DNA结构 - 第二章 DNA的结构 - 副本
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DNA分子的结构、特点与功能.ppt
噬菌体侵染细菌的动态过程
吸附
注入
合成
组装
释放
侵入别的细菌
三、噬菌体侵染细菌实验
研究方法
同位素标记法
蛋白质的组成元素： C、H、O、N、S （标记 DNA 的组成元素： C、H、O、N、P （标记
35S
）
32P）
实验材料：噬菌体、大肠杆菌
实验步骤： 1.标记大肠杆菌：
2.标记噬菌体： 3. 标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌： 上清液（培养液） 4. 搅拌离心培养液： 沉淀物（大肠杆菌含子代噬菌体） 5.观察放射性
三、噬菌体侵染细菌实验
离心
离心
三、噬菌体侵染细菌实验
① 用 放射性同位素35S 标记噬菌体 蛋白质外壳
35S
无35S
亲代噬菌体
子代噬菌体
实验表明
想一想：这一结果说明了什么?
噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，没有进入到细菌中。
三、噬菌体侵染细菌实验
② 用 放射性同位素32P 标记噬菌体内部 DNA
—A —A —C —C— G —G—A— T— —T —T —G —G —C —C —T — A—
DNA
的 结 构
双 螺 旋 结 构
DNA分子的多 样性、特异性 和稳定性
有关计算内容
碱基互补配对 原则
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。 则在DNA双链中： A = T ， G = C。 1.双链中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 A+G=T+C 即A+G/T+C=1 A1 T
一、DNA分子的结构
DNA分子结构的
吸附
注入
合成
组装
释放
侵入别的细菌
三、噬菌体侵染细菌实验
研究方法
同位素标记法
蛋白质的组成元素： C、H、O、N、S （标记 DNA 的组成元素： C、H、O、N、P （标记
35S
）
32P）
实验材料：噬菌体、大肠杆菌
实验步骤： 1.标记大肠杆菌：
2.标记噬菌体： 3. 标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌： 上清液（培养液） 4. 搅拌离心培养液： 沉淀物（大肠杆菌含子代噬菌体） 5.观察放射性
三、噬菌体侵染细菌实验
离心
离心
三、噬菌体侵染细菌实验
① 用 放射性同位素35S 标记噬菌体 蛋白质外壳
35S
无35S
亲代噬菌体
子代噬菌体
实验表明
想一想：这一结果说明了什么?
噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在外面，没有进入到细菌中。
三、噬菌体侵染细菌实验
② 用 放射性同位素32P 标记噬菌体内部 DNA
—A —A —C —C— G —G—A— T— —T —T —G —G —C —C —T — A—
DNA
的 结 构
双 螺 旋 结 构
DNA分子的多 样性、特异性 和稳定性
有关计算内容
碱基互补配对 原则
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。 则在DNA双链中： A = T ， G = C。 1.双链中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 A+G=T+C 即A+G/T+C=1 A1 T
一、DNA分子的结构
DNA分子结构的
人教版高中生物必修2 - 2.DNA分子的结构 - 副本 (10) - 副本
脱氧核苷酸 = 含氮碱基 + 脱氧核糖 + 磷酸
含氮碱基：A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶） G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）
2、1951年威尔金斯展示了DNA的X射线的 衍射图谱，并且获得相关其数据。
3、沃森和克里克提出DNA双螺旋结构的初步构想。 4、1952年查哥夫指出：腺嘌呤(A)的量总是等于胸
腺嘧啶(T)的量（A=T），鸟嘌呤(G)的量总是等 于胞嘧啶(C)的量(G=C)。
∴ A+G＝T+C
∴ A+G
T＋C
（
）（
）
A+T+C+G
A+T+C+G
50％
也可以写成以下形式：
A + G （ A + C ） （ T + G ） …… 1 T＋C （ T+G ） （A+C ）
规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之 和 相等 ，并为碱基总数的 50％ 。
规律总结：
∵A=T， C=G ∴ A+G=T+C =A+C=T+G= 50%
内侧配对稳定: A-T，G-C
稳定的空间结构 ：双螺旋结构
4、DNA分子的结构特性
2）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。
以1，2，3，4四个数字排列成四位数，有多少种组 合方式？44种 如排列成4000位数？ 44000种 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（4种）：A—T、T—A、G—C、C—G。 请同学们计算DNA分子上的碱基对有多少种排列方式？
因为DNA分子中，A+G=T+C=50%。 所以， A=50%–23%=27%
含氮碱基：A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶） G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）
2、1951年威尔金斯展示了DNA的X射线的 衍射图谱，并且获得相关其数据。
3、沃森和克里克提出DNA双螺旋结构的初步构想。 4、1952年查哥夫指出：腺嘌呤(A)的量总是等于胸
腺嘧啶(T)的量（A=T），鸟嘌呤(G)的量总是等 于胞嘧啶(C)的量(G=C)。
∴ A+G＝T+C
∴ A+G
T＋C
（
）（
）
