第三章基因的本質(zhì)第二講DNA的分子結(jié)構(gòu)復(fù)制和表達

1、第二講 DNA的分子結(jié)構(gòu)、復(fù)制和表達復(fù)習(xí)回顧復(fù)習(xí)回顧1928年年 格里菲思格里菲思 體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗1944年年 艾弗里艾弗里體外轉(zhuǎn)化實驗體外轉(zhuǎn)化實驗赫爾希、蔡斯赫爾希、蔡斯噬菌體侵染細菌實驗噬菌體侵染細菌實驗S型細菌含有型細菌含有“轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化因子化因子”DNA是遺傳物質(zhì)，是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。質(zhì)。DNA是遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì)（不能證明蛋白質(zhì)（不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)）不是遺傳物質(zhì)）結(jié)論結(jié)論 1234含堿基含堿基脫氧脫氧核糖核糖磷酸磷酸5A GC T二、二、DNADNA分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu)1 1、DNADNA的化學(xué)組成的化學(xué)組成DNA的基本單位鳥嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌

2、呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸 胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸A腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸GCT四種脫氧核苷酸脫氧核苷酸是如何連接成鏈的？兩條鏈之間是如何連接的？脫氧核苷酸是如何連接成鏈的？兩條鏈之間是如何連接的？ DNA分子是由分子是由 條條鏈組成，鏈組成， 盤旋盤旋成成 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 交替交替連接，排列在外側(cè)，連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；構(gòu)成基本骨架； 排列在內(nèi)側(cè)。排列在內(nèi)側(cè)。 堿基通過堿基通過 連接連接成堿基對，并遵循成堿基對，并遵循 原則。原則。反向平行反向平行雙螺旋雙螺旋脫氧核糖和磷酸脫氧核糖和磷酸堿基對堿基對氫鍵氫鍵堿基互補配對堿基互補配對2CTTGA

3、CAGDNA平面結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)55334123OHHCH2Hp=OHOOHOCH2H123OHH44構(gòu)成方式構(gòu)成方式磷磷酸酸二二酯酯鍵鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵AGCT氫鍵氫鍵ATGC堿基互補配對原則堿基互補配對原則磷酸二磷酸二酯鍵酯鍵脫氧核脫氧核苷酸苷酸堿基對堿基對思考：在思考：在一個一個DNA分子中，分子中，那些堿基那些堿基比例較高比例較高，則該，則該DNA分子分子就比較穩(wěn)就比較穩(wěn)定？定？化學(xué)組化學(xué)組成單位成單位雙雙螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基本單位基本單位脫氧核苷酸脫氧核苷酸種類：種類：四種四種主要主要特點特點堿基互補配對堿基互補配對原則：原則：由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈由兩條反向平行的脫氧核苷酸長

4、鏈盤旋而成。盤旋而成。外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)外側(cè)由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架成基本骨架 ，堿基排列在內(nèi)側(cè)。，堿基排列在內(nèi)側(cè)。DNADNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對。連接成堿基對。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的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建 (堿基互補配對原則堿基互補配對原則)思考思考 X鏈鏈 10A30G30C-20T Y鏈鏈 ？T？C？G-？A ？ X鏈（鏈（A+G）/（T+C）=？ ？ Y鏈（鏈（A+G）/（T

5、+C）=？ ？ DNA中（中（A+G）/（T+C）=？ ？ X鏈（鏈（A+T）/（G+C）=？ ？ Y鏈（鏈（A+T）/（G+C）=？ ？ DNA中（中（A+T）/（G+C）=？103030204/55/411/21/21/2你能從上述結(jié)果中總結(jié)出什么規(guī)律嗎？你能從上述結(jié)果中總結(jié)出什么規(guī)律嗎？成成倒倒數(shù)數(shù)關(guān)關(guān)系系比比值值相相等等設(shè)設(shè)DNADNA一條鏈為一條鏈為1 1鏈，互補鏈為鏈，互補鏈為2 2鏈。根據(jù)堿基互補配對原則鏈。根據(jù)堿基互補配對原則可知：可知：A A1 1=T=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， GG2 2 =C =C1 1。則在則在DN

