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第三章 基因的本质
第3节 DNA的复制
复习回顾
1、DNA是由 条 组成的，这两条链按 方式盘旋成 结构。
两
脱氧核苷酸单链
反向平行
双螺旋
2、DNA中的 和 交替连接，排列在外侧，构成 。 排列在内侧。
脱氧核糖
磷酸
基本骨架
碱基
3、两条链上的碱基通过 连接成 ，且碱基配对具有一定的规律： 一定与 配对、 一定与 配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作 。
氢键
碱基对
A T
C G
碱基互补配对原则
4、DNA分子的特性：
①稳定性 ②多样性 ③特异性
新课导入
1.她们为什么长得这么像？
亲代的遗传物质通过复制传递给了子代。
2.什么是DNA的复制？新产生的DNA分子是一个全新的分子吗？
一、对DNA复制的推测
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“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”
1、碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
暗示DNA的复制可能要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
《核酸的分子结构》论文节选
in the following communications. We were not a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis 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.
2、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
科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的证据之上。
一、对DNA复制的推测
1、沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说：
(1)DNA复制，DNA双螺旋 ，互补的碱基之间的 断裂。
(2)解开的两条单链分别作为复制的 ，游离的脱氧核苷酸根据
.原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。
(3)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，
这种复制方式称作 。
解开
氢键
模板
碱基互补配对
半保留复制
特点：形成的分子一半是新的，一半是旧的
一、对DNA复制的推测
2.其他观点——全保留复制、分散复制
全保留复制
分散复制
全保留复制模型图
弥散复制模型图
特点：一全新，一全旧
特点：新旧都有，随机组合
以两条母链为模板合成两条DNA子链，子代DNA中母链重新结合，两条子链彼此结合成另一个子代DNA分子。
亲代DNA双链被切成片段后合成，然后子、母双链聚集成“杂种链”。
一、对DNA复制的推测
1.提出问题：
2.提出假说:
DNA以什么方式复制？
（1）半保留复制
（2）全保留复制
（3）分散复制
亲代DNA双链被切成片段后合成子链，
然后子、母双链聚集成“杂种链”。
子代DNA的双链都是新合成的
子代DNA中保留了亲代DNA分子中的一条链
②.作出假设
①.提出问题
一、对DNA复制的推测
问题1：左图的母链和子链如何区分？
（1）半保留复制
（2）全保留复制
（3）分散复制
问题2：现实中DNA有颜色吗？
母链为红色，子链为蓝色
没有，仅做题为了区分人为进行
问题3：要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。
问题4：DNA是肉眼看不可见的，如何做区分亲代和子代的DNA,又如何进行实验观察区分呢？
二、DNA半保留复制的实验证据
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
同位素标记技术
资料：15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，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。
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
问题5：为什么不用32P，14C等具有放射性的同位素标记呢？形成的不同密度的DNA分子应如何区分？
同位素标记技术
如何在实验中直观区分母链和子链？
二、DNA半保留复制的实验证据
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(轻带)
(中带)
(重带)
密度梯度离心技术
利用离心技术可以在试管中区分含有不同质量N元素的DNA。
形成的不同密度的DNA分子应如何区分？
二、DNA半保留复制的实验证据
15NH4Cl
14N/ 14N
-DNA
繁殖若干代
15N/ 15N
-DNA
目的？
得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记的
同位素标记技术
二、DNA半保留复制的实验证据
15N/ 15N
-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA
离心
提取DNA
离心
？
？
？
哪个位置
？
？
？
哪个位置
同位素标记技术
密度梯度离心技术
二、DNA半保留复制的实验证据
合作探究：若将15N-DNA放在14N的环境中进行培养，则P、F1、F2的DNA分别含有哪种N元素？
尝试画出1个DNA分子分别按照半保留复制、全保留复制的方式复制两次的图解模型。
要求：
（1）限时2分钟，所有成员全力以赴，激情投入。
（2）确定发言人，做好展示准备，并做好评价与质疑的准备
二、DNA半保留复制的实验证据
15N
14N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
14N
15N
14N
P
F1
F2
15N
15N
15N/15N
重带
15N/14N
14N/14N
15N/14N
轻带中带
中带
第二代
第一代
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
含14N的培养液
（三）演绎推理
1.假设DNA的复制是半保留复制
二、DNA半保留复制的实验证据
第二代
含14N的培养液
第一代
提出DNA离心
提出DNA离心
15N
15N
P
F1
F2
14N
14N
提出DNA离心
重带
轻带重带
轻带
重带
