高中生物《遗传信息的传递-(2)》最新PPT课件.ppt

1、A history of “the most beautiful experiment in biology”遗传信息的传递遗传信息的传递遗传信息的传递第一幕复制之争遗传信息的传递第一幕：复制之争“全保留复制全保留复制”DNA复制过程中，亲复制过程中，亲代代DNA分子的两条链分子的两条链都都作为作为模板，互补形模板，互补形成两条新链，新链再成两条新链，新链再组合在一起，形成一组合在一起，形成一个新的子代个新的子代DNA。两。两条母链全都保留在一条母链全都保留在一个个DNA分子中。分子中。子代子代DNA双链中有一条来双链中有一条来自于亲代自于亲代DNA，一条是新，一条是新合成的，即合成的，即“半

2、保留半保留”。德尔布吕克德裔美籍生物学家沃森 克里克“半保留复制半保留复制”“分散复制分散复制”母链水解母链水解成若干片段，成若干片段，复制完成后重新组合成复制完成后重新组合成子代子代DNA。子代。子代DNA中中既有母既有母链片段链片段，也有新，也有新合成片段。合成片段。遗传信息的传递第一幕：复制之争如何区分新合成如何区分新合成DNA链（子链）与原有链（子链）与原有DNA链（母链）？链（母链）？DNA复制后，如何观测复制结果？复制后，如何观测复制结果？亲代亲代DNA第第1次次复制后复制后半保留复制半保留复制全保留复制全保留复制分散复制分散复制遗传信息的传递Meselson M, Stahl F

3、 W. The replication of DNA in Escherichia coliJ. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1958, 44(7): 671-682.第二幕最美的实验遗传信息的传递第二幕：最美的实验氮元素同位素标记氮元素同位素标记氯化铯密度梯度离心氯化铯密度梯度离心梅塞尔森M. S. Meselson美国化学博士斯特尔F. W. Stahl美国病毒学博士你你说这些大佬争说这些大佬争来争去没个定论，来争去没个定论，要不咱做个实验要不咱做个实验证明下，可好？证明下，可好？我看行，我看行，你懂你懂化化学，学，我懂

4、生物，我懂生物，咱们是强强联合、咱们是强强联合、天作之合！天作之合！低 密度 高小时遗传信息的传递第二幕：最美的实验实验步骤：实验步骤：预测实验现象预测实验现象15NH4Cl培养液培养液大肠杆菌大肠杆菌14NH4Cl培养多代培养多代分裂一次分裂一次分裂两次分裂两次离心离心离心离心离心离心繁殖代数繁殖代数全保留复制全保留复制半保留复制半保留复制分散复制分散复制012一条轻带、一条重带一条轻带、一条重带一条轻带、一条重带一条轻带、一条重带一条中带一条中带一条轻带、一条中带一条轻带、一条中带一条中带一条中带一条中带一条中带一条重带一条重带一条重带一条重带一条重带一条重带遗传信息的传递第二幕：最美的实

5、验实验结果实验结果： _DNA复制是半保留复制方式复制是半保留复制方式低 密度 高繁殖代数实验编号混合混合轻带 14N-14N中带 14N-15N重带 15N-15N显微光密度计显微光密度计紫外光照射紫外光照射轻 中 重带 带 带DNA含量密度0遗传信息的传递Bessman M J, Kornberg A, Lehman I R. Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acidJ. Journal of Biological Chemistry, 1956, 244(11):3029.Korenberg J R, Freedlender E F. Gi

6、emsa technique for the detection of sister chromatid exchangesJ. Chromosoma, 1974, 48(4): 355-360.第三幕新的证据遗传信息的传递第三幕：新的证据DNA体外体外复制实验复制实验1958年，科恩伯格发现在年，科恩伯格发现在适宜温度和适宜温度和pH下，只有在下，只有在试管中加入：试管中加入：4种脱氧核苷酸、大肠杆菌研磨提取液、种脱氧核苷酸、大肠杆菌研磨提取液、ATP、少量噬菌体、少量噬菌体DNA后后，DNA含量才会增加，且新含量才会增加，且新合成合成DNA的碱基比例与噬菌体的碱基比例与噬菌体DNA非常相似

