DNA分子结构和复制附件.ppt

DNA分子的结构,富兰克林1920年生于伦敦，15岁就立志要当科学家，但父亲并不支持她这样做她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学1945年，当获得博士学位之后，她前往法国学习X射线衍射技术她深受法国同事的喜爱，有人评价她 “从来没有见到法语讲的这么好的外国人”1951年，她回到英国，在伦敦大学国王学院取得了一个职位 在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（DNA）可能是遗传物质，但是对于DNA的结构，以及它如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解就在这时，富兰克林加入了研究DNA结构的行列——在相当不友善的环境下她负责起实验室的DNA项目时，有好几个月没有人干活同事威尔金斯不喜欢她进入自己的研究领域，但他在研究上却又离不开她他把她看作搞技术的副手，她却认为自己与他地位同等，两人的私交恶劣到几乎不讲话在那时的科学界，对女科学家的歧视处处存在，女性甚至不被准许在大学的高级休息室里用午餐她们无形中被排除在科学家间的联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动态、交换新理念、触发灵感极为重要富兰克林在法国学习的X射线衍射技术在她的研究中派上了用场 X射线是波长非常短的电磁波医生通常用它来透视，而物理学家用它来分析晶体的结构。

当X射线穿过晶体之后，会形成衍射图样——一种特定的明暗交替的图形不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析这种图形人们就能知道组成晶体的原子是如何排列的富兰克林精于此道，她成功的拍摄了DNA晶体的X射线衍射照片此时，生物大分子结构会议在意大利举行，威尔金斯在富兰克林不知情的情况下在报告中展示了ＤＮＡ的Ｘ射线衍射照片，这给沃森留下了极深的印象不久后，沃森来到剑桥大学遇到了克里克，他们的配合成为科学家合作的典范物理学家出身的克里克可以帮助沃森分析衍射图谱，而沃森可以帮助克里克理解生物学的内容当时科学界对ＤＮＡ的认识：ＤＮＡ分子是以４种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这４种脱氧核苷酸分别含有Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ四种碱基沃森和克里克根据威尔金斯提供的ＤＮＡ衍射图谱的有关数据推算出ＤＮＡ分子呈螺旋结构他们尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，这些模型中，碱基位于螺旋的外部但是这些模型很快被否定了失败后，他们并没有放弃，很快又重新构建了一个将磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双链螺旋在这个模型中是相同碱基进行配对的，即Ａ与Ａ配对，Ｔ与Ｔ配对但是，有化学家指出这种配对方式违反了化学规律，于是这个模型又被抛弃了。

后来，沃森和克里克从著名生物化学家查哥夫那里得到一个重要的信息：腺嘌呤（Ａ）的量总是等于胸腺嘧啶（Ｔ）的量：鸟嘌呤（Ｇ）的量总是等于胞嘧啶（Ｃ）的量于是他们改变了碱基的配对方式，让Ａ与Ｔ配对，Ｇ与Ｃ配对，构建出新的ＤＮＡ双螺旋结构模型结果发现：Ａ—Ｔ碱基对和Ｇ—Ｃ碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的ＤＮＡ分子具有稳定的直径，能够解释Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ的数量关系，同时也能解释ＤＮＡ的复制当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的Ｘ射线衍射照片比较时，发现两者完全相符这个故事的结局有些伤感当1962年沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔生理学或医学奖的时候，富兰克林已经在4年前因为卵巢癌而去世按照惯例，诺贝尔奖不授予已经去世的人此外，同一奖项至多只能由3个人分享由于富兰克林的突出贡献，人们总在猜想：假如富兰克林活着，她会得奖吗？性别差异是否会成为公平竞争的障碍？当然，现在这个问题已经永远是一个迷了今天，科技界对富兰克林的工作给予很高评价思考与讨论：,１、请你根据书本的资料回答有关问题（１）ＤＮＡ是由几条链构成的，它具有怎样的立体结构？（２）ＤＮＡ的基本骨架是由哪些物质组成的？它们位于ＤＮＡ的什么部位？（３）ＤＮＡ中的碱基是如何配对的？它们位于ＤＮＡ的什么部位？,脱氧核苷酸,1、DNA的化学组成,基本单位：,P,脱氧核糖,含氮碱基,,脱氧核苷酸,元素组成：,C H O N P,组成脱氧核苷酸的碱基：,胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）,腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）,因此，脱氧核苷酸也有4种,DNA模型建构,代表磷酸,D,代表脱氧核糖,代表4种碱基,代表连接各组分的化学键,【模型建构1】: 脱氧核苷酸,P,【模型建构2】一条脱氧核苷酸链,,,,DNA模型建构,,,P,,4,1,3,5,2,,,o,,,P,,4,1,3,5,2,,,0,,,,【模型建构3】 DNA双链,,【模型建构3】 DNA双链,两条链中的碱基是排在外侧，还是在内侧？,【模型建构3】 DNA双链,【模型建构3】 DNA双链,【模型建构3】 DNA双链,【模型建构3】 DNA双链,【模型建构3】 DNA双链,连接两条链的碱基如何配对?,碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？,这是由于嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。

