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来源:百度文库 编辑:神马品牌网 时间:2024/04/29 15:24:00

DNA分子的结构和复制

我们已经知道DNA是遗传物质,通过它能够使上一代的性状
在下一代表现出来。那么,DNA为什么能够起遗传作用呢?这与
它的结构和功能特点有着密切关系。

DNA分子的结构20世纪40年代~50年代,科学家已经知道DNA
分子是由四种脱氧核苷酸组成的一种高分子化合物。但是,对于只
由四种脱氧核苷酸组成的DNA分子为什么能够成为遗传物质,仍然
感到困惑不解。为此,许多科学家都投入到对DNA分子结构的研究
中。1953年,美国科学家沃森和英国科学家克里克,共同提出了
DNA分子的双螺旋结构模型.

DNA分子的结构模式图中可以看出,DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸(如图)。由于组成脱氧核苷酸的碱基只有四种:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),因此,脱氧核苷酸也有四种,即腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA分子就是由很多个脱氧核苷酸聚合而成的长链,简称多核苷酸链。

沃森和克里克认为,DNA分子的立体结构是规则的双螺旋结构。这种结构的主要特点是:(1)DNA分子是由两条链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连结,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。(3)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连结成碱基对,并且碱基配对有一定的规律:A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对;G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应关系,叫做碱基互补配对原则。在DNA分子的结构中,碱基之间的氢键具有固定的数目,即A与T之间以2个化学键相连(A=T),G与C之间以3个化学键相连(G≡C)。由于嘌呤分子(A、G)大于嘧啶的分子(C、T),因此,要保持DNA两条长链之间的距离不变,必定是一个嘌呤与一个嘧啶配对。根据碱基分子所占空间的大小,只有A与T配对,G与C配对,碱基对的长度才能大致相同。根据DNA分子的上述特点,沃森和克里克制作出了DNA分子的双螺旋结构模型。

从制作的DNA双螺旋结构模型中可以看出,组成DNA分子的碱基虽然只有四种,但是,碱基对的排列顺序却是可以千变万化的。例如,在生物体内,一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对,这些碱基对可能的排列方式就有44000种。碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。由此可见,DNA分子是能够储存大量的遗传信息的。碱基对的排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性,而碱基对的特定的排列顺序,又构成了每一个DNA分子的特异性,这就从分子水平上说明了生物体具有多样性和特异性的原因。DNA分子的复制DNA分子的结构不仅使DNA分子能够储存大量的遗传信息,还使DNA分子能够传递遗传信息。遗传信息的传递是通过DNA分子的复制来完成的。DNA分子的复制是指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。这一过程是在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期,随着染色体的复制而完成的。

DNA的复制是一个边解旋边复制的过程(如图)。复制开始时,DNA分子首先利用细胞提供的能量,在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开,这个过程叫做解旋。然后,以解开的每一段母链为模板,以周围环境中游离的四种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的一段子链。随着解旋过程的进行,新合成的子链也不断地延伸,同时,每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构,从而各形成一个新的DNA分子。这样,复制结束后,一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。新复制出的两个子代DNA分子,通过细胞分裂分配到子细胞中去。由于新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,因此,这种复制方式叫做半保留复制。由DNA的复制过程可以看出,DNA分子复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA分子独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板,通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。DNA分子通过复制,使遗传信息从亲代传给了子代,从而保持了遗传信息的连续性。

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