A+T+C+G
A+T+C+G
50％
也可以写成以下形式：
A + G （ A + C ） （ T + G ） …… 1 T＋C （ T+G ） （A+C ）
规律概括：在DNA双链中，任意两个不互补碱基之 和 相等 ，并为碱基总数的 50％ 。
规律总结：
∵A=T， C=G ∴ A+G=T+C =A+C=T+G= 50%
内侧配对稳定: A-T，G-C
稳定的空间结构 ：双螺旋结构
4、DNA分子的结构特性
2）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。
以1，2，3，4四个数字排列成四位数，有多少种组 合方式？44种 如排列成4000位数？ 44000种 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（4种）：A—T、T—A、G—C、C—G。 请同学们计算DNA分子上的碱基对有多少种排列方式？
因为DNA分子中，A+G=T+C=50%。 所以， A=50%–23%=27%
第二章：DNA的结构与功能
第二章：DNA的结构与功能一、DNA的一级结构1953年Watson和Crick创立的DNA双螺旋结构模型，阐明了DNA分子的结构特征，提出DNA是遗传分子。
DNA的一级结构：是指4种核苷酸的连接及排列顺序，表示了DNA分子的化学构成。
四种脱氧核糖核苷酸分别表示为：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP。
DNA分子是由这四种不同的脱氧核苷酸，通过3，5-磷酸二酯键连接而成的直链分子。
1．DNA分子的多样性：组成DNA分子的碱基虽然只有四种，但是，由于碱基可以任何顺序排列，而构成了DNA分子的多样性。
如：某一DNA分子是由100个bp组成，它们的可能排列方式就是4100。
实际上DNA链中的碱基数远远超出100个，所以，它们的排列方式几乎是无限的。
即生物的多样性。
因此，DNA 中的碱基排列顺序是DNA分子的重要属性。
对一种DNA属性的最基本了解就是测定其碱基的排列顺序一级结构。
二、DNA的物理图谱DNA的物理图谱：是DNA分子的限制性内切酶酶解片段的排列顺序，也就是在DNA片段上标记出限制性内切酶的位点顺序。
假设有一段DNA片段为2450bp，分别有两个XbaI和两个PstI位点，这样每一个单酶切会把此DNA分子切成3个片段，双酶切将产生5个片段。
三、DNA一级结构的测定双脱氧末端终止法-----Sanger法：原理是采用核苷酸链终止剂—2，，3，-双脱氧核苷酸终止DNA的延长。
由于它缺少形成3，，5，磷酸二脂键所需要的3，-OH，一旦参入到DNA链中，此DNA链就不能进一步延长。
根据碱基配对原则，每当DNA聚合酶需要dNMP参入到正常延长的DNA链中时，就有两种可能性，一是参入ddNTP,结果导致脱氧核苷酸链延长的终止；二是参入dNTP,使DNA链仍可继续延长，直至参入下一个ddNTP。
根据这一方法，就可得到一组以ddNTP结尾的长短不一的DNA片段DNA序列分析，将反应体系分成4组，每一组反应体系中加入4种脱氧核苷三磷酸和一种相应的双脱氧核苷三磷酸，反应后可得到不同长度的以双脱氧结尾的DNA片段，各DNA片段均只相差一个核苷酸长度，各组的片段经凝胶电泳分离后，每一片段的电泳位置不同，从下而上（由小到大）可直接读出DNA序列。
《DNA的结构》PPT课件
DNA、RNA的化学结构
DNA的化学结构（1）
基本单位－脱氧核苷酸
磷酸
脱氧
碱GATC基
核糖
DNA的化学结构（2）
脱氧核苷酸的种类
A
腺嘌呤脱氧核苷酸
G
鸟嘌呤脱氧核苷酸
C
胞嘧啶脱氧核苷酸
T
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
DNA的化学结构（3）
连
A
T
T
A
接
G
C
C
G
DNA双螺旋结构的特点： 1、两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋而成
1/m 1 整理ppt
nn
24
5、一个DNA分子中，G和C之和 占全部碱基数的46％，又知在该 DNA分子的一条链中，A和C分别 占碱基数的28％和22％，则该 DNA分子的另一条链中，A和C分
别占碱基数的（ C）
A 、28％，22％ B、22％，28％
C、23％，27％ D、26％，24%
整理ppt
A
连 U
接
G
C
整理ppt
17
酪氨酸
A UA
异亮氨酸
整理ppt
UAG 18
RNA的种类：
信使RNA(mRNA)：将DNA中遗传信息转录下来， 传递到细胞质核糖体上，控制蛋白质的合成。
核糖体RNA(rRNA)：参与核糖构成，与蛋白质 合成有关。
转移RNA(tRNA)：在蛋白质合成过程中，运
载特定氨基酸。
整理ppt
13
例２：2004年海啸造成大量人员伤亡，事后的尸体辨认只
能借助于D别提取DNA，在一定温度下水浴共热，使
DNA氢键断裂，双链打开。若两份DNA样本来自同一个
体，在温度降低时，两份样本的DNA单链通过氢键连接一
DNA的化学结构（1）
基本单位－脱氧核苷酸
磷酸
脱氧
碱GATC基
核糖
DNA的化学结构（2）
脱氧核苷酸的种类
A
腺嘌呤脱氧核苷酸
G
鸟嘌呤脱氧核苷酸
C
胞嘧啶脱氧核苷酸
T
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
DNA的化学结构（3）
连
A
T
T
A
接
G
C
C
G
DNA双螺旋结构的特点： 1、两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋而成
1/m 1 整理ppt
nn
24
5、一个DNA分子中，G和C之和 占全部碱基数的46％，又知在该 DNA分子的一条链中，A和C分别 占碱基数的28％和22％，则该 DNA分子的另一条链中，A和C分
别占碱基数的（ C）
A 、28％，22％ B、22％，28％
C、23％，27％ D、26％，24%
整理ppt
A
连 U
接
G
C
整理ppt
17
酪氨酸
A UA
异亮氨酸
整理ppt
UAG 18
RNA的种类：
信使RNA(mRNA)：将DNA中遗传信息转录下来， 传递到细胞质核糖体上，控制蛋白质的合成。