6、ADNA雙鏈中：雙鏈中： A = T A = T ， G = CG = C可引申為：可引申為：嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)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雙鏈雙鏈例題例題1 1、某雙鏈、某雙鏈DNADNA分子中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？27%27%雙鏈雙鏈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條鏈的一條鏈的A+T/G+CA+T/G+C。(

7、 (互補堿基之和的比互補堿基之和的比值值) )A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA雙鏈雙鏈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=整個整個DNA的的n%， G+C=整整個個DNA的的m%則：則：A1+T1=1鏈的鏈的n%，G1+C1=1鏈的鏈的m%A2+T2=2鏈的鏈的n%，G2+C2=2鏈的鏈的m% 例題例題2 2、某雙鏈、某雙鏈DNADNA分子中，分子中，A A與與T T之和占整個

8、之和占整個DNADNA堿基總堿基總數(shù)的數(shù)的54%54%，其中一條鏈上，其中一條鏈上GG占該鏈堿基總數(shù)的占該鏈堿基總數(shù)的22%22%。求另一。求另一條鏈上條鏈上G G占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量。占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量。24%24% 雙鏈雙鏈DNADNA分子中，互補的兩條鏈中分子中，互補的兩條鏈中A+G/T+CA+G/T+C互互為倒數(shù)。（不互補的堿基之和的比值）為倒數(shù)。（不互補的堿基之和的比值）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 例題例題3 3、在、在DNADNA的一個單

9、鏈中，的一個單鏈中，A+G/T+C=0.4A+G/T+C=0.4，上述比例在，上述比例在其互補鏈和整個其互補鏈和整個DNADNA分子中分別分子中分別是多少？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雙鏈雙鏈A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2GG 1 1C C 2 2C C 1 1GG 2 2DNADNA雙鏈雙鏈例例4 4：某雙鏈：某雙鏈DNADNA分子中，分子中，A A占整個占整個DNADNA堿基總數(shù)堿基總數(shù)的的27%27%，其中一條鏈上，其中一條鏈上A A占

10、該鏈堿基總數(shù)的占該鏈堿基總數(shù)的22%22%。求另一條鏈上。求另一條鏈上A A占其所在鏈堿基總數(shù)的百占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量。分含量。 、一種堿基在兩條鏈中所占的比例等于、一種堿基在兩條鏈中所占的比例等于這種堿基在每條單鏈中所占的比例之和的這種堿基在每條單鏈中所占的比例之和的一半一半32%32%第三講第三講 DNA的復(fù)制的復(fù)制1、概念：、概念： 以親代以親代DNA分子為模板合成子代分子為模板合成子代DNA分子的過程。分子的過程。狹義狹義: :有絲分裂的有絲分裂的間期間期和減和減的的間期間期 ；廣義廣義: :細胞分裂細胞分裂（當然包括當然包括真核真核細胞的細胞的有絲分裂，無絲分裂有絲分裂，無絲

11、分裂和減數(shù)分裂和減數(shù)分裂以及以及原核原核細胞的細胞的二分裂二分裂）時及時及DNA病毒病毒增殖時增殖時。2、時間：、時間：3.場所：場所：主要在：細胞核，主要在：細胞核，其次在：細胞質(zhì)的線粒體、葉綠體等部位。其次在：細胞質(zhì)的線粒體、葉綠體等部位。原核生物：原核生物：細胞質(zhì)細胞質(zhì)模板：模板：DNA解旋后的解旋后的兩條鏈兩條鏈( (母鏈母鏈) )四種四種游離游離的脫氧核苷酸（的脫氧核苷酸（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.條件條件: :DNADNA復(fù)制的過程復(fù)制的過程解旋：解旋：合成子鏈：合成子鏈：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，把兩條螺旋的雙的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開鏈解開. . 以解開的每一段母鏈為以解開的每一段母鏈為，以，以 為原料，遵為原料，遵循循 原則，在有關(guān)原則，在有關(guān) 的的作用下，合成與母鏈互補的子鏈作用下，合成與母鏈互補的子鏈每條子鏈與其對應(yīng)的每條子鏈與其對應(yīng)的 盤旋盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成成雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成 個與個與親代親代的的DNADNA細胞呼吸細胞呼吸解旋酶解旋酶模板模板四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸堿基互補配對堿基互補配對酶酶母鏈母鏈兩兩相同相同DNADNA復(fù)制的特點復(fù)制的特點是一個是一個的過程的過程 邊解旋邊復(fù)制邊解

