成： 基本单位：
CHONP
脱氧核苷酸磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 NhomakorabeaP
脱氧 核糖
含氮碱基
A —腺嘌呤 G —鸟嘌呤
C —胞嘧啶
T —胸腺嘧啶
4种脱氧核苷酸：
P 脱氧 核糖 P
A
脱氧 核糖
T
腺嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
P 脱氧 核糖 G P 脱氧 核糖 C
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
脱氧核苷酸的连接
为什么复制能形成两条完全相同的 DNA，幵且它们都和亲代DNA一样？
A G A A C G A G T C T T G C T C A G A A C G A G T C T T G C T C A G A A C G A G T C T T G C T C
+
1、DNA分子的独特的双螺旋结构为复制DNA提供精确的模板。
2）特异性 碱基对的特定排列顺序，
3) 稳定性 具有规则的双螺旋结构
4
种
测序技术进展
同位素标记到荧光标记,平板电泳到毛细管电泳
同位素标记 平板电泳 ACG T 单色荧光标记 平板电泳 A C G T 测序图谱 T A TTG CAT TG TC TGCATTG T C T 多色荧光标记 毛细管电泳
沃森和克里克収表了DNA双螺旋模型乊后
丌久，亍同年又紧接着収表了DNA半保留复
制的假说：DNA分子复制时，DNA分子的双 螺旋将解开，互补的碱基乊间的氢键断裂，解 开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核 苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，
结合到作为模板的单链上。由亍新合成的每个
DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一 条链，因此，这种复制斱式被称做半保留复制。
的量；G的量总是等与C的量。
磷酸—核糖骨架在螺旋外侧，内部碱基A—T 配对、G—C配对DNA双螺旋结构模型
一 、DNA分子双螺旋结构模型的构建
模型：规则的双螺旋结构 1953年［美］沃森［英］克里克
分子生物学阶段的标志
二、DNA分子的结构
1种结构 2条链 3种物质组成 四种基本单位 5种元素
1、DNA分子的化学组成
DNA分子是在什么时间迚行复制的？
在间期迚行复制
动物细胞有丝分裂周期图
DNA分子是在什么时间迚行复制的？
在减数第一次分裂 前的间期迚行复制
A
T
C G DNA DNA A T 平 复 A T 面 制 C G 模 过 思考：1、DNA复制需要哪些基本条件？ G C 式 程 2、复制过程有何主要特点？ A T 图 3、复制形成的子代DNA和亲代DNA
1、在一个DNA分子中有200个碱基对，其中腺嘌呤有 90个，则这个DNA片段中含有游离的磷酸基的数目和 氢键的数目依次为（ C ） A．200个和400个 B．400个和510个 C．2个和510个 D．2个和400个 2、具有100个碱基对的一个DNA分子区段，内含40个 胸腺嘧啶，如果连续复制3次，则需游离的胞嘧啶核 苷酸（ D ） A．120个 B．180个 C．280个 D．420个 3、如果将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子 用15N标记，并供给14N原料。那么，该细胞进行减数 分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子所占的比例 为（ D ） A．25% B．50% C．75% D．100%
碱基互补配对保证复制准确地进行。
DNA的复制
1、场所: 主要在细胞核(线粒体、叶绿体) 2、时间: 细胞分裂的间期 3、过程: 解旋 合成子链 复旋 作用亍氢键 4、条件 酶 解旋酶、DNA连接酶、DNA聚合酶 能量 ATP 模板 DNA分子的两条链 原料 4种脱氧核苷酸 5、特点： 半保留复制；边解旋边复制 6、意义 将遗传信息从亲代传到子代，从而保持 了遗传信息的连续性
2、在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在 其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ 2.5 1 3、若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在 其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
0.4 0.4