核糖体RNA(rRNA)：参与核糖构成，与蛋白质 合成有关。
转移RNA(tRNA)：在蛋白质合成过程中，运
载特定氨基酸。
整理ppt
13
例２：2004年海啸造成大量人员伤亡，事后的尸体辨认只
能借助于D别提取DNA，在一定温度下水浴共热，使
DNA氢键断裂，双链打开。若两份DNA样本来自同一个
体，在温度降低时，两份样本的DNA单链通过氢键连接一
DNA的结构和复制优秀课件
碱基对的排列顺序千变万化 特定的碱基排列顺序
DNA的分子结构
沃森
(美国生物学家)
克里克
(英国物理学家)
《自然》杂志上发表的论文
DNA的空间结构
1953年由沃森和克里克提出 --规则的双螺旋结构
1.DNA分子是由两条反向平行的 脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则 双螺旋结构
2.脱氧核糖与磷酸交替连结，排 列在外侧，构成基本骨架；碱基 排列在链的内侧。
脱氧核苷酸的结构与种类
脱氧核糖
腺嘌呤（A）
含氮碱基
嘌呤 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C）
嘧啶 胸腺嘧啶（T） 腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
1 DNA的结构
DNA的组成元素
C、H、O、N、P
DNA的基本单位
脱氧核苷酸
DNA的空间结构
规则的双螺旋结构
DNA的多样性 DNA的特异性
巩固提高
1. 已知一段双链DNA有100个碱基对，其中腺 嘌呤有60个,请问鸟嘌呤的比例是____4_0____， (A+C):(T+C)的值是_____1_____。
A+T+C+G=200 A=T C=G
A+G= 100
G=40
A+C T+G
=1
巩固提高
2.
m AT
CG
TA n
GC
m链：
A+Ｇ T+Ｃ
3.两条链上的碱基通过氢键连结 起来，形成碱基对。碱基对的组 成有特定的规律：即腺嘌呤一定 与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤一定同 胞嘧啶配对。
DNA分子的特性
多样性 特异性 稳定性
第二节DNA的结构和DNA的复制知识课件知识讲稿
A1+G1 T1+C1
=
T2+C2 A2+G2
,
A+G T+C
=1
例4：在ＤＮＡ分子的一条单链中 （Ａ＋Ｇ）／（Ｔ＋Ｃ）＝0.4，求：
⑴在另一互补链中这种比例是__2__.5___ ⑵这个比例在整个DNA分子中是___1___
例5：在ＤＮＡ分子的一条单链中 （Ａ＋Ｇ）／（Ｔ＋Ｃ）＝m，求：
⑴在另一互补链中这种比例是__1_/_m___ ⑵这个比例在整个DNA分子中是__1___
(3)DNA分子中两互补碱基之和之比与每一条单链中这 一比值相等，与整个DNA分子上这一比值也相等。
A1+T1 G1+C1
=
T2+A2 C2+G2
=
A+T G+C
例6：在某DNA一条单链中，（A+T）/（G+C）=0.4时 ⑴在另一互补链中这种比例是___0_.4____ ⑵这个比例在整个DNA分子中是__0_._4___
四次。其结果不可能是（ C）
A.含有15N的DNA分子占1/8 B.复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个 C.含有14N的DNA分子占7/8 D.复制结果共有16个DNA分子
2.某DNA分子中有脱氧核苷酸4000个，已知腺嘌呤和 胸腺嘧啶之和占碱基总数的60％，那么该DNA分子 连续复制2次所需要的游离鸟嘌呤脱氧核苷酸分子
3、DNA分子的空间结构：
结构特点： 稳定性； 多样性； 特异性。
课堂练习：
1.在一个DNA分子中共有碱基200个，其中一条链含 胞嘧啶为20个，其互补链共有胞嘧啶26个，问这
个DNA分子中含T多少（ A ）
A．54个 B．92个 C．108个 D．46个
DNA的结构ppt课件
A1
T2
（2）在DNA双链中，哪些碱基数量总是相等的？
T1
A2
（3）在1链上，A1等于T1吗？G1和C1的数量一样吗？
G1
C2
C1
G2
（4）已知：双链DNA中，A和T之和占全部碱基的m%，其中一条α链中C占该链碱基数
的比例为n%。则另一条β链中C占β链碱基的百分比是？
（5）若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子的一条链上的 A占这条链碱基的18%，则另一条链上的A的比例为？
沃森和克里克的 核酸的分子结构
罗莎琳的胸腺核苷酸 酸钠盐的分子构象
威尔金斯的脱氧戊糖 核酸的分子结构
DNA双螺旋结构模型的构建
Construction of DNA double helix structure model
左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森
1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得了诺贝
在双链DNA分子中：∵ A = T G = C ∴A+G =T+C
∴A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T) =50%
也可写成：A+G = T+G = A+C = T+C =1 T+C A+C T+G A+G
任意两个非互补碱基和的比例为1，则可能为双链
若为双链，则任意两个非互补碱基和的比例为1
图片资料:
磷酸 亲水
碱基 疏水
亲水磷 酸头部磷脂分子疏水脂肪 酸尾部水环境 水环境
思考：请结合磷脂双分子层的排布方式，推测碱基排列在内部还是外部呢？
2.2 DNA分子的结构和复制
第二章遗传的分子基础
第二节DNA分子的结构和复制
1.DNA的结构
（1）DNA双螺旋结构如下图所示，[6]磷酸和[5]脱氧核糖交替排列构成DNA 分子的基本骨架，两条链之间的[8]碱基对通过[9]氢键相连。
碱基互补配对原则是指A与T配对，G与C配对，双链DNA分子中嘌呤碱基总数（A+G）等于嘧啶碱基总数（C+T）。
（2）碱基对的不同排列顺序构成了DNA分子的多样性，特定的碱基排列顺序构成了DNA分子的特异性。
2.DNA的复制
（1）DNA复制的时期是有丝分裂间期和减数分裂第一次分裂间期，复制场所主要是细胞核，复制方式是半保留复制.