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
15N/15N
14N/14N
15N/15N
14N/14N
15N/15N
（三）演绎推理
1.假设DNA的复制是全保留复制
二、DNA半保留复制的实验证据
第二代
含14N的培养液
第一代
提出DNA离心
提出DNA离心
15N
15N
P
F1
F2
提出DNA离心
重带
15N/15N
（三）演绎推理
1.假设DNA的复制是分散复制
中带
15N/14N混合
中带
15N/14N混合
二、DNA半保留复制的实验证据
结论：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
亲 代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
15N
14N
15N
15N
14N
14N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
15N
14N
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
（五）实验结论
（四）实验验证
一、对DNA复制的推测
1.提出问题：
2.提出假说:
DNA以什么方式复制？
（1）半保留复制
（2）全保留复制
（3）分散复制
亲代DNA双链被切成片段后合成子链，
然后子、母双链聚集成“杂种链”。
子代DNA的双链都是新合成的
子代DNA中保留了亲代DNA分子中的一条链
②.作出假设
①.提出问题
二、DNA半保留复制的实验证据
提出问题
作出假说
演绎推理
实验验证
得出结论
假说—演绎法
推测可能的复制方式
DNA是如何复制的？
根据复制方式，预测实验结果
实验结果与半保留复制的预期相符
DNA分子复制的方式是半保留复制
半保留复制
全保留复制
分散型复制
课堂检测
(1)沃森和克里克以大肠杆菌为材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制(　　)
(2)证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法(　　)
×
√
课堂检测
[例2] 一个双链DNA，在复制过程中解旋时，由于某种原因，一条链上的一个“A”变成了“T”，则该DNA经n次复制后，发生差错的DNA占DNA总数的(　　)
A.1/2 B.1/n C.1/2n D.1/4n
[例1] 把培养在含轻氮(15N)环境中的细菌，转移到含重氮(14N)环境中培养，连续复制两轮的时间后，离心分离其DNA，结果应如图(　　)
A
A
二、DNA半保留复制的实验证据
利用3min时间，阅读课本55~56页，思考下列问题。
1.DNA复制的概念是什么 时间？场所？
2.DNA复制过程怎么进行
3.DNA复制过程需要哪些条件
4.DNA复制过程有何特点
5.DNA复制有何生物学意义
三、DNA复制的过程
指以 为模板合成 的过程。
真核细胞：
主要在 中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制；
原核细胞：
主要在 中，在质粒处也有DNA的复制。
细胞分裂前的 ， 随着染色体的复制而完成。( 的间期、 的间期)
亲代DNA
子代DNA
细胞核
拟核
1、概念：
2、DNA复制场所
3、发生时期（真核生物）
间期
有丝分裂前
减数分裂前
病毒： 。
在宿主细胞
三、DNA复制的过程
在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链解开。
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
（1）解旋
问题1：是什么物质将DNA双螺旋打开？
解旋酶
问题2：为什么这种物质可将DNA双螺旋打开？
解旋酶可断开氢键
三、DNA复制的过程
以游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链。
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
T
C
G
A
G
C
T
T
形成氢键
（2）合成子链
注：氢键形成不需酶和能量
三、DNA复制的过程
在DNA聚合酶催化下单个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
T
C
G
A
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
DNA聚合酶形成磷酸二酯键
（2）合成子链
合成方向：
子链的5'端→ 3'端
三、DNA复制的过程
问题3：子链的合成是以什么为模板
问题4：子链的合成需要什么原料？
问题5：子链的合成遵循哪一原则？
问题6：将单个脱氧核苷酸连接起来依靠哪一物质？
问题7：DNA的两条链是完全打开后，才开始合成子链吗？
母链（亲代DNA的两条链）
4种游离的脱氧核苷酸
碱基互补配对原则
DNA聚合酶
边解旋边复制
三、DNA复制的过程
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
A
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'
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
（3）合成子代DNA
方向：子链5’到3’双向复制
三、DNA复制的过程
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
解旋
合成子链
重新螺旋
细胞提供ATP
需要解旋酶的作用
结果：氢键断裂，双链打开
解开的每一条母链
四种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
碱基互补配对原则
5′端至3′端
每条新链和对应的模板链盘绕成双螺旋结构
方向：
原则：
酶 ：
原料：
模板：
4、过程与条件
（断裂氢键）
（形成磷酸二酯键）
（形成磷酸二酯键）
三、DNA复制的过程
边解旋边复制 半保留复制
（1）DNA分子独特的 结构，为复制提供了精确的模板；
（2） 原则，保证了复制能够准确地进行。
将 从亲代传给子代，从而保持遗传信息的 。
5、复制特点
7、DNA能够精确复制的原因
9、复制的意义
你认为DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？
会出错，可能导致基因突变，引起生物体性状的改变。
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
连续性
6、遵循的原则
碱基互补配对原则
8、复制的结果
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
