DNA分子結(jié)構(gòu)與復(fù)制ppt課件

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遺傳物質(zhì)必須具備的條件：,在細(xì)胞生長(zhǎng)和繁殖過程中能夠精確的自我復(fù)制，使前后代具有一定的連續(xù)性 指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制生物的性狀和新陳代謝 具有儲(chǔ)存巨大數(shù)量的遺傳信息的潛在能力 結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性，能夠發(fā)生突變，突變后能夠繼續(xù)復(fù)制并遺傳給后代,1,生物的遺傳物質(zhì)是什么？,2,1、DNA的名稱？基本單位是什么？ 2、脫氧核苷酸由 、 、 組成。 脫氧核苷酸有幾種？,磷酸、脫氧核糖、含氮堿基,遺傳信息：指DNA上脫氧核苷酸排列順序（DNA上堿基對(duì)排列順序）,3,腺嘌呤脫氧核苷酸,脫氧核苷酸的種類,鳥嘌呤脫氧核苷酸,胞嘧啶脫氧核苷酸,胸腺嘧啶脫氧核苷酸,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,,,,,,,,,C,,,,,,,,,,,,,,,（1）DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤旋而成的。,（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；堿基在內(nèi)側(cè)。,,,（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結(jié)起來(lái)，形成堿基對(duì)，且遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。,,,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn),,5,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,,,,,,,,,C,,,,,,,,,,,,,,,氫鍵,嘌呤和嘧啶之間通過氫鍵配對(duì)，形成堿基對(duì)，且A只和T配對(duì)、C只和G配對(duì)，這種堿基之間的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系就叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。,6,DNA的空間結(jié)構(gòu),圖的上半部分是以超高分辨率掃描式電子顯微鏡拍到的照片。,圖的下半部分是DNA的人工模型。,從圖上可辨認(rèn)出DNA是由兩條鏈交纏在一起的螺旋結(jié)構(gòu),7,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程,50年代初對(duì)DNA 的認(rèn)識(shí),1952年得知查哥夫研究成果: A=T,C=G,,,,,富蘭克林：清晰的衍射圖譜,8,沃森、克里克榮獲1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。,,左三：克里克 左五：沃森,9,【課堂反饋】,1．下面是DNA的分子結(jié)構(gòu)模式圖,1. 胞嘧啶 2. 腺嘌呤 3. 鳥嘌呤 4. 胸腺嘧啶 5. 脫氧核糖 6. 磷酸 7. 胸腺嘧啶脫氧核苷酸 8. 堿基對(duì) 9. 氫鍵 10. 一條脫氧核苷酸鏈的片段,10,細(xì)胞減數(shù)分裂和受精作用使生物的親代與子代之間保持遺傳性狀的穩(wěn)定性，為什么?,DNA分子是怎樣進(jìn)行復(fù)制的呢?,11,,,,（1）解旋，為復(fù)制提供精確模板。,（2）以解開的每段母鏈為模板, 按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則， 合成兩條子鏈。,（3）每條子鏈與其對(duì)應(yīng)的母鏈 盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。,12,1、概念： 2、時(shí)期： 3、條件： 4、復(fù)制特點(diǎn)： 5、準(zhǔn)確復(fù)制原因： 6、復(fù)制意義：,DNA分子的復(fù)制：,有絲分裂間期、減數(shù)分裂第一次分裂的間期,模板：,原料：,能量：,酶：,,DNA的兩條母鏈,游離的四種脫氧核苷酸,ATP,解旋酶、DNA聚合酶,①DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)提供精確模板,（1）邊解旋邊復(fù)制,（2）半保留復(fù)制,②堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,將遺傳信息從親代傳給子代，從而保持遺傳信息的連續(xù)性。,以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。