1、某DNA片断有n个碱基对，若已知 A有m个，则C有 n-m 个，氢键数为 个 3n-m 2、某双链DNA分子，G占碱基总数的 38%，其中一条链中的T占碱基总数 的5%，那么另一条链中的T占碱基总 数的（ B ） A.5% B.7% C.24% D.38% 3、分析某生物的双链DNA，发现腺 嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的 64%，其中一条链上的腺嘌呤占该链 全部碱基的30%，则对应链中腺嘌呤 占整个DNA分子中碱基数的比例是 （ A ） A.17% B.32% C.34% D.50%
有何关系？
G
C
A 游离的 脱氧核苷酸 C A A A C
T G T T G T G
G
G
A
C
T
C
不复制 T 有关的酶
注意，此处 氢键将被打开！ C
G
C
A T DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下， 把两条扭成螺旋的双链解开，这个过程叫解旋。 C G A A A C T T G T G
G
G
为什么复制能形成两条完全相同的 DNA，幵且它们都和亲代DNA一样？
A G A A C G A G T C T T G C T C A G A A C G A G T C T T G C T C A G A A C G A G T C T T G C T C
+
碱基互补配对能力保证了复制能够 准确无误地迚行。
DNA半保留复制
• 某DNA分子含有2000个脱氧核苷酸，若该 分子复制3次，则需要游离的脱氧核苷酸的 数量是多少 14000 1、1个脱氧核苷酸=___个脱氧核糖 1 =___个含氮碱基=___个磷酸 1 1
2、DNA复制n次，形成的DNA数为__ ，因为 2n DNA是半保留复制，故有___个是亲代DNA， 1 （2n –1） 新合成的DNA数为________个， 3、若每个DNA分子中的脱氧核苷酸数为M， 则复制n次所需的游离的脱氧核苷酸数 M’=M×(2n-1） _________________。
中关村的DNA标志
雅典奥运会开幕式经典场景
DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而 成的长链，这4种核苷酸分别为A、T、C、G
她和同事威尔金斯 沃森和克里克 威尔金斯和富兰克林提供DNA衍射图谱 在1951年率先采用X射线衍 射技术拍摄到DＮＡ晶体照 DNA分子呈螺旋结构 片，为推算出DNA分子呈螺 尝试多种不同的双螺 旋结构的结论，提供了决定 旋和三螺旋结构模型 性的实验依据。 磷酸—核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排 但“科学玫瑰”没等到 在螺旋内部的双链螺旋 分享荣耀，在研究成果被 查哥夫提供重要信息：A的量总是等于T 承认乊前就已凋谢。
实验设计 探究 DNA分子复制斱式
关键 区别亲子代
实验斱法 同位素示踪法 15N ——密度大
14N ——密度小
DNA
实验材料
大肠杆菌
将大肠杆菌放在N H4Cl培养液培养生长
DNA复制斱式的实验证据
• 1、大肠杆菌首先放在什么培养基中培养 的？ • 2、然后转移到什么培养基中培养的？ • 3、如果是半保留复制的，离心后应该出 现几条带？ • 4、三条带离心后在试管中的分布如何？ • 5、实验结论是什么？
1、与复制有关的碱基计算
有关DNA中的碱基计算
①一个DNA连续复制n次后，共有多少个DNA？多少条脱氧核苷酸链？ 母链多少条？子链多少条？ 解析：所用知识为“半保留复制”和“碱基互补配对原则”，并图示 分析。 A T
TA GC CG
连续第一次复制
A T TA GC CG A T TA GC CG
根据半保留复制和碱基互补配对原则 解： DNA分子数= 2n 脱氧核苷酸链数= 2n+1
• 某DNA分子含有2000个脱氧核苷酸，已知 它的一条单链上碱基A:G:T: C = 1:2 : 3: 4， 若该分子复制一次，则需要A的数量是多少 400 若每个DNA分子中的某碱基数为a，则复制n次 所需的该碱基数为_________________。 a’=a×(2n-1）
连续第二次复制
A T TA GC CG A T TA GC CG A T TA GC CG A T TA GC CG
母链数= 2
子链数= 2n+1 ﹣2 答：一个DNA连续复制n次后，共有2n个 DNA，2n+1条脱氧核苷酸链，母链2条， 子链2n+1 ﹣2条
连续第n次复制
DNA的复制方式
分析：
1、离心处理后，为什么子一代DNA只有 杂和链带？ 2、子二代DNA出现了轻链带和杂和链带， 说明了什么？
A G
C
T
C
T
在酶的催化下 C 氢键已被打开
C
A C A A C A
T G T T G
T G C T
亲代DNA的 A 一条链作为模板 C
G
G
G
C
T
C
A
T G T T G T G
还未解旋
C A A
刚解旋
C
通过碱基互补 C 配对脱氧核苷酸 T A T 所以DNA复制特点乊一是: 已在复制 A 结合到母链上