7、。非常相似。加入的噬菌体加入的噬菌体DNA起何作用？起何作用？加入加入的的4种种脱氧核苷酸脱氧核苷酸起起何何作用？作用？加入的加入的ATP起何作用？起何作用？加入加入的大肠杆菌研磨液起何作用？的大肠杆菌研磨液起何作用？Arthur Kornberg美国生化学家亲代亲代DNA子代子代DNADNA聚合酶聚合酶解旋酶解旋酶母链母链子链子链原料原料模板模板含有含有DNADNA复制所需要的酶复制所需要的酶供能供能遗传信息的传递第三幕：新的证据解旋解旋：解旋酶催化氢氢键键断裂，消耗ATP，碱基暴露，形成二条模板链（母链）1合成子合成子链链：周围游离的脱氧核苷酸与母链的碱基互补配对、形成氢键，DNA聚合酶催

8、化相邻脱氧核苷酸形成磷酸二酯键磷酸二酯键，形成一条新链（子链）2螺旋化螺旋化：子链与母链恢复双螺旋结构3遗传信息的传递第三幕：新的证据DNADNA复制是全部解旋后再复制吗？复制是全部解旋后再复制吗？右图右图A A、B B、C C三处复制先后顺序？三处复制先后顺序？左图左图DNADNA复制可能的场所？复制可能的场所？左左图图DNADNA复制可能的时期？复制可能的时期？不是，边解旋边复制不是，边解旋边复制BCA复制起点亲代DNA2个子代DNA母链子链A B C细胞核、线粒体、叶绿体细胞核、线粒体、叶绿体分裂间期（有丝分裂、减数分裂）分裂间期（有丝分裂、减数分裂）真核细胞真核细胞DNA复制电镜照复制

9、电镜照遗传信息的传递第三幕：新的证据染色单体染色单体色差色差法实验法实验1974年，科伦贝格发现：年，科伦贝格发现：将中华仓鼠（将中华仓鼠（2N=22）卵）卵巢巢细胞放在含细胞放在含BrdU（5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸，一一种碱基种碱基类似物类似物）培养液培养液中中培养培养后后，经经Giemsa染料染料染色染色，DNA渗入渗入BrdU越多，越多，染色染色越越浅浅。从第二次分裂周期从第二次分裂周期开始，姐妹染色单体出现色差。开始，姐妹染色单体出现色差。第一次分裂中期第二次分裂中期第三次分裂中期遗传信息的传递Graham J E, Marians K J, et al. Indepe

10、ndent and stochastic action of DNA polymerases in the replisomeJ. Cell, 2017, 169(7): 1201-1213. e17.第四幕尾 声遗传信息的传递第四幕：尾声1985年，年，Kary Mullis发明了聚合发明了聚合酶链式反应（酶链式反应（PCR），可在），可在几小几小时内时内人工合成人工合成上百万份上百万份DNA拷贝拷贝，广泛应用于生物学、医学、刑侦广泛应用于生物学、医学、刑侦等领域等领域。PCR仪2017年，美国加州大学等机构研年，美国加州大学等机构研究人员利用复杂的成像技术和荧究人员利用复杂的成像技术和荧光

11、染料，首次拍摄到大肠杆菌单光染料，首次拍摄到大肠杆菌单个个DNA分子复制的全过程：分子复制的全过程：遗传信息的传递第四幕：尾声巩固练习巩固练习现现将将中华仓鼠（中华仓鼠（2N=22）卵原细胞放在含）卵原细胞放在含BrdU、不含胸腺嘧啶脱氧核苷酸、不含胸腺嘧啶脱氧核苷酸（T）的培养液中培养）的培养液中培养，细胞分裂，细胞分裂后用后用Giemsa染料染色染料染色。DNA双链都不含双链都不含BrdU的染色体颜色最深，的染色体颜色最深，DNA单链含单链含BrdU的染色体颜色较深，的染色体颜色较深，DNA双链双链都含都含BrdU的染色体颜色较浅。的染色体颜色较浅。新手：新手：DNA复制复制2次后，含次后