（2）一个含15N的DNA在14N的培养环境中经n次复制后，共产生2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子数目是2个。
复制需要模板（DNA）、原料（4种游离的脱氧核苷酸）、酶（解旋酶和DNA聚合酶）和能量（ATP）四个基本条件。
基因是具有遗传效应的DNA片段。
遗传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序。
人教版高中生物必修2 - 3.DNA的复制 - 副本 (2) - 副本
CG
CG
C G DNA，2n+1条脱氧核苷酸链，母链2条，
连续第n次复制 子链2n+1 ﹣2条
结构
复制
简答1
简答2
简答3
简答4
计算1
计算2
DNA复制所需原料的计算
• 公式：(2n-1)*碱基数 n为复制的次数
• 例题
• 一个DNA分子中含有1000个碱基对，其中有400 个腺嘌呤。如果它连续复制两次，消耗周围环境 中胞嘧啶脱氧核苷酸 1800 。
A．1/16 B．l／8 C．1／4 D．1／2
3．DNA分子的双链在复制时解旋，这时下述哪 一对碱基从氢键连接处分开（ A ） A．G与C B．A与C C．G与A D．G与T
4．DNA复制的基本条件是（ A ）
A．模板，原料，能量和酶 B．模板，温度，能量和酶 C．模板，原料，温度和酶 D．模板，原料，温度和能量
①互补碱基对之间氢键断裂//②互补碱基对之间形成
氢键//③DNA分子在解旋酶的作用下解旋//④以解旋
后的母链为模板进行碱基互补配对//⑤子链与母链盘
旋成双螺旋状结构。
A.①③④②⑤
B.①④②⑤③
C.①③⑤④②
D.③①④②⑤
2．将15N 标记的DNA分子放在14N的培养基上 培养，经过3次复制，在所形成的子代 DNA中 ，含15N的DNA占总数是（ C ）
DNA的复制
一、对DNA复制的推测
最早提出的DNA复制模型有三种；
亲代DNA
1、全保留复制：新复制出
的分子直接形成，完全 没有旧的部分；
复制一次
2、半保留复制：形成的分子
一半是新的，一半是旧的；
复制一次
子代DNA
分子生物学课件第二章DNA的结构
• 碱基的疏水特性 • 碱基形成氢键的特性
• DNA的碱稳定性 • DNA对碱相对稳定 • RNA在碱性溶液中易降解为2’, 3’环式单核苷酸中间
产物, 然后很快转变为2’ 单核苷酸和3’单核苷酸。
• DNA结构的表示法
DNA一级结构的重要性
•携带遗传信息 •决定DNA的二级结构 •决定DNA的空间结构
• 两条链上的碱基以氢键相连, G与C配对, A与T配对。 嘌呤和嘧啶碱基对层叠于双螺旋的内侧
C-G T-A
8.5 Å 11.7 Å Major Groove
Minor
7.5 Å 5.7 Å
Groove
• 大沟和小沟, 特别是大沟, 对于在遗传上有重要功 能的蛋白质识别DNA双螺旋结构上的特定信息是 非常重要的, 只有在沟内, 蛋白质才能“感觉”到 不同碱基顺序, 而在双螺旋结构的表面全是相同的 磷酸和脱氧核糖的骨架, 没有什么信息可言。
用。阳离子可对之产生屏蔽。DNA溶液的 离子浓度越低, DNA越不稳定。 （四）碱基分子内能 碱基内能越高, 氢键和碱基堆积力越容易被破 坏, DNA双链越不稳定
嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋结构稳定性的影响 碱基组成相同，但嘌呤和嘧啶的排列顺序不同， 双螺旋的稳定性具有显著的差异。从嘌呤到嘧啶 的方向的碱基堆集作用显著大于同样组成的嘧啶 到嘌呤方向的碱基堆集作用。 5’ TA 3’ 的Tm值最低。 TATA框: RNA聚合酶的结合位点。 UAA: 终止密码子。
• 决定双螺旋结构状态的因素 • （一）氢键 • 1 .碱基的氢供体 • 氨基、羟基 • 2.碱基的氢受体 • 酮基、亚氨基 • 3.G·C对及A·T对之间的氢键 • 在一定范围内DNA的稳定性与G·C百
分含量成正比 • Tm=69.3+0.41(%G+C)
• DNA的碱稳定性 • DNA对碱相对稳定 • RNA在碱性溶液中易降解为2’, 3’环式单核苷酸中间
产物, 然后很快转变为2’ 单核苷酸和3’单核苷酸。
• DNA结构的表示法
DNA一级结构的重要性
•携带遗传信息 •决定DNA的二级结构 •决定DNA的空间结构
• 两条链上的碱基以氢键相连, G与C配对, A与T配对。 嘌呤和嘧啶碱基对层叠于双螺旋的内侧
C-G T-A
8.5 Å 11.7 Å Major Groove
Minor
7.5 Å 5.7 Å
Groove
• 大沟和小沟, 特别是大沟, 对于在遗传上有重要功 能的蛋白质识别DNA双螺旋结构上的特定信息是 非常重要的, 只有在沟内, 蛋白质才能“感觉”到 不同碱基顺序, 而在双螺旋结构的表面全是相同的 磷酸和脱氧核糖的骨架, 没有什么信息可言。
用。阳离子可对之产生屏蔽。DNA溶液的 离子浓度越低, DNA越不稳定。 （四）碱基分子内能 碱基内能越高, 氢键和碱基堆积力越容易被破 坏, DNA双链越不稳定
嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋结构稳定性的影响 碱基组成相同，但嘌呤和嘧啶的排列顺序不同， 双螺旋的稳定性具有显著的差异。从嘌呤到嘧啶 的方向的碱基堆集作用显著大于同样组成的嘧啶 到嘌呤方向的碱基堆集作用。 5’ TA 3’ 的Tm值最低。 TATA框: RNA聚合酶的结合位点。 UAA: 终止密码子。
• 决定双螺旋结构状态的因素 • （一）氢键 • 1 .碱基的氢供体 • 氨基、羟基 • 2.碱基的氢受体 • 酮基、亚氨基 • 3.G·C对及A·T对之间的氢键 • 在一定范围内DNA的稳定性与G·C百
分含量成正比 • Tm=69.3+0.41(%G+C)
DNA的结构课件(共37张PPT)人教版必修2
资料3：奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤 （A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量(A=T)，鸟嘌呤 （G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量(G=C)。
沃森和克里克构建了新的模型：
(1)特点：A－T碱基对与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。 (2)意义： ①能解释A、T、G、C的数量关系； ②能解释DNA的复制； ③模型与X射线衍射照片完全相符。
DNA双链分子中磷酸、脱氧核糖 和碱基之间的数量比为1∶1∶1。
每个DNA片段中，游离的磷酸 基团数是多少？
例1：下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是( ) A.DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的单链结构 B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基 C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对 D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相
构成方式
3、DNA双螺旋结构的主要特点
A
T
C
G
A
T
T
A
C
G
G
C
A
T
G
C
DNA双螺旋结构的主要特点
（1）DNA分子是由两条链反向平 行盘旋成双螺旋结构。
（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；碱基排列在内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键 连结成碱基对，并且碱基配对 具有一定规律：A一定与T配对， G一定与C配对。碱基之间的这 种一 一对应的关系，叫作碱基 互补配对原则
资料1：20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4 种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链
资料2： 1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供 了DNA的X射线衍射图谱 。
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Hoogsteen Bonding B、 保证DNA末端准确复制 C、 与DNA分子的组装有关 D、 与染色体的 meiosis & mitosis 有关
第四节 DNA的物理、化学性质
DNA双股链的互补 是其结构和功能上的一个基本特征 也是DNA研究中一些实验技术的基础
一、DNA分子的变性
变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区 的
GS 综 合 症 共济失调，常伴有
（GSS）
痴呆
致死性家族 睡眠隔离，接着失 失眠症（FFI） 眠，痴呆
发病机理
发现病例
通过同类相食（人） 约2600例
传染
通 过 朊 病 毒 污 染 的 HGH ， 或通过角膜移植
约80例
PrP基因种系突变
约100个家族
体 细 胞 突 变 PrPc 自 发 转变为PrPsc？
A
B
Z
Base Inclination Handedness
A
B
Z
四、一些DNA序列的不寻常结构
1、反向重复序列与二级结构 反向重复序列（inverted repeatitive sequence
or inverted repeats IR） 又称回文序列（廻文）：指两段同样的核苷酸序列同时存 在于一个分子中,有时也有不完全相同的情况 RNA和DNA 中都可能存在
3.4A° (0.34 nm/碱基对间距) ( 1 kc / mol —0.6kc / mol ) ×n
☆ 疏水作用力 (Hydrophobic interaction) (磷酸骨架, 氨基, 酮基周围水分子间的有序排列 ) 不溶于水的非极性分子在水中相互联合, 成串结合的趋势力.