13、旋邊復(fù)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的一條鏈，因此叫的一條鏈，因此叫半保留復(fù)制半保留復(fù)制多起點復(fù)制多起點復(fù)制一個一個DNA分子中，同時從多個點開始復(fù)制，分子中，同時從多個點開始復(fù)制，加快復(fù)制的速度，從而減小復(fù)制出錯的機會，加快復(fù)制的速度，從而減小復(fù)制出錯的機會，減少突變減少突變遵循遵循堿基互補配對堿基互補配對原則原則 對對DNADNA分子復(fù)制方式的探究分子復(fù)制方式的探究最早提出的最早提出的DNADNA復(fù)制模型有三種：復(fù)制模型有三種：1 1、全保留復(fù)制：、全保留復(fù)制： 新復(fù)制出的分子直接形成，完全新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒有舊的部分。沒

14、有舊的部分。復(fù)制一次復(fù)制一次親代親代DNADNA子代子代DNADNA2 2、半保留復(fù)制：、半保留復(fù)制： 形成的分子一形成的分子一半是新的，一半是半是新的，一半是舊的。舊的。復(fù)制一次復(fù)制一次3 3、彌散復(fù)制：、彌散復(fù)制： 新復(fù)制的分子中新復(fù)制的分子中新舊都有，但分配新舊都有，但分配是隨機組合的。是隨機組合的。復(fù)制一次復(fù)制一次 沃森和克里克提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制沃森和克里克提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制假說：假說： 半保留復(fù)制半保留復(fù)制親代親代DNADNA子代子代DNADNA同位素示蹤技術(shù)同位素示蹤技術(shù)要區(qū)分親代和子代要區(qū)分親代和子代DNA如何如何將它們區(qū)分開呢？將它們區(qū)分開呢？ 離心后，試管內(nèi)出離心后，

15、試管內(nèi)出現(xiàn)幾條現(xiàn)幾條DNADNA帶呢？請在帶呢？請在下圖中標出相應(yīng)位置的下圖中標出相應(yīng)位置的DNADNA類型。類型。14N/14N-DNA14N/15N-DNA15N/15N-DNA密度梯度離心技術(shù)密度梯度離心技術(shù)1515N N1414N N密度大密度大密度小密度小三種：兩條鏈都為三種：兩條鏈都為14N14N的的DNADNA（表示為（表示為14N/14N14N/14N）；）；一條鏈為一條鏈為14N14N、另一條鏈為、另一條鏈為15N15N的的DNADNA（表示為（表示為14N/14N/15N15N）；）； 兩條鏈都為兩條鏈都為15N15N的的DNADNA（表示為（表示為15N/15N15N/1

16、5N）。）。結(jié)構(gòu)相同但質(zhì)量不同的結(jié)構(gòu)相同但質(zhì)量不同的DNADNA分子分子演繹推理演繹推理1：親代親代DNA是是15N作標記的，放作標記的，放在在14N的環(huán)境中進行培養(yǎng)，若按照的環(huán)境中進行培養(yǎng)，若按照半保留復(fù)制半保留復(fù)制的方式進行復(fù)制，的方式進行復(fù)制，則子一代、子二代則子一代、子二代DNA分分別含有哪種別含有哪種N元素？離心后位于試管的什么元素？離心后位于試管的什么位置呢？請分別在圖一和圖二相應(yīng)位置標出位置呢？請分別在圖一和圖二相應(yīng)位置標出DNA類型。類型。圖圖1 子一代子一代圖圖2 子二代子二代演繹推理演繹推理2：親代親代DNA是是15N作標記的，作標記的，放在放在14N的環(huán)境中進行培養(yǎng)，若按

