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(共23张PPT)
第3节DNA的复制
本节聚焦：
1）怎样证明DNA是半保留复制的？
2）DNA的复制过程是怎样的？
3）DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义？
第3章基因的本质
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。”
in the following communications. We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chemical arguments.
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic material.
Full details of the structure, including the con-ditions assumed in building it , together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere.
《核酸的分子结构》论文节选
碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
这句话中为什么要用“可能”二字？这反映科学研究具有什么特点？
问题探讨
碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示DNA的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。
半保留复制
全保留复制
对DNA复制的推测
提出问题
DNA以什么方式复制？
作出假设
DNA以半保留方式复制（全保留）
如何来证明哪个观点是正确的？
关键思路是什么？
通过实验区分亲代和子代的DNA。
如何区分亲代和子代的DNA？
14N和15N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同氮元素的DNA。
知识 .背景
将1个含15N/15N-DNA的亲代大肠杆菌置于含14NH4Cl的普通培养液中培养。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA进行离心。在右表中标记（DNA所在位置+宽度）
代数 全保留 复制 半保留
复制
亲代
子一代
子二代
温馨提示：用不同颜色笔或实线虚线区分14N、15N。
一、DNA半保留复制的实验证据
15N/14N
14N/14N
15N/14N
一半轻带一半重带
将15N标记的1个DNA分子在14N中培养2代，请预测3种推测中，子一代、子二代DNA的离心结果(位置及宽度)。
预测离心结果
全保留复制
半保留复制
子一代
子二代
15N/15N
14N/14N
15N/15N
14N/14N
3/4轻带
1/4重带
全部中带
一半轻带
一半中带
演绎推理
一、DNA半保留复制的实验证据
1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料,用同位素标记技术和离心技术，根据复制后DNA分子在试管中的位置即可确定复制方式。
实验验证
实验结果与半保留复制（沃森、克里克提出）预期结果一致！
结论：DNA的复制是半保留复制
一、DNA半保留复制的实验证据
得出结论
发现问题
提出假说
演绎推理
实验验证
半保留复制、全保留复制
推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果
结论：DNA复制是半保留复制
DNA是如何复制的
证明DNA半保留复制的实验
物理、化学技术对生物学研究具有重要意义！
一、DNA半保留复制的实验证据
假说演绎法
DNA的复制是怎样进行的？
沃森、克里克：DNA双链解开→子链延伸→形成新DNA
过程
解旋
模板：2条母链
（以两条母链为模板，以细胞中4种游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在能量的驱动和DNA聚合酶的催化下，各自合成与母链互补的一条子链）—— 4个条件
互补子链延伸
二、DNA分子复制的过程
（在解旋酶的作用下，氢键断裂,螺旋的双链解开）
螺旋化，形成子代DNA
特点2：半保留复制
（随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。同时，每条新链与其对应的模板链螺旋成双螺旋结构。）
特点1：边解旋边复制
母链
子链
母链
子链
1.DNA复制的条件
2.DNA复制的特点:
边解旋边复制
半保留复制
①模板：
②原料：
③能量：
④ 酶：
亲代DNA的两条母链
4种游离的脱氧核苷酸
细胞提供的能量（ATP）
3.DNA复制的方向:
5' 端→ 3' 端（子链）
5.DNA复制的意义：
将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。
复制正确
遗传
复制出错
变异
氢键
解旋
多起点双向复制
单起点双向复制
4.DNA复制的起点和方向:
原核生物：
真核生物：
a b c d
DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）
解旋酶（解螺旋，打开氢键）
二、DNA分子复制的过程
TCTTGCTC
AGAACGAG
1）规则的双螺旋结构为复制DNA提供精确的模板。
DNA通过复制，会将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。因此，DNA必须准确复制，请从下面结构中，找出其准确复制的因素：
2）严格的碱基互补配对保证了复制能够准确无误地进行。
AGAACGAG
TCTTGCTC
AGAACGAG
TCTTGCTC
+
人体细胞某DNA的长度为200×10-9m，复制速度为5 ×10-9m/s，但经检测却发现此DNA的复制只需5s的时间。此事实说明什么？
具多个复制起点。若共有4个复制起点，则又可说明什么？
进行双向复制。
具有互补碱基序列的DNA单链，可以通过碱基对之间形成氢键等，形成稳定的杂合双链区。不能互补的区域则会形成环。
常作为鉴定不同物种间亲缘关系远近的证据。
杂合双链区的比例越大，则亲缘关系越近。
DNA分子杂交技术 教材P62
科学.技术.社会
分析甲乙丙三种生物的亲缘关系
亲代DNA分子经n次复制后，则
①子代DNA分子数：
②含15N的DNA分子数：
④不含15N的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
⑤含15N的DNA分子数与子代DNA分子数之比为：
2/2n
③只含15N的DNA分子数：
0个
三、DNA复制中的有关计算
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
② 15N脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
亲代DNA分子经n次复制后，则
三、DNA复制中的有关计算
m（ 2n-1）
（1）则经过n次复制共需要消耗
腺嘌呤脱氧核苷酸个数为：
（2）第n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧
核苷酸个数为：
m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1
若DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，则
三、DNA复制中的有关计算
例１.用15N标记的一个DNA分子,放在含有14N的培养基中复制三次，则子代中，
１）含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例是
２）含15N链占全部DNA单链的比例是
３）含有14N的DNA分子占全部DNA分子的比例是
４）只含14N的DNA分子占全部DNA分子的比例是
５）含14N链占全部DNA单链的比例是
1/4
1/8
1
3/4
7/8
一、概念检测 课本p56
1.DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。据此判断下列相关表述是否正确。
（1）DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。 （ ）
（2）在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成。 （ ）
×
×
2.DNA的复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ）
A. 复制均在细胞核内进行
B. 碱基互补配对原则保证了复制的准确性
C. 1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子
D. 游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链
B
叶绿体、线粒体、原核生物和DNA病毒无细胞核
2个
DNA聚合酶
DNA的复制发生在间期
3.将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是（ ）
A. 所有的大肠杆菌都含有15N
B. 含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2
C. 含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4
D. 含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8
C
1.虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错误？这些错误可能产生什么影响？
可能有31.6×2×108÷109≈6个碱基发生错误，产生的影响可能很大，也可能没有影响。
1.下图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验，下列叙述正确的是(　)
A.可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验
B.可用(NH4)235SO4、(NH4)232SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行上述实验
C.试管③中b带的DNA的两条链均含有14N
D.仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制为半保留复制
练一练
D
有丝分裂中染色体标记问题
DNA复制与细胞中的染色体标记问题
取一个全部N被15N标记的DNA分子，
转移到含14N的培养基中培养(复制)2代
复制
.
.
分裂1次
复制
复制
.
.
.
.
分裂2次
分裂2次
培养一个细胞周期，
产生的子染色体都带有标记
培养2个细胞周期，产生的子染色体一半带有标记
减数分裂中染色体标记问题
将含有15N的DNA转至含14N标记培养液中培养
复制
.
.
.
.
减Ⅰ
.
.
.
.
减Ⅱ
减Ⅱ
减数分裂产生的子染色体都带有标记
DNA复制与细胞中的染色体标记问题

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