DNA分子的结构说课课件

分子的结构DNA是储存遗传信息的核酸分子其结构复杂而精美本节将探讨独特的双DNA,DNA螺旋结构以及其在生命过程中的重要作用,生命的密码承载遗传信息的化学结构独特DNA DNA（脱氧核糖核酸）是存在于具有双螺旋的化学结构由DNA DNA,生物细胞核中的遗传物质它保碱基、五碳糖和磷酸组成能够,,存了生物体的全部遗传信息准确地复制和传递遗传信息是生命的编码研究开启新纪元DNA DNA中所含有的遗传信息就像结构的发现揭开了生命科DNA,DNA,一本生命的秘密图册决定着生学的新篇章为医学、农业等领,,物体的特征和功能域带来了革命性的进展的化学成分DNA核酸组成五碳糖分子由三种基本化学单元组的糖分子是脱氧核糖具有五DNA DNA,成五碳糖、磷酸和四种碱基个碳原子不含氧:,磷酸四种碱基分子骨架由磷酸分子连接而中包含腺嘌呤、鸟嘌呤DNA DNA A成提供了负电荷、胞嘧啶和胸腺嘧啶四种,G CT碱基核酸的三大类型核糖核酸脱氧核糖核酸转移核酸RNA DNAtRNA是单链核酸主要存在于细胞质中参与是双链核酸主要存在于细胞核中携带是短链核酸负责将氨基酸运输到蛋RNA,,DNA,,tRNA,蛋白质合成和基因表达调控它具有较短遗传信息它具有长而稳定的双螺旋结白质合成的地方它具有特殊的二级和三的单链分子结构构级结构核酸的基本单位核苷酸—糖核苷酸的五碳糖骨架是脱氧核糖或核糖糖为核酸提供结构和能量支持碱基核苷酸中含有四种主要的有机碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和嘧啶磷酸磷酸基团连接糖和碱基提供核酸的骨架和电荷这些磷酸键连接形成核苷酸的聚合,物核苷酸的组成磷酸1核苷酸由磷酸、五碳糖和一种碱基三部分组成磷酸提供了负电荷并参与化学键的形成,五碳糖2五碳糖是核苷酸的另一个组成部分它提供了核苷酸的骨架最,常见的五碳糖是核糖或脱氧核糖碱基3核苷酸中含有四种主要碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶:A G C和胸腺嘧啶它们负责储存和传递遗传信息T磷酸化学结构广泛用途酸性特性磷酸分子由一个磷原子与四个氧原子组成磷酸广泛应用于食品、化工、农业等领域磷酸属于无机强酸能够与水反应产生氢离,,,形成四面体结构具有极性共价键是一种重要的化学品子表现出强酸性,,五碳糖糖的碳数五碳糖的种类五碳糖的构造五碳糖在生命中的作用糖根据碳原子的数量可分为三常见的五碳糖有核糖和脱氧核五碳糖具有一个醛基和五个碳五碳糖在细胞代谢中起关键作类三碳糖、五碳糖和六碳糖它们是核酸分子中重要的原子其中四个碳原子连接着用参与、以及一些辅:,,,DNA RNA糖其中五碳糖是一种重要的组成部分羟基基团这种环状结构为核酶的合成是生命活动不可或,生物大分子酸分子提供了支架缺的重要组成部分碱基核苷酸的核心成分四种主要碱基碱基是核酸分子中的重要组成部分与五碳糖和磷酸结合形成中有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶四,DNAA G CT核苷酸种碱基配对规则化学特性与、与通过氢键形成互补配对这种配对规则保证了这四种碱基具有不同的化学性质和空间构型决定了双链A T GC,DNA,DNA双螺旋结构的稳定性的特殊结构四种主要碱基腺嘌呤胸腺嘧啶腺嘌呤是和中的一种碱基具有双环结构用表示胸腺嘧啶是中特有的碱基具有单环结构用表示DNA RNA,,A DNA,,T鸟嘌呤尿嘧啶鸟嘌呤是和中的另一种碱基也具有双环结构用表尿嘧啶是中特有的碱基与胸腺嘧啶结构相似用表示DNA RNA,,G RNA,,U示碱基间的配对规则腺嘌呤鸟嘌呤AG与胸腺嘧啶形成二氢键配对与胞嘧啶形成三氢键配对T