,,13,,14,,,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,,,,,,,C C A C T G G,G G T G A C C,A G G T A C T G,T C C A T G A C,C C A T G A C,A G G T A C T G,,,,,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,,,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,,+,母鏈DNA,復(fù)制過程中,子代DNA,半保留復(fù)制,,,,15,,,,,,子一 代 DNA,子二 代 DNA,,親 代DNA,（14N）,（14N）,15N,15N,15N,15N,14N,14N,,,,,,,,,15N,15N,14N,14N,14N,14N,14N,14N,14N∕14N,15N∕14N,15N∕15N,1、如何區(qū)分親子代DNA？,同位素示蹤法,密度梯度離心,,方法,2、預(yù)期結(jié)果？,,,,重帶(下部),輕帶(上部),中帶(中間),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：證明DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制,16,轉(zhuǎn)移到14NH4Cl的培養(yǎng)液中,親代,子一代,子二代,14NH4Cl培養(yǎng)液中,15NH4Cl培養(yǎng)液中培養(yǎng)若干代,,重帶(下部),15N/ 15N,,,,中帶(中間),15N/ 14N,,,,,輕帶(上部),14N/ 14N,,,中帶(中間),15N/ 14N,實(shí)驗(yàn)過程,,提取DNA 離心,,提取DNA 離心,,提取DNA 離心,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,17,1、一個(gè)含有15N的DNA分子在14N培養(yǎng)液中培養(yǎng)，復(fù)制n次，可以得到____個(gè)DNA分子？,3、其中含15N的DNA分子有_____個(gè)？,2、含15N的DNA單鏈有_____條？,練習(xí),2n,2,2,4、含15N的DNA單鏈占全部DNA單鏈的比例 。,2n,,2,18,資料1、海蜇能發(fā)綠色熒光，因?yàn)楹ｒ?的DNA上有一段長(zhǎng)度為5 170個(gè)堿基對(duì)的 片段——綠色熒光蛋白基因。,19,資料2：大腸桿菌細(xì)胞的擬核有1個(gè)DNA分子，長(zhǎng)度約為4700000個(gè)堿基對(duì)，在DNA分子上分布著4400個(gè)基因，每個(gè)基因的平均長(zhǎng)度約為1000個(gè)堿基對(duì)。,20,（雙螺旋結(jié)構(gòu)）,DNA經(jīng)過多次折疊成為染色體,,,（包含兩個(gè)單體）,,,21,染色體,DNA,基因,脫氧核苷酸,染色體是DNA的主要載體,絕大多數(shù)生物遺傳物質(zhì)是DNA,基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,基因中的脫氧核苷酸排列順序代表著遺傳信息,每個(gè)染色體上一般有一個(gè)DNA分子,每個(gè)DNA分子上有許多基因,每個(gè)基因由許多脫氧核苷酸組成,,,,22,拓展： 人類基因組計(jì)劃測(cè)定的是24條染色體（22條常染色體+X+Y）上的DNA的堿基序列。其中，每條染色體上有一個(gè)DNA分子。這24個(gè)DNA分子大約有31.6億個(gè)堿基對(duì)，其中構(gòu)成基因的堿基數(shù)占?jí)A基總數(shù)的比例不超過2%。,23,14N－DNA相對(duì)分子質(zhì)量為a 15N－DNA相對(duì)分子質(zhì)量為b,15N∕14NDNA相對(duì)分子質(zhì)量為,24,C,T,A,C,T,A,G,A,T,25,XHXh,XhY,XhY,XHXh,XHXh,XHXh,XhY,XHXh,26,XbY,XBXb,XBY,XbXb,XBY,XBXb,XBY,XBXb,XbY,XbXb,子代,子代,,,27,A．雜合紅眼雌果蠅×紅眼雄果蠅,B．白眼雌果蠅×紅眼雄果蠅,C．雜合紅眼雌果蠅×白眼雄果蠅,D．白眼雌果蠅×白眼雄果蠅,XBXb XBY,,,XbXb XBY,XBXb,XBXb XbY,,,XbXb XbY,XbXb,28,29,一、說明基因與DNA關(guān)系的實(shí)例,1、大腸桿菌的DNA與基因 2、海蟄的綠色熒光蛋白基因與轉(zhuǎn)基因技術(shù) 3、人類基因組計(jì)劃（HGP計(jì)劃）：測(cè)定24條染色體（22條常染色體+X+Y）上的堿基序列。 4、小鼠體內(nèi)的HMGIC基因與肥胖直接相關(guān),,30,基因的作用,發(fā)出熒光的水母,基因是DNA片段,基因是具有遺傳 效應(yīng)DNA片段,,,31,1,470萬(wàn),4400,24,31.6億,大約幾萬(wàn)個(gè),一個(gè)DNA分子上有許多個(gè)基因,基因是DNA片段,,,構(gòu)成基因的堿基數(shù)不超過占總數(shù)的2%,32,,,黃 身,白眼,,,,,,,,,,,,,,,,,,黃身,白眼,紅寶石眼,截翅,深紅眼,朱紅眼,棒眼,短硬毛,33,,描述：染色體、DNA、基因間的關(guān)系：,34,（雙螺旋結(jié)構(gòu)）,DNA經(jīng)過多次折疊成為染色體,,,（包含兩個(gè)單體）,,,35,染色體,DNA,基因,脫氧核苷酸,染色體是DNA的主要載體,DNA是主要的 