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第2节 DNA分子的结构和复制
第2课时
阐明DNA分子复制的条件、过程和特点，通过对DNA复制过程的理解和应用培养分类归纳总结的科学思维。
01
02
了解DNA分子半保留复制的实验证据，基于对DNA半保留复制过程的理解进一步形成结构与功能相适应的观念
　　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。”
《核酸的分子结构》论文节选
DNA的复制发生在什么时期？
DNA分子是怎样进行复制的呢
复制一次
亲代DNA
子代DNA
全保留复制模型：即亲代的双螺旋形态结构完全不变，
子代只是全新的复制品。
模型1
一、对DNA复制的推测
模型2
分散复制模型：即亲代的DNA会分散进入子代复制品的每条链中，亲代和子代的DNA都是旧DNA和新DNA的混合体。
复制一次
亲代DNA
子代DNA
半保留复制模型：即以亲代DNA的每条链为模板合成一条
互补子链，再与互补子链组成子代DNA
模型3
复制一次
亲代DNA
子代DNA
半保留
复制
全保留
复制
需要通过实验验证
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？
分散
复制
1.实验者：
2.实验材料：
3.实验方法：
美国生物学家米西尔森和斯塔尔
4.背景知识：
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
同位素标记法
①15N和14N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；
②利用离心技术可以在盛有氯化铯溶液的试管中区分含有不同氮元素的DNA；
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
轻链
中链
重链
密度梯度离心技术
高密度带
中密度带
低密度带
15N
14N
15N
15N
14N
14N
密度梯度离心法（补充）
亲 代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
假设DNA的复制是全保留复制
15N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
演绎推理
子一代
子二代
亲 代
细胞再分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
假设DNA的复制是分散复制
15N
14N
15N
14N
演绎推理
15N
14N
14N
14N
15N
14N
亲 代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
假设DNA的复制是半保留复制
演绎推理
证明DNA的复制是半保留复制
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA的复制是分散型复制
实验验证
1.细菌在含15NH4Cl的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再移入含14NH4Cl的培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　)
A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
A
二、DNA复制的过程
1.概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA→DNA。
2.场所：
真核细胞：细胞核（主要）、叶绿体、线粒体。
原核细胞：细胞质
病毒：宿主细胞内
3.时间：
细胞分裂前的间期。
(有丝分裂前的间期，减数分裂前的间期）
解旋
合成子链
螺旋化
①在解旋酶的作用下，氢键断裂，部分DNA双螺旋的两条链解开。
②DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，一游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的一条子链。
4.过 程
③每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
解旋酶
DNA聚合酶
母链(模板链)
子链(新合成的链)
四种脱氧核苷酸
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
1.解旋
2.合成子链
3.螺旋化
C.酶：
解旋酶、DNA聚合酶等
B.原料：
四种脱氧核苷酸
A.模板：
亲代DNA的两条母链
D.能量：
ATP
5.复制的条件：
7.复制的结果：
半保留复制（结果），
边解旋边复制（过程），
多起点双向复制（真核）
6.复制的特点：
1个DNA→2个DNA
思考：1.DNA为什么能准确复制？
⑴因为它具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；
⑵因为它的碱基互补配对能力，能够使复制准确无误。
2.复制后的两个DNA是如何平均分配到两个细胞中的？
随染色单体的分离进入两个细胞中
3.复制的意义是什么？
DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持亲代和子代遗传信息的连续性
多起点双向复制
单起点双向复制
思考：4.真核细胞与原核细胞DNA复制有什么区别？
将含有 15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
(1)DNA分子数：
①子代DNA (含14N)分子数＝
②含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数＝
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数＝
2n个
2个
(2n－2)个
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝
②亲代脱氧核苷酸链数(15N) ＝
③新合成的脱氧核苷酸链数(14N) ＝
2n＋1条
2条
(2n＋1－2)条
三、DNA复制的相关计算
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸 ？
②第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数？
(3)消耗的脱氧核苷酸数：
m (2n－1)个
m·2n－1
例、一个具有a个碱基对的DNA，含有b个A，该DNA完成n次复制，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸多少个？
一个DNA含有胞嘧啶脱氧核苷酸：
a-b
完成n次复制，净增DNA：
2n-1
（2n-1）X
(a-b)
2.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1/2
C. 含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例1/4
D. 含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8
C
3．下列关于DNA复制的叙述正确的是（ ）
A．复制方式为全保留复制
B．复制过程需要核糖核苷酸作为原料
C．复制过程为边解旋边复制
D．复制过程需要RNA聚合酶
C
4．如图为DNA复制过程示意图，分析该图不能得出的结论是（ ）
A．该过程需要的原料是核糖核苷酸
B．①和③是DNA复制的两条模板链
C．DNA复制的过程是边解旋边复制
D．DNA复制的方式是半保留复制
A
5．已知某DNA分子中共含1000个碱基对，其中腺嘌呤400个，若该DNA分子连续复制2次，则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸（ ）
A．600个
B．1600个
C．1800个
D．2400个
C
DNA复制的推测
DNA半保留复制的实验证据
DNA复制的过程
DNA能准确复制的原因
方法：同位素标记法、密度梯度离心
（2）碱基互补配对原则保证复制准确无误
（1）DNA分子独特的双螺旋结构提供精确的模板
半保留复制、全保留复制和分散复制模型
场所、时间、模板、原料、能量、酶、碱基互补配对、特点

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