* 不稳定因素 l 磷酸基团间的静电斥力 l 碱基内能增加(温度), 使氢键因碱基排列有序状态的破坏 而减弱
改变碱基对间的氢键
（6） 盐浓度的影响
Tm 值可降至40℃左右
每升0.18mol Na+是常用的标准条件
思考题：室温下蒸馏水中的DNA会如何？
（7） 极端pH条件的影响
pH ~ 12 酮基 →
烯醇基
改变氢键的形成与结合力
pH ~ 2-3 NH2 → NH2+ (质子化)
一切减弱氢键， 碱基堆积力的因素 均将使Tm 值降低
1、 多聚核苷酸链
3’
主链是核糖和磷酸
侧链为碱基
5’
由3’,5’磷酸二酯键连接
2、 链的方向：同一个磷酸 基的3’酯键到5’酯键的方向
(5’→3’)
5’-UCAGGCUA-3’
= UCAGGCUA 默认书写顺序5‘→3’
第二节 DNA的二级结构
一、 DNA双螺旋模型的提出（double helix model） * 1953. Watson & Crick
指在DNA变性的过程中，他在260nm的吸收值先是缓慢 上升，达到某一温度时及骤然上升
天然DNA和变性DNA的吸收值相差可达34％
当浓度为 50μg/ml时：
dNTPs A260 = 1.60 S.S DNA A260 = 1.37 D.S DNA A260 = 1.0
3、熔解曲线与融解温度(Tm值)
弱键, 可加热解链 氢键堆积, 有序排列(线性, 方向) l 磷酸酯键 (phosphoester bond 80~90 kc / mol) 强键, 需酶促解链 l 0.2 mol / L Na+ 生理盐条件
消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力
l 碱基堆积力 (非特异性结合力) ☆ 范德华力（Van de waals force） (1.7A°/ 嘌呤环与嘧啶环 作用半径)
氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这 一双链分离的过程叫做变性 1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（ 尿素、 酰胺 )，低盐浓度等
2、变性过程的表现 ¤ 是一个爆发式的协同过程，变性作用发生在一个很 窄的温度范围 ¤ 导致一些理化性质发生剧烈变化
表现为： ※ 熔液黏度降低 ※ 沉降速度加大 ※ 浮力密度上升 ※ 此外吸收值升高（A260nm），即增色效应
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
l第三条链位于B-DNA的 Major groove中
3、 四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA )
2、三螺旋DNA (Trible Helix DNA, T.S DNA)
（1） 形成条件
一股为嘌呤，另一股为嘧啶的核苷酸双链能够形成三链 如： polyA/polyU polydA/polydT polyd (AG)/polyd(CT)
可能与基因调控区域的功能和染色体重组有关
（2） 组成形式
D.S. DNA + D.S.DNA T.S. DNA + S.S. DNA
三、双螺旋结构的基本形式
·B-DNA 资料来自相对湿度为92％所得到的DNA钠盐纤维
·此外人们还发现了A、C、D、E等右手双螺旋和左手双螺旋 Z构象等形式
DNA结构的多态性：几种不同的DNA双螺旋结构以及同 一种双螺旋结构内参数存在差异的现象
原因：多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单键 磷酸二酯键的两个P-O键、糖苷键、戊糖环各个键
* 类病毒（viroid）: 使高等植物产生疾病的传染性因子 只由RNA组成, 无蛋白质外壳保护, 游离的共价闭合环
状单链RNA分子
三、 是否存在核酸以外的遗传物质 Prion (proteinaccous infections particle) 朊病毒－－－蛋白质样的感染因子
羊搔痒病 (scripie) 人类库鲁（ kuru） 病 牛海绵状脑炎(疯牛病)…
生物体内仅UAA为最有效的终止密码子
因为： UAA AUU
的Tm值是最低的一个，即使生 理温度下也不稳定
（3） 大片段D.S DNA分子之间比较 片段长短对Tm值的影响较小, 与组成和排列相关
（4） 小于100bp 的 D.S DNA分子比较 片段愈短， 变性愈快，Tm值愈小
（5） 变性液中含有尿素，甲酰胺等 尿素，甲酰胺与碱基间形成氢键
均由传染性病原蛋白颗粒引起
统称Prion (朊病毒)
Prion 复制? 转录? 翻译?