12、，含T的的DNA分子占所有分子占所有DNA分子的分子的比例比例_。普通普通：若：若某某DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸200个，经过个，经过3次次DNA复制复制， 结合了结合了_个个游离的游离的BrdU。困难困难：有丝：有丝分裂分裂第第1、2次后期次后期每个细胞中每个细胞中染色体染色体几条较深、几条较浅几条较深、几条较浅？ 第一次第一次：44条较深条较深 第二次：第二次：22条较深、条较深、22条较条较浅浅专家专家：有丝：有丝分裂分裂经经1、2次次分裂分裂后含较深染色体的子细胞比例？后含较深染色体的子细胞比例？ 第一次第一次：1 第二次：第二次：1/2, 11/214

13、00遗传信息的传递遗传物质代代同，吾自一生无复重。万里长歌行己路，不畏浮云不随风。遗传信息的传递第一幕：复制之争科恩伯格于1959年获得诺贝尔生理学或医学奖沃森、克里克于1962年获得诺贝尔生理学或医学奖德尔布吕克于1969年获得诺贝尔生理学或医学奖梅塞尔森之后在哈佛大学任教，于1963年获美国国家科学院奖，1995年获摩尔根奖斯特尔之后在俄勒冈大学任教，于1996年获摩尔根奖遗传信息的传递第一幕：复制之争2017年，美国加州大学等机构研究人员利用复杂的成像技术和荧光染料，首次拍摄到大肠杆菌单个DNA分子复制的全过程：遗传信息的传递第一幕：复制之争Meselson M, Stahl F W.

14、The replication of DNA in Escherichia coliJ. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1958, 44(7): 671-682.第三幕最美的实验遗传信息的传递第一幕：复制之争Norman W. Church Laboratory of Chemical Biology遗传信息的传递第一幕：复制之争遗传信息的传递第一幕：复制之争冈崎恒子（左），冈崎令治（右）冈崎片段遗传信息的传递第一幕：复制之争复制起点双向复制密度时间(分钟)繁殖代数遗传信息的传递第一幕：复制之争甲甲 乙乙 丙丙遗传信息的传递第

15、一幕：复制之争Fig. 7. CHO cell after three rounds of replication in the presence of BrdUrd. Only one fourth of the chromatin is unifilarly substituted and thus stained darkly with the FPG techniqueFig. 6. An endoreduplicated cell showing the inner two chromatids darkly stained by the FPG technique. This in

16、dicates an outer-outer orientation of the newly synthesized polynucleotide strands (see text)Fig. 11 . Chinese hamster ovary cell. Chromosomes stained by the fluorescent plus Giemsa (FPG) technique to give permanently Giemsa-stained harlequin chromosomes中国仓鼠，2N=22遗传信息的传递第一幕：复制之争拓补异构酶：在双链DNA解螺旋的时候打断单

17、链（Type I ）或双链Type II），然后DNA helicase（DNA解旋酶）来断开DNA-DNA或DNA-RNA之间的氢键轻 中 重带 带 带DNA含量密度0轻带中带重带密度DNA含量0梅塞尔森和斯特尔认为：DNA双链为15N-15N呈重带DNA双链为14N-15N呈中带DNA双链为14N-14N呈轻带TIPWatson J D, Crick F H C. Molecular structure of nucleic acidsJ. Nature, 1953, 171(4356): 737-738.1953年4月25日，Nature杂志发表了沃森(J. D. Watson)和克里克(F. H. Crick)关于DNA分子结构模型的论文，开启了分子生物学的大门。序幕