遺傳物質(zhì),基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片斷,基因中的脫氧核苷酸排列順序代表著遺傳信息,每個(gè)染色體上有一個(gè)DNA分子,每個(gè)DNA分子上有許多基因,每個(gè)基因由許多脫氧核苷酸組成,,,,36,最早提出的DNA復(fù)制模型有三種；,一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè),1、全保留復(fù)制：新復(fù)制出 的分子直接形成，完全 沒有舊的部分；,2、半保留復(fù)制：形成的分子 一半是新的，一半是舊的；,3、分散復(fù)制：新復(fù)制的分子 中新舊都有，但分配是隨 機(jī)組合的；,37,沃森和克里克推測(cè)是半保留復(fù)制模型,2、如果要你來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為最基本的思路是什么？,把復(fù)制的單鏈和原來(lái)的鏈做上標(biāo)記，然后觀察它 在新DNA中出現(xiàn)的情況。,一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)(續(xù)),1、這些觀點(diǎn)各有不同，如何來(lái)證明那個(gè)觀點(diǎn)是正確的？,只能用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。,38,實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的,,二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù),39,DNA復(fù)制: DNA分子合成一個(gè)與自己相同的DNA分子的過程。其結(jié)果DNA含量增加一倍。,1,解旋?2條單鏈,2,分別以2條單鏈為模板（母鏈）按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則形成與親代DNA分子相同的兩條子鏈。每條子鏈中一條多核苷酸鏈?zhǔn)怯H代DNA分子即模板鏈，另一條是互補(bǔ)合成的。,3,每條子鏈與其對(duì)應(yīng)的母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。,40,41,半保留復(fù)制,,,42,（二）DNA的復(fù)制,1、時(shí)間：,2、條件：,3、過程：,4、特點(diǎn)：,5、精確復(fù)制原因：,6、復(fù)制意義：,有絲分裂和減數(shù)第一次分裂的間期,模板、原料、能量、酶,（1）解旋，為復(fù)制提供精確模板。,（2）以解開的每段母鏈為模板,按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成兩條子鏈。,（3）每條子鏈與其對(duì)應(yīng)的母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。,復(fù)制過程是邊解旋邊復(fù)制。,復(fù)制方式是半保留復(fù)制。,DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供精確模板；,通過堿基互補(bǔ)配對(duì)，保證復(fù)制能夠準(zhǔn)確進(jìn)行。,使遺傳信息從親代傳給了子代， 從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。,43,根據(jù)半保留復(fù)制和堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,與復(fù)制有關(guān)的堿基計(jì)算,①一個(gè)DNA連續(xù)復(fù)制n次后，共有多少個(gè)DNA？多少條脫氧核苷酸鏈？母鏈多少條？子鏈多少條？,DNA分子數(shù)=,2n,脫氧核苷酸鏈數(shù)=,2n+1,母鏈數(shù)=,子鏈數(shù)=,2,2n+1 ﹣2,解析：所用知識(shí)為“半保留復(fù)制”和“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”，并圖示分析。,,,連續(xù)第一次復(fù)制,連續(xù)第二次復(fù)制,連續(xù)第n次復(fù)制,,,,,解：,答：一個(gè)DNA連續(xù)復(fù)制n次后，共有2n個(gè)DNA，2n+1條脫氧核苷酸鏈，母鏈2條，子鏈2n+1 ﹣2條,44,根據(jù)半保留復(fù)制和堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,與復(fù)制有關(guān)的堿基計(jì)算,①一個(gè)DNA連續(xù)復(fù)制n次后，共有多少個(gè)DNA？多少條脫氧核苷酸鏈？母鏈多少條？子鏈多少條？,DNA分子數(shù)=,2n,脫氧核苷酸鏈數(shù)=,2n+1,母鏈數(shù)=,子鏈數(shù)=,2,2n+1 ﹣2,解析：所用知識(shí)為“半保留復(fù)制”和“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”，并圖示分析。