人类朊病毒疾病症状及发病机理
疾病
症状
库 鲁 病 共济失调、继发痴
（Kuru）
呆
医 源 性 克 雅 痴呆，共济失调 氏病(iCJD）
家 族 性 克 同上 雅氏病
零 星 发 生 克 同上 雅氏病
克雅氏病新 共济失调，常伴有 突变体vCJD 痴呆
牛朊病毒传染？
每年发生率约百万 分之一
46例
PrP基因种系突变
约50个家族
PrP 基 因 种 系 突 变 9个家族
（D178N和M129）
致死性中枢神经 系统的慢性退化
病理表现：大 脑皮层的神经 原细胞退化、 空泡变性、死 亡、消失，最 终被星状细胞 取代，因而造 成海棉状态
朊病毒带来了诺贝尔生理/医学奖
* 真核生物的结构基因占Genome的比例很小
哺乳动物中结构基因只占10％～15％
其余80％以上的DNA起什么作用目前还无 法精确解释，但可以肯定其中大部分DNA 序列是编码基因选择性表达的遗传信息
所以又称－－调控序列
二、 RNA也可作为遗传物质
* RNA病毒 传染媒介是病毒颗粒（病毒基因组RNA、蛋白质外壳） 如: 烟草花叶病毒（Tobacco Mosaic Virus ，TMV)
核糖是戊糖 RNA－核糖核苷 DNA－脱氧核糖核苷
☉ 核苷酸（nucleotide acid）
核苷的磷酸酯 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
9
1’
γ βα
其中α和β、β和γ之间是高 能磷酸键
dNTP
核糖核苷三磷酸缩写为NTP
碱基＋戊糖＝核苷
核苷＋磷酸＝核苷酸
二、DNA分子的一级结构 (DNA sequence)
5` GC 3` CG n
136.12 ℃ 5` TA 3`
AT n
36.7 ℃
＞＞ Tm ＜＜
5` CG 3` GC n 72.55 ℃
5` AT 3` TA n
57.02 ℃
※ 嘌呤嘧啶的排列顺序对双螺旋结构（稳定性）的影响 即－－氢键数目相同，但相邻碱基的堆积力不同 从嘌呤到嘧啶方向的碱基堆积力作用显著地大于 同样组成的嘧啶到嘌呤方向的碱基堆积作用
Pyrimidine-Purine Steps Have Little Base Stacking
5’ C
T 5’
3’ A
G
3’
5’ CA 3’ 3’ GT 5’
Purine-Pyrimidine Steps Have Extensive Base Stacking
5’ A C
3’
3’
G
T
5’
5’ AC 3’ 3’ TG 5’
1997 Stanley B.Prusiner
发现朊病毒是作 为老年性痴呆症 等疾病的病原并 能在寄主细胞中 繁殖传播
第二节 核酸的化学组成
一、 碱基、核苷、核苷酸
☉ 碱基 Nitrogenous bases
嘧啶 Pyrimidines
Uracil (U)
嘌呤 Purines
☉ 核苷（nucleotide） 嘧啶的1位N原子、嘌呤的9位N原子 糖苷键 Glycosidic bond
第二章 DNA的结构
第一节 遗传物质的本质 第二节 核酸的化学组成 第三节 DNA的二级结构 第四节 DNA的物理化学性质 第五节 超螺旋和拓扑异构
第四节 DNA的物理、化学性质
DNA双股链的互补 是其结构和功能上的一个基本特征 也是DNA研究中一些实验技术的基础
一、DNA分子的变性
变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区 的
GS 综 合 症 共济失调，常伴有
（GSS）
痴呆
致死性家族 睡眠隔离，接着失 失眠症（FFI） 眠，痴呆
发病机理
发现病例
通过同类相食（人） 约2600例
传染
通 过 朊 病 毒 污 染 的 HGH ， 或通过角膜移植
约80例
PrP基因种系突变
约100个家族
体 细 胞 突 变 PrPc 自 发 转变为PrPsc？
A
B
Z
Base Inclination Handedness
A
B
Z
四、一些DNA序列的不寻常结构
1、反向重复序列与二级结构 反向重复序列（inverted repeatitive sequence
or inverted repeats IR） 又称回文序列（廻文）：指两段同样的核苷酸序列同时存 在于一个分子中,有时也有不完全相同的情况 RNA和DNA 中都可能存在
3.4A° (0.34 nm/碱基对间距) ( 1 kc / mol —0.6kc / mol ) ×n
☆ 疏水作用力 (Hydrophobic interaction) (磷酸骨架, 氨基, 酮基周围水分子间的有序排列 ) 不溶于水的非极性分子在水中相互联合, 成串结合的趋势力.
* 不稳定因素 l 磷酸基团间的静电斥力 l 碱基内能增加(温度), 使氢键因碱基排列有序状态的破坏 而减弱
改变碱基对间的氢键
（6） 盐浓度的影响
Tm 值可降至40℃左右
每升0.18mol Na+是常用的标准条件
思考题：室温下蒸馏水中的DNA会如何？
（7） 极端pH条件的影响
pH ~ 12 酮基 →
烯醇基
改变氢键的形成与结合力
pH ~ 2-3 NH2 → NH2+ (质子化)
一切减弱氢键， 碱基堆积力的因素 均将使Tm 值降低
1、 多聚核苷酸链
3’
主链是核糖和磷酸
侧链为碱基
5’
由3’,5’磷酸二酯键连接
2、 链的方向：同一个磷酸 基的3’酯键到5’酯键的方向
(5’→3’)
5’-UCAGGCUA-3’
= UCAGGCUA 默认书写顺序5‘→3’
第二节 DNA的二级结构
一、 DNA双螺旋模型的提出（double helix model） * 1953. Watson & Crick
指在DNA变性的过程中，他在260nm的吸收值先是缓慢 上升，达到某一温度时及骤然上升
天然DNA和变性DNA的吸收值相差可达34％
当浓度为 50μg/ml时：
dNTPs A260 = 1.60 S.S DNA A260 = 1.37 D.S DNA A260 = 1.0
3、熔解曲线与融解温度(Tm值)
弱键, 可加热解链 氢键堆积, 有序排列(线性, 方向) l 磷酸酯键 (phosphoester bond 80~90 kc / mol) 强键, 需酶促解链 l 0.2 mol / L Na+ 生理盐条件