C氢键配对互补配对碱基之间通过氢键形成特定的配对模和形成碱基对维持双螺旋结A-TG-C,式构双螺旋结构DNA分子采取双螺旋的三维立体结构由两条反平行的多核苷酸链DNA,通过碱基配对而形成碱基之间形成的氢键将两条链连接在一起,从而维持了的稳定结构这种双螺旋结构有利于分子的复DNA DNA制和遗传信息的传递双链分子的结构特点DNA双螺旋结构碱基配对结构稳定性分子采取双螺旋的三维结构两条多核中的四种碱基按照特定的配对规则腺碱基配对和磷酸骨架形成的氢键和共价键使DNA,DNA苷酸链相互缠绕形成螺旋状嘌呤胸腺嘧啶鸟嘌呤胞嘧啶相互连接分子结构保持稳定-,-DNA分子的骨架DNA糖磷酸骨架碱基附连-12分子的主要结构是由碳糖碱基通过糖苷键与五碳糖连接DNA5,和磷酸基团连接而成的糖磷酸形成核苷酸并垂直排列在糖-,-骨架磷酸骨架上连续排列螺旋结构34链条中的核苷酸通过磷酸二酯两条链以双螺旋的方式缠DNA键连接形成一个连续的分绕在一起形成稳定的双螺,DNA,DNA子骨架旋结构分子中的主要键合DNA共价键分子中的核苷酸通过共价键相连形成长链的双螺旋结构这种键合方式具有很强的DNA,DNA化学稳定性氢键碱基对之间通过弱的氢键相连保持双链的稳定结构这种键合方式易受外界条件影响,DNA磷酸基团分子的主链由磷酸基团和五碳糖单元交替连接而成提供了分子的骨架结构DNA,DNA双螺旋的方向DNA5→31双链分子两条链以到的方向平行排列DNA53链的反平行2即一条链从端到端另一条链则从端到端53,35平行排列3双链分子两条链在空间上是平行排列的DNA双螺旋结构中两条多聚核酸链以反平行的方式排列每条链的和端分别位于双螺旋的相反方向这种平行但反向排列的结构确保了DNA,,53分子具有定向性并有利于遗传信息的正确复制和传递DNA,分子的手性DNA左手螺旋空间构型双螺旋结构是一种左手螺旋分子的手性决定了其在空间DNA,DNA其螺旋方向从顶端看是逆时针旋中的三维构型这使其具有独特的,转生物学功能光学性质双螺旋具有偏振光的光学活性可以旋转偏振光的偏振平面DNA,双螺旋的超螺旋DNA过度缠绕异常放松拓扑异构酶双螺旋在细胞核中浓缩折叠时会产生额双螺旋在某些情况下会形成负超螺旋状拓扑异构酶是一类能够调节超螺旋DNA DNA DNA DNA外的超螺旋缠绕这种过度缠绕状态称为正态即链过度放松而产生的一种非正常状态的酶它们可以切断链并重新连接,,DNA,DNA,超螺旋卷曲从而改变的缠绕程度DNA复制的过程DNA模板识别DNA聚合酶识别并定位到双链复制的起点DNA DNA双链分离双链在解旋酶的作用下分开暴露出两条单链DNA DNA,DNA核苷酸补充聚合酶根据模板链依次补充互补的核苷酸形成新的链DNA,DNA链接连接酶将新合成的片段连接成完整的双链分子DNA DNA复制的两种方式DNA半保留复制非对称复制在这种方式中分子会分开并形成两个独立的母链每个母链这种复制方式是有偏差的即只复制一条链另一条链则保持不,DNA,DNA,将作为模板合成出一条新的子链这样最终形成两个结构完全相变这种非对称复制会在某些情况下产生突变为生物进化提供基,,同的分子础DNA半保留复制半保留复制DNA复制过程中双链会分离成两条单链每条单链作为模板合成新的互补链这样新合成的分子包含一DNA,DNA,,DNA条旧链和一条新链实现了的半保留复制,DNA复制过程首先双链打开形成复制叉然后聚合酶在新的单链上合成互补链实现复制这种复制方式可以保证DNA,;DNA,DNA遗传信息的高度保真复制准确性通过纠错修复机制复制过程中的错误率极低确保了子代序列与母本几乎完全一致遗传信息的可靠性得到,DNA,DNA,保证复制的机制DNA酶促合成1聚合酶促进新链的合成DNA引物结合2引物与链结合作为起始点RNA