17、照的環(huán)境中進行培養(yǎng)，若按照全保留全保留復(fù)制復(fù)制的方式進行復(fù)制，則的方式進行復(fù)制，則子一代、子二代子一代、子二代DNA分別含有哪種分別含有哪種N元素？離心后位于試元素？離心后位于試管的什么位置呢？請分別在圖三和圖四相管的什么位置呢？請分別在圖三和圖四相應(yīng)位置標出應(yīng)位置標出DNA類型。類型。圖圖3 子一代子一代圖圖4 子二代子二代實驗驗證實驗驗證將大腸桿菌放在含有將大腸桿菌放在含有15N標記的標記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖培養(yǎng)基中繁殖幾代，幾代，使所有的大腸桿菌使所有的大腸桿菌DNA被被15N所標記，所標記，離心；離心；離離 心心1515N/N/1515N N（重帶）（重帶） 將將15N標記的細菌轉(zhuǎn)

18、移到標記的細菌轉(zhuǎn)移到含有含有14N標記的標記的NH4Cl培養(yǎng)基培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，繁殖一代之后，中進行培養(yǎng)，繁殖一代之后，離心；離心； 將子一代將子一代DNA繼續(xù)在含繼續(xù)在含有有14N標記的標記的NH4Cl培養(yǎng)基中培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，繁殖，離心；進行培養(yǎng)，繁殖，離心；1414N/N/1515N N1414N/N/1515N N1414N/N/1414N N（中帶）（中帶）（中帶）（中帶）（輕帶）（輕帶）準確復(fù)制的原因、意義準確復(fù)制的原因、意義意義意義：將遺傳信息從親代傳給子代，將遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的保持了遺傳信息的穩(wěn)定性、穩(wěn)定性、連續(xù)性連續(xù)性原因原因：DNADNA分子獨特的分子

19、獨特的 提供精提供精確的模板確的模板通過通過 保證了復(fù)制保證了復(fù)制準確無誤。準確無誤。雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基互補配對堿基互補配對有關(guān)有關(guān)DNADNA分子復(fù)制的計算分子復(fù)制的計算規(guī)律規(guī)律1 1：1 1個個1515N N標記的標記的DNADNA分子在分子在1414N N的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基復(fù)制復(fù)制n n次，產(chǎn)生的子代次，產(chǎn)生的子代DNADNA分子為分子為_個，其中含有個，其中含有1515N N的的DNADNA分子為分子為_個，含個，含有有1414N N的的_個，只含個，只含1414N N的的_個，只個，只含有含有15N15N的的_個個；含；含1515N N的脫氧核苷酸鏈和的脫氧核苷酸鏈和含含1414

20、N N的脫氧核苷酸鏈之比為的脫氧核苷酸鏈之比為_。2n22n2n-22:(2n+1-2)20規(guī)律規(guī)律2 2：親代親代DNADNA分子經(jīng)分子經(jīng)n n次復(fù)制后，所需游次復(fù)制后，所需游離的脫氧核苷酸數(shù)為：離的脫氧核苷酸數(shù)為：N N游離的脫氧核苷酸數(shù)游離的脫氧核苷酸數(shù) = a= a(2(2n n-1)-1)a a 表示親本表示親本DNADNA的某堿基數(shù)的某堿基數(shù)n n 表示復(fù)制的次數(shù)表示復(fù)制的次數(shù)規(guī)律規(guī)律3 3：親代親代DNADNA分子第分子第n n次復(fù)制，所需游離次復(fù)制，所需游離的脫氧核苷酸數(shù)為：的脫氧核苷酸數(shù)為：N N游離的脫氧核苷酸數(shù)游離的脫氧核苷酸數(shù) = a= a2 2n-1n-1a a 表示

21、親本表示親本DNADNA的某堿基數(shù)的某堿基數(shù)n n 表示復(fù)制的次數(shù)表示復(fù)制的次數(shù)跟蹤練習(xí)：跟蹤練習(xí)：1 1、將、將1515N N標記的標記的DNADNA分子放在分子放在1414N N的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，經(jīng)過上培養(yǎng)，經(jīng)過3 3次復(fù)制，在所形成的子代次復(fù)制，在所形成的子代DNADNA中，含中，含1515N N的的DNADNA占總數(shù)是（占總數(shù)是（ ）A A1/161/16 B Bl l8 8 C C1 14 4 D D1 12 22 2、1 1個個DNADNA分子經(jīng)過分子經(jīng)過4 4次復(fù)制，形成次復(fù)制，形成1616個個DNADNA分子，其中含有最初分子，其中含有最初DNADNA分子長鏈的分子長鏈的DNADNA分子有（分子有（ ） A.2