消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力
l 碱基堆积力 (非特异性结合力) ☆ 范德华力（Van de waals force） (1.7A°/ 嘌呤环与嘧啶环 作用半径)
氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这 一双链分离的过程叫做变性 1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（ 尿素、 酰胺 )，低盐浓度等
2、变性过程的表现 ¤ 是一个爆发式的协同过程，变性作用发生在一个很 窄的温度范围 ¤ 导致一些理化性质发生剧烈变化
表现为： ※ 熔液黏度降低 ※ 沉降速度加大 ※ 浮力密度上升 ※ 此外吸收值升高（A260nm），即增色效应
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
l第三条链位于B-DNA的 Major groove中
3、 四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA )
2、三螺旋DNA (Trible Helix DNA, T.S DNA)
（1） 形成条件
一股为嘌呤，另一股为嘧啶的核苷酸双链能够形成三链 如： polyA/polyU polydA/polydT polyd (AG)/polyd(CT)
可能与基因调控区域的功能和染色体重组有关
（2） 组成形式
D.S. DNA + D.S.DNA T.S. DNA + S.S. DNA
三、双螺旋结构的基本形式
·B-DNA 资料来自相对湿度为92％所得到的DNA钠盐纤维
·此外人们还发现了A、C、D、E等右手双螺旋和左手双螺旋 Z构象等形式
DNA结构的多态性：几种不同的DNA双螺旋结构以及同 一种双螺旋结构内参数存在差异的现象
原因：多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单键 磷酸二酯键的两个P-O键、糖苷键、戊糖环各个键
* 类病毒（viroid）: 使高等植物产生疾病的传染性因子 只由RNA组成, 无蛋白质外壳保护, 游离的共价闭合环
状单链RNA分子
三、 是否存在核酸以外的遗传物质 Prion (proteinaccous infections particle) 朊病毒－－－蛋白质样的感染因子
羊搔痒病 (scripie) 人类库鲁（ kuru） 病 牛海绵状脑炎(疯牛病)…
生物体内仅UAA为最有效的终止密码子
因为： UAA AUU
的Tm值是最低的一个，即使生 理温度下也不稳定
（3） 大片段D.S DNA分子之间比较 片段长短对Tm值的影响较小, 与组成和排列相关
（4） 小于100bp 的 D.S DNA分子比较 片段愈短， 变性愈快，Tm值愈小
（5） 变性液中含有尿素，甲酰胺等 尿素，甲酰胺与碱基间形成氢键
均由传染性病原蛋白颗粒引起
统称Prion (朊病毒)
Prion 复制? 转录? 翻译?
人类朊病毒疾病症状及发病机理
疾病
症状
库 鲁 病 共济失调、继发痴
（Kuru）
呆
医 源 性 克 雅 痴呆，共济失调 氏病(iCJD）
家 族 性 克 同上 雅氏病
零 星 发 生 克 同上 雅氏病
克雅氏病新 共济失调，常伴有 突变体vCJD 痴呆
牛朊病毒传染？
每年发生率约百万 分之一
46例
PrP基因种系突变
约50个家族
PrP 基 因 种 系 突 变 9个家族
（D178N和M129）
致死性中枢神经 系统的慢性退化
病理表现：大 脑皮层的神经 原细胞退化、 空泡变性、死 亡、消失，最 终被星状细胞 取代，因而造 成海棉状态
朊病毒带来了诺贝尔生理/医学奖
* 真核生物的结构基因占Genome的比例很小
哺乳动物中结构基因只占10％～15％
其余80％以上的DNA起什么作用目前还无 法精确解释，但可以肯定其中大部分DNA 序列是编码基因选择性表达的遗传信息
所以又称－－调控序列
二、 RNA也可作为遗传物质
* RNA病毒 传染媒介是病毒颗粒（病毒基因组RNA、蛋白质外壳） 如: 烟草花叶病毒（Tobacco Mosaic Virus ，TMV)
核糖是戊糖 RNA－核糖核苷 DNA－脱氧核糖核苷
☉ 核苷酸（nucleotide acid）
核苷的磷酸酯 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
9
1’
γ βα
其中α和β、β和γ之间是高 能磷酸键
dNTP
核糖核苷三磷酸缩写为NTP
碱基＋戊糖＝核苷
核苷＋磷酸＝核苷酸
二、DNA分子的一级结构 (DNA sequence)
5` GC 3` CG n
136.12 ℃ 5` TA 3`
AT n
36.7 ℃
＞＞ Tm ＜＜
5` CG 3` GC n 72.55 ℃
5` AT 3` TA n
57.02 ℃
※ 嘌呤嘧啶的排列顺序对双螺旋结构（稳定性）的影响 即－－氢键数目相同，但相邻碱基的堆积力不同 从嘌呤到嘧啶方向的碱基堆积力作用显著地大于 同样组成的嘧啶到嘌呤方向的碱基堆积作用
Pyrimidine-Purine Steps Have Little Base Stacking
5’ C
T 5’
3’ A
G
3’
5’ CA 3’ 3’ GT 5’
Purine-Pyrimidine Steps Have Extensive Base Stacking
5’ A C
3’
3’
G
T
5’
5’ AC 3’ 3’ TG 5’
1997 Stanley B.Prusiner
发现朊病毒是作 为老年性痴呆症 等疾病的病原并 能在寄主细胞中 繁殖传播
第二节 核酸的化学组成
一、 碱基、核苷、核苷酸
☉ 碱基 Nitrogenous bases
嘧啶 Pyrimidines
Uracil (U)
嘌呤 Purines
☉ 核苷（nucleotide） 嘧啶的1位N原子、嘌呤的9位N原子 糖苷键 Glycosidic bond
第二章 DNA的结构
第一节 遗传物质的本质 第二节 核酸的化学组成 第三节 DNA的二级结构 第四节 DNA的物理化学性质 第五节 超螺旋和拓扑异构