,,,連續(xù)第一次復(fù)制,連續(xù)第二次復(fù)制,連續(xù)第n次復(fù)制,,,,,解：,答：一個(gè)DNA連續(xù)復(fù)制n次后，共有2n個(gè)DNA，2n+1條脫氧核苷酸鏈，母鏈2條，子鏈2n+1 ﹣2條,45,脫氧核苷酸,1,2,3,4,5,46,,,,,,,,,,,,,,四種脫氧核苷酸,腺嘌呤脫氧核苷酸,鳥嘌呤脫氧核苷酸,胸腺嘧啶脫氧核苷酸,胞嘧啶脫氧核苷酸,47,,,,,,脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈,48,A的量=T的量 C的量=G的量,查哥夫研究成果,49,,,A,,,,,,,C,,A,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,G,T,,,,,,,C,,,,,,,,,,A,,,,,,,T,,,,,,,T,,,,,,,G,,,,,,,,,,A,A,T,5′,3′,3′,5′,DNA平面結(jié)構(gòu),50,英國(guó)《自然》雜志1953年,沃森,克里克,51,DNA空間結(jié)構(gòu),52,【課堂反饋】,1．下面是DNA的分子結(jié)構(gòu)模式圖，說出圖中1－10的名稱。,,1. 胞嘧啶 2. 腺嘌呤 3. 鳥嘌呤 4. 胸腺嘧啶 5. 脫氧核糖 6. 磷酸 7. 胸腺嘧啶脫氧核苷酸 8. 堿基對(duì) 9. 氫鍵 10. 一條脫氧核苷酸鏈的片段,53,【課堂反饋】,,,3. 拓展題 你能根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，推導(dǎo)出相關(guān)的數(shù)學(xué)公式嗎？推導(dǎo)后，嘗試進(jìn)一步總結(jié)這些公式，從中概括出一些規(guī)律。 ∵A=T G=C ∴ A+G=T+C ∴ 也可以寫成以下形式： 規(guī)律概括：在DNA雙鏈中，任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和 ，并為堿基總數(shù)的 。,=,,T+G,( ),=50%,=,=,,( ),( ),=1,A+T+G+C,A+T+G+C,A+C,T+G,T+G,A+C,相等,一半,,54,“在提出堿基特異性配對(duì)的看法后，我們又立即提出了遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制的一種可能機(jī)理”。 -----沃森、克里克 你能否根據(jù)我們今天學(xué)的DNA的結(jié)構(gòu)的知識(shí)預(yù)測(cè)一下DNA分子是如何復(fù)制的？,55,2、DNA的特性 ①、DNA結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性 ②、DNA的多樣性 假如一個(gè)DNA分子中有N個(gè)堿基對(duì)，則此DNA分子有,4N種,③、DNA的特異性：每一個(gè)DNA分子都有特定的堿基排列順序，這種特定的排列順序包含著特定的遺傳信息，使DNA分子具有特異性。,56,模型構(gòu)建法,57,堿基在外,58,堿基同型配對(duì)模型,59,X射線衍射技術(shù)：當(dāng)一束X射線照射晶體時(shí)，就會(huì)發(fā)生衍射。分析衍射圖樣獲得的數(shù)據(jù)，就可以確定晶體內(nèi)部原子間的排列和距離。（可間接地反映物質(zhì)結(jié)構(gòu)）,2、DNA分子X射線衍射圖譜,富蘭克林,60,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),“突然間，我脈搏加快，思如泉涌，眼前出現(xiàn)了一幅DNA的畫面：它的結(jié)構(gòu)要比許多人想象的簡(jiǎn)單，它應(yīng)該是螺旋型的?！?-----沃森,61,1、DNA分子結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn),DNA分子是有 條鏈組成， 盤旋成 結(jié)構(gòu)。 交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架； 排列在內(nèi)側(cè)。 堿基通過 連接成堿基對(duì)，并遵循 原則。,反向平行,雙螺旋,脫氧核糖和磷酸,堿基對(duì),氫鍵,堿基互補(bǔ)配對(duì),2,二、DNA模型分析,62,DNA中的遺傳信息蘊(yùn)藏在哪兒?,堿基對(duì)的排列順序中,【討論】,63,【課堂反饋】,2．已知1個(gè)DNA分子中有1800個(gè)堿基對(duì)，其中胞嘧啶有1000個(gè)，這個(gè)DNA分子中應(yīng)含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是 （ ） A．1800個(gè)和800個(gè) B．1800個(gè)和l800個(gè) C．3600個(gè)和800個(gè) D．3600個(gè)和3600個(gè),C,,64,,DNA平面結(jié)構(gòu)：,65,1866年，孟德爾假設(shè)并驗(yàn)證：生物的性狀是由遺傳因子決定的。這些因子就像一個(gè)個(gè)獨(dú)立的顆粒，既不會(huì)相互融合，也不會(huì)在傳遞中消失。 20世紀(jì)初，薩頓推論：基因是由染色體攜帶者從親代傳遞給下一代的?；蚝腿旧w行為存在著明顯的平行關(guān)系。 20世紀(jì)初， 摩爾根通過果蠅的伴性遺傳實(shí)驗(yàn)，證明了基因在染色體上。,66,,DNA,,,,,,,,,,,,基因,67,嘌呤堿基與嘧啶堿基配對(duì)：,68,