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第二章 遺傳的分子基礎(chǔ)
第二節(jié) DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制
一、回眸歷史：科學(xué)家解開DNA分子結(jié)構(gòu)之謎
02
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
建立者：
1953年，沃森和克里克
克里克:
物理學(xué)家,對(duì)X射線晶體衍射圖譜的分析十分熟悉。能夠幫助沃森理解晶體學(xué)原理。
沃森:
生物學(xué)家，可以幫助克里克理解生物學(xué)的內(nèi)容。
1.DNA的結(jié)構(gòu)層次
03
DNA的結(jié)構(gòu)
基本組成元素：
基本組成物質(zhì)：
基本組成單位：
DNA單鏈：
DNA雙鏈結(jié)構(gòu)：
C、H、O、N、P
磷酸基團(tuán)、脫氧核糖、含氮堿基
脫氧核糖核苷酸（4種）
脫氧核苷酸鏈
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)
03
2.DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
CH2
H
OH
H
H
H
H
堿基
磷酸
5’
4’
3’
2’
1’
5’
3’
5’
3’
一個(gè)羥基(—OH)，稱作3′－端
游離的磷酸基團(tuán)，稱作5′－端
磷酸二酯鍵
C
T
T
G
A
C
A
G
5’
5’
3’
3’
（1）由 條單鏈按_____________方式盤旋成_________結(jié)構(gòu)
反向平行
雙螺旋
2
3',5'-磷酸二酯鍵
磷酸
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
和 交替連接，構(gòu)成基本骨架；
(2) 外側(cè)：
堿基對(duì)
內(nèi)側(cè):
脫氧核糖
(3)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
兩條鏈上的堿基通過 連接形成
，且A只和 配對(duì)、G只和 配對(duì)，堿基之間的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，就叫作
。
氫鍵
氫鍵
T
C
堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
堿基對(duì)
堿基對(duì)
2
3
5′
3′
3′
5′
堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
G.C比例越高，DNA的熱穩(wěn)定性越高
下面是DNA的結(jié)構(gòu)模式圖，請(qǐng)寫出圖中①~⑩的名稱。
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
脫氧核糖
磷酸
胸腺嘧啶脫氧核苷酸
堿基對(duì)
氫鍵
一條脫氧核苷酸
鏈的片段
思考：這個(gè)DNA片段有多少個(gè)游離的磷酸基團(tuán)（沒有形成磷酸二酯鍵的磷酸基團(tuán)）？
2個(gè)
2.特異性：
每種DNA有特定的堿基對(duì)排列順序。
3.穩(wěn)定性：
1.多樣性：
①外部穩(wěn)定的基本骨架——磷酸和脫氧核糖交替連接形成；
②內(nèi)部堿基對(duì)穩(wěn)定——通過氫鍵連接，嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，加強(qiáng)穩(wěn)定性；
③空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定——規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)；
堿基對(duì)的排列順序的千變?nèi)f化。
3.DNA的特性
04
DNA分子中相關(guān)的堿基計(jì)算
①嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)即A+G=T+C，A+G/T+C=1
A=T
C=G
A+G=T+C
或 A+C=T+G
某生物細(xì)胞DNA分子的堿基中，腺嘌呤的分子數(shù)占22％，那么，胞嘧啶的分子數(shù)占（ ）
A．11％ B．22％ C．28％ D．44％
任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和恒等，且各占DNA總堿基數(shù)的50％
配對(duì)的兩堿基之和在單、雙鏈中所占比例相等
②互補(bǔ)堿基之和的比例在任意一條鏈及整個(gè)DNA分子中都相同。
若 ，則 ，
＝m
＝m
③非互補(bǔ)堿基之和的比例在兩條互補(bǔ)鏈中互為倒數(shù)，在整個(gè)DNA分子中為1，
若 , , 則 ，
1
a
＝1
DNA兩互補(bǔ)鏈中，不配對(duì)的兩堿基之和的比值乘積為1
例題：在DNA的一個(gè)單鏈中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互補(bǔ)鏈和整個(gè)DNA分子中分別是多少？
子一代
親代
沃森和克里克：
半保留復(fù)制
全保留復(fù)制
德爾布呂克 ：
分散復(fù)制
DNA分子的復(fù)制
科學(xué)家：米西爾森（M.Meselson）和斯塔爾（F.Stahl）
材料：大腸桿菌
技術(shù)：同位素標(biāo)記法、密度梯度離心法
15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定的同位素，這兩種同位素的相對(duì)原子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大
放入盛有氯化銫溶液的試管中離心處理
證明DNA分子半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)示意圖
輕鏈帶
含14N
重鏈帶 含15N
雜合鏈帶
含14N和15N
輕鏈帶（含14N）
雜合鏈帶（含14N和15N）
(
(
)
(
)
)
對(duì)照
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20 min
40 min
分析：
1.離心處理后，為什么子一代DNA只有雜合鏈帶？
2.子二代DNA出現(xiàn)了輕鏈帶和雜合鏈帶，說明了什么？
在新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此，這種復(fù)制方式又被稱為DNA半保留復(fù)制。
實(shí)驗(yàn)證明：
重帶
(底部)
15N
14N
14N
14N
14N
15N
14N
14N
15N
15N
14N
14N
15N
15N
DNA分子半保留
復(fù)制過程示意圖
三 DNA復(fù)制的過程
細(xì)胞分裂前的間期（有絲分裂、減數(shù)分裂）
2.時(shí)間：
3.場(chǎng)所:
1.概念：
指以親代DNA的兩條鏈為模板合成子代DNA的過程。
葉綠體、線粒體
細(xì)胞核（主要）
4.條件:
③能量
親代DNA的兩條鏈
4種游離的脫氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
由細(xì)胞代謝提供的ATP等
①模板
②原料
④酶
三 DNA復(fù)制的過程
⑴解旋：在能量的驅(qū)動(dòng)下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
⑵合成子鏈：DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板，以游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，各自合成與母鏈互補(bǔ)的一條子鏈。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
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A
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C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
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T
G
A
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C
G
A
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C
T
T
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
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A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
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A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
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C
T
T
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
DNA聚合酶
5'
3'
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
ATP
ATP
⑵合成子鏈：DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板，以游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，各自合成與母鏈互補(bǔ)的一條子鏈。
（3）形成子代DNA分子：每條新鏈與其對(duì)應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
三 DNA復(fù)制的過程
6.原則:
7.特點(diǎn):
邊解旋邊復(fù)制
半保留復(fù)制
堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
從子鏈的5' 端向 3' 端延伸
8.方向:
9.意義:
DNA通過復(fù)制，將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。
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
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
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
DNA的復(fù)制為半保留復(fù)制，一個(gè)DNA分子復(fù)制n次，則有：
(1)DNA分子數(shù)
①子代DNA分子數(shù)＝2n 個(gè)。
②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝2個(gè)。
③不含親代鏈的子代DNA分子數(shù)＝(2n－2)個(gè)。
(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)
①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)（即單鏈）＝2n＋1 條。
②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2 條。
③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝(2n＋1－2)條。
(3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)
若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸 m個(gè)，則：
①經(jīng)過n次復(fù)制，共需消耗游離的該脫氧核苷酸 m·(2n－1)個(gè)。
②第n次復(fù)制時(shí)，需消耗游離的該脫氧核苷酸 m·2n-1 個(gè)。

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