三、DNA复制的过程
1、DNA分子两条子链的合成方向都是5'→3'。
2、加热可使DNA分子变性，双链打开；降温后DNA双链又会重新形成
3、真核生物DNA多起点、双向复制，可明显缩短复制时间，提高效率
原核生物DNA复制
单起点双向复制
多起点双向复制
真核生物DNA复制
复制泡
拓展
三、DNA复制的过程
特点
精确复制的原因
意义
方向
结果
①半保留复制；②边解旋边复制；
③双向复制；④真核生物有多个复制起点
（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。
将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。
1个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子
从子链的5' 端向 3' 端延伸
DNA复制的过程
三、DNA复制的过程
1、如图为DNA分子复制的两个模型，请据图回答下列问题。
(1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中哪个部位？
(2)图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链碱基排列顺序相同？
a和c，b和d的碱基排列顺序相同。
解旋酶
DNA聚合酶
磷酸二酯键
氢键
四、DNA复制中的有关计算
动动手：画出一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中培养3代的DNA复制过程
（标出每条链是15N还是14N）
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
无论DNA复制多少次，含有15N-DNA分子永远只有　　个
两　　　
21
22
23
四、DNA复制中的有关计算
亲代DNA分子经n次复制后，则
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
④不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
⑤含亲代母链的DNA分子数与子代DNA
分子数之比为：
2/ 2n
③只含亲代母链的DNA分子数：
0个
1、DNA分子数
四、DNA复制中的有关计算
亲代DNA分子经 n 次复制后，则
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
②亲代脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
2、脱氧核苷酸链数
四、DNA复制中的有关计算
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则
m（ 2n-1）
（1）则经过n次复制共需要消耗该脱氧
核苷酸个数为：
（2）第n次复制需要消耗该脱氧核苷酸
个数为：
m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1
“DNA复制了n次”PK“第n次复制”
碱基是“对”PK“个”
“DNA分子数”PK“链数”，
“含”PK“只含”
易错点拔
3、消耗的脱氧核苷酸数
课堂检测
下图是DNA的复制图解，请据图回答下列问题。
(1)将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧
核苷酸培养液中，连续分裂4次，问含14N的DNA细胞占
总细胞数的_____。含15N的DNA细胞占总细胞数的______。
(2)已知原来DNA中有100个碱基对，其中A40个，
则复制4次，在复制过程中将需要__________个游离的
胞嘧啶脱氧核苷酸参加。
100%
12.5%
900
典型例题
课堂检测
(2023·泰安月考)一个双链均被32P标记的DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是
A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104
B．复制过程需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．含有放射性的子代DNA分子的两条链都有放射性
D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
C
四、有丝分裂染色体的标记情况
（1）1条染色体（母链被15N标记，在含14N的培养基中培养）
规律：复制一次，子染色体都带标记；
复制两次，子染色体一半带有标记。
四、有丝分裂染色体的标记情况
（2）2条染色体
①
②
③
④
①②组合有 个子细胞带有标记
①④组合有 个子细胞带有标记
③④组合有 个子细胞带有标记
2
3
4
四、有丝分裂染色体的标记情况
①
②
③
④
（2）2条染色体
规律：复制一次，子细胞中每条染色体都带有标记；
复制两次，4个子细胞带有标记的有2、3、4个三种情况。
四、有丝分裂染色体的标记情况
如果是2n条染色体，4个子细胞带有标记情况如何？
①
②
③
④
2或3或4
四、有丝分裂染色体的标记情况
如果是2n条染色体，4个子细胞中被标记的染色体最多（或最少）有多少条？
①
②
③
④
0~2n
四、减数分裂染色体的标记情况
规律：形成的4个子细胞中的每条染色体均带有标记。
一对同源染色体
15N标记
同源染色体分离
姐妹染色单体分离
15N标记1对同源染色体上的两个DNA分子
四、减数分裂染色体的标记情况
假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后培养在含14N的培养基中，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为
A.1 B.2 C.4 D.3
√
根据DNA分子复制的过程可知，模板链是含15N的DNA链，原料是含14N的脱氧核苷酸，复制一次后，每个DNA分子都是一条链含有15N，另一条链含有14N，因此在减数分裂产生的四个精子中，每一个精子中的DNA组成都是一条链含15N，另一条链含14N，所以减数分裂形成的四个精子中所有的DNA均含有15N，C正确。
四、减数分裂染色体的标记情况
(2022·吉林通化高一期中)如图A点时用32P标记果蝇精原细胞所有DNA的双链，然后置于只含31P的培养液中培养，发生了a、b连续两个分裂过程。下列相关叙述，正确的是
A.CD段细胞中一定有2条Y染色体
B.GH段细胞中可能有两条Y染色体
C.GH段细胞中含32P的染色体一定有8条
D.IJ段细胞中含32P的染色体可能有8条
√

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