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第二节 DNA分子的结构和复制
第二章 遗传的分子基础
第2课时
DNA分子能够储存大量的遗传信息，那么，遗传信息是怎样传递的呢？科学家推测，既然DNA分子的两条链是互补的，那么每条链都应该能作为复制的模板合成互补链，形成两条子代DNA分子。如果把以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程称为DNA分子的复制，那么DNA分子究竟是怎样复制的呢？
课前引入
梅塞尔森
斯塔尔
区分亲代和子代的DNA，标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。
积极思维
DNA分子究竟是如何复制的？
积极思维
DNA分子究竟是如何复制的？
1. 实验材料：
2. 实验方法：
3. 实验过程：
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
同位素标记法和密度梯度离心技术
提出问题
DNA以什么方式复制？
作出假说
DNA以半保留方式复制
让大肠杆菌在15NH4Cl的培养若干代，再放置在14NH4Cl培养。
背景知识
15N 和 14N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N复制
14N复制
14N
14N
15N
15N
重带DNA
1/2轻带DNA
1/2重带DNA
3/4轻带DNA
1/4重带DNA
P:
F1:
F2:
半保留复制
积极思维
DNA分子究竟是如何复制的？
半保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
15N
15N
14N复制
14N复制
重带DNA
中带DNA
1/2轻带DNA
1/2中带DNA
积极思维
DNA分子究竟是如何复制的？
实验验证
第二次
转移到含14NH4Cl的培养液中
第一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
排除DNA的复制是全保留复制
得出结论
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
假说演绎法
15NH4Cl
积极思维
DNA分子究竟是如何复制的？
2.时间：
1.概念：
在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为DNA分子半保留复制。
间期（有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期）
真核细胞：
主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有
原核细胞：
主要在拟核中，质粒也可以。
3.DNA复制场所
4.条件：
模板
原料
酶
能量
DNA分子的两条母链
细胞中游离的4种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
ATP
DNA分子通过半保留方式进行复制
DNA分子通过半保留方式进行复制
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
使氢键断裂
(1)解旋：利用　　 提供的能量，在 的作用下，把两条螺旋的双链解开；
细胞
解旋酶
ATP
DNA分子通过半保留方式进行复制
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
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C
T
A
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T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
（2）合成子链
氢键形成不需要酶
课本P55
以解开的的每条_____为模板，在___________等酶的作用下，利用细胞中_______________________为原料，按照______________原则，各自合成与母链互补的一段子链；
母链
游离的4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
碱基互补配对
②在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
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C
G
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G
C
T
T
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
DNA聚合酶
5'
3'
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
ATP
ATP
合成方向：
子链的5'端→ 3'端
（2）合成子链
形成磷酸二酯键
DNA分子通过半保留方式进行复制
DNA分子通过半保留方式进行复制
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
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A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
（3）形成子代DNA分子
每条子链与其对应的_____盘绕成双螺旋结构，形成___个与亲代_________的DNA。
母链
2
完全相同
DNA复制的起点和方向
原核生物：单起点双向复制
真核生物：多起点双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。
DNA复制相关计算
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
21
22
23
DNA复制相关计算
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为______个。
②含15N的DNA分子数为______个。
③含14N的DNA分子数为______个。
④只含15N的DNA分子数为______个。
⑤只含14N的DNA分子数为_________个。
2n
2
2n
0
(2n－2)
DNA复制相关计算
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝_______条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝______条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝____________条。
2n＋1
2
(2n＋1－2)
DNA复制相关计算
★时间：
细胞分裂前的间期
★过程
亲代DNA提供
原则：
游离的脱氧核苷酸
碱基互补配对原则
模板：
原料：
能量：
酶：
条件
★特点
边解旋边复制
半保留复制
★意义：
保持前后代遗传信息的连续性
解旋
合成子链
复旋
ATP
解旋酶、DNA聚合酶等
子链的5' -端→3' -端
DNA复制方向：
课堂小结
1.下列关于DNA复制的叙述，不正确的是（ ）
A.DNA复制时只以DNA的一条链作为模板
B.DNA复制时以4种游离的脱氧核苷酸为原料
C.DNA复制过程需要消耗能量
D.DNA分子的复制方式是半保留复制
√
随堂小测
7. 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
√
随堂小测
3.(2019·湖南重点中学演练)BrdU在DNA复制过程中能替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸。由于含BrdU的情况不同，染色单体着色的深浅也不同：当DNA只有一条单链掺有BrdU时，则染色单体着色深；当DNA的两条单链都掺有BrdU时，则染色单体着色浅。现将豌豆根尖分生区细胞放在含有BrdU的培养基中培养，对处于不同细胞周期的细胞进行染色、制片后，在显微镜下可观察每条染色体的姐妹染色单体的着色情况。下列有关说法不正确的是（ ）
A.在此实验中，DNA中的碱基A可以与碱基T、BrdU进行配对
B.第一次分裂的中期，每条染色体中的染色单体均着色深
C.第二次分裂的中期，每条染色体中一条染色单体为深色，另一条为浅色
D.第三次分裂的中期，不可能出现每条染色体中的染色单体均着色浅的细胞
随堂小测
√
感谢观看
汇报人

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