而DNA分子的两条链的距离是固定的为什么只能是A配T，G配C，不能是A配C，G配T？,(1)A的量总是等于T的量,G的量总是等于C的量.,(2)A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，使DNA的结构更加稳定.,模型建构3 DNA双链,模型建构4 DNA双螺旋结构,DNA的空间结构,以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的DNA照片从图上可辨认出DNA是由两条链交缠在一起的螺旋结构,,,,,,,,,,,,,A,T,C,G,,A,C,T,G,,,磷酸,脱氧核糖,含氮碱基,DNA的平面结构,1,0,2,3,4,5,0,1,2,3,4,5,DNA模型分析,反向平行,,碱基对,,另一碱基对,嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则A,,T,,,,,G,C,,,,,,氢键,,DNA模型分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,,,,,,,,,C,,,,,,,,,,,,,思考1：ＤＮＡ结构中的哪个结构是稳定不变的?哪个结构是千变万化的？,,两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。

长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的比较不同组的DNA模型有什么不同？DNA中的遗传信息蕴藏在哪儿?,碱基对的排列顺序不同,,碱基对的排列顺序中,【思考2】,3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？,2、DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？,1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？,【思考3】,总结DNA分子的结构特点,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,,,,,,,,,C,,,,,,,,,,,,,（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构DNA分子的结构特点,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,,,,,,,,,C,,,,,,,,,,,,,（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。

2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧DNA分子的结构特点,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,,,,,,,,,C,,,,,,,,,,,,,（2） DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧3）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则DNA分子的结构特点,,）,DNA分子的特点：,②多样性：,一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种①稳定性：,ＤＮＡ中的脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的原则不变即结构的稳定性）,DNA分子碱基对的排列顺序千变万化4n(n表示碱基对数),③特异性：,不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同碱基数目即使相同，碱基的排列顺序还是可能不同特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序DNA分子的结构小结,1.化学组成元素：,2.基本组成单位：,3.空间结构：,4.DNA分子的特点：,5,4,3,2,1记忆法,DNA分子的结构小结,1.化学元素组成：C H O N P,,2.基本组成单位：(四种)脱氧核苷酸,一分子含氮碱基,一分子脱氧核糖,一分子磷酸,3.空间结构:,规则的双螺旋结构,,两条脱氧核苷酸长链,碱基对,氢键,碱基互补配对原则,4.DNA分子特点:多样性,特异性,稳定性,碱基互补配对原则应用,设DNA一条链为1链，互补链为2链。

根据碱基互补配对原则可知： A1 = T2 A2 = T1 G1 = C2 G2 = C1且在DNA双链中： A = T ， G = C,,,A+T+G+C,A+T+G+C,A+C,T+G,T+G,A+C,相等,一半,【课堂反馈】,1．下面是DNA的分子结构模式图，说出图中1－10的名称1. 胞嘧啶2. 腺嘌呤3. 鸟嘌呤4. 胸腺嘧啶5. 脱氧核糖6. 磷酸7. 胸腺嘧啶脱氧核苷酸8. 碱基对9. 氢键10. 一条脱氧核苷酸链的片段,2．已知1个DNA分子中有1800个碱基对，其中胞嘧啶有1000个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是 （ ） A．1800个和800个 B．1800个和l800个 C．3600个和800个 D．3600个和3600个,C,【课堂反馈】,3、 DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G= _____,29%,DNA分子各种碱基的数量关系 ：,,① 在整个DNA分子中，A=T、G=C； A+G=T+C，A+C=T+G； (A+G）/（T+C）=1,② DNA分子的一条链中的A+T=另一条链的T + A ； 同理，G+C = C+G,③两个非配对碱基之和占碱基总数的50%。

即 A+C=T+G=50%，A+G=T+C=50%,⑤在DNA分子中一条链中A+T的和占该链碱基比率等于另一条链中A+T的和占该链碱基比率，还等于双链DNA分子中A+T的和占整个DNA分子的碱基比率即：(A1+T1)% = ( A2+T2)% = 总( A+T)%同理 ( G1+C1)% = ( G2+C2)% =总 ( G+C)%,④如果一条链中的(A+T) / (G+C)=a，则另一条链中的(A+T) / (G+C)比例也是a；如果一条链中的(A+G) / (T+C)=b,则另一条链中(A+G) / (T+C)的比例是1/b,练习题,1、某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，则鸟嘌呤的分子数占 .,32%,或者：A+G=T+C=50%,结论：两个非互补配对碱基之和占DNA碱基总数的50%,。