DNA连续合成3聚合酶沿主链延伸合成新链DNA链错配纠正4外切酶修复复制过程中的错误复制是一个精准有序的过程首先聚合酶识别和结合引物然后连续合成新的链同时外切酶会纠正复制过程中的错误确保复制的DNA,DNA,DNA,,DNA高保真度这种精密的机制确保了生命信息的忠实传递复制过程中的纠错修复精确复制纠错机制12复制是一个高度精确的过程但是偶尔仍会出现错误聚合酶拥有校正功能可以识别并修正复制过程中产生的DNA,DNA,错误维护完整性多种途径34纠错修复有助于维护分子的完整性确保遗传信息的准确细胞还拥有其他纠错修复机制如碱基失配修复等确保DNA,,,DNA传递分子的高保真复制聚合酶的作用DNA复制修复纠错校正DNA DNA聚合酶是一种关键酶负责在复制过聚合酶还能修复分子上的损坏部位聚合酶可以识别并纠正复制过程中产生DNA,DNA DNA DNA,DNA程中添加核苷酸确保新双链的正确合维护遗传信息的完整性的错误确保新序列的正确性,DNA,DNA成的存在形式DNA染色体质粒分子以双螺旋的形式包装在细菌和一些原核生物还可以携带DNA染色体中存在于细胞核内染色一种环状的、独立于染色体的,体是携带遗传信息的重要单位分子称为质粒质粒能独立DNA,复制线粒体DNA细胞内的线粒体和叶绿体都含有自己的分子这些分子是环状的独DNA,DNA,立于细胞核DNA染色体与基因染色体基因联系与区别重要性染色体是分子的高度有序基因是染色体上特定序列染色体由和蛋白质组成包染色体和基因共同构成了生命DNADNADNA,排列位于细胞核内染色体的功能单元负责编码特定蛋含多个基因是遗传信息的载的遗传蓝图是生物体内遗传,,,,携带遗传信息维持生命的基白质决定生物的遗传特征体基因则是中编码特定信息的储存和传递的关键所,,DNA本单位蛋白质的基本单位在基因在染色体中的排列染色体的构成染色体由许多个基因组成每个基因负责编码特定的蛋白质,基因的排列基因以线性顺序排列在染色体上按照一定的位置和间距分布,基因位点每个基因在染色体上的位置都有一个特定的位点这被称为基因座,基因组地图根据基因在染色体上的位置可以绘制出基因组的地图,分子结构研究的历史DNA早期的探索战后的突破不断深入技术突破分子结构的研究历史可以二战后沃森和克里克通过对此后科学家们进一步研究了随着分子生物学和基因工程技DNA,,追溯到世纪末期科学家们射线衍射图谱的分析于的化学结构、手性、超螺术的进步人类对分子结构19DNA X,DNA,DNA通过化学分析和热力学实验年提出了著名的双螺旋结构以及复制、转录、的认识愈加深入和细致为生,1953DNA,DNA,初步了解了核酸的化学特性旋模型揭示了遗传物质的分修复等过程推动了分子生物命科学的各个领域带来了革命,,子结构学的快速发展性的影响研究结构的科学家DNA弗朗西斯克里克詹姆斯沃森罗莎琳德富兰克林尔温查尔加夫····双螺旋结构的共同发现者双螺旋结构的共同发现者英国生物化学家通过射线晶体发现了碱基对的配对规律DNA,DNA,,X DNA,为生物学奠定了基础他与沃是新分子遗传学的奠基人之衍射技术获得了关键的结构为双螺旋结构的解析作出了DNADNA森一起提出了遗传信息的中一他与克里克合作揭示了数据为沃森和克里克的发现做关键性贡献他提出了查尔加DNA,,心法则分子的三维结构出了重要贡献夫规则DNA本节小结回顾重点总结本节课程中分子结构的主要特点包括化学成分、碱基对接规则、双螺旋结构等DNA,应用实践分子结构的认知对我们理解生命奥秘、发展生物技术等都有重要意义需要把知识应用于DNA,实践探索未知分子结构的研究历程曲折而深入仍有许多未解之谜有待继续探索和揭示DNA,。