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(共27张PPT)
第3节 DNA的复制
学习目标
1
了解沃森和克里克对DNA复制方式的早期推测及DNA半保留复制的实验证据。
运用假说—演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留的方式进行复制。
2
理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
3
情境导入
沃森和克里克在发DNA螺构的那篇著名短文的尾处写道:“值得注意的是，我们提出的这种基特异性配对方式，暗示着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
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，但是得出结论必须建立在确凿的证据之上。
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
对DNA复制的推测
◆提出者：沃森和克里克
◆假说内容
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂
解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称作半保留复制
假说一：半保留复制
对DNA复制的推测
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的
假说二：全保留复制
到底哪种假说正确呢
要通过实验进行验证
思考讨论
证明DNA半保留复制的实验
要通过实验探究DNA复制是哪种方式, 关键思路是什么
通过实验区分亲代和子代的DNA。
如何做区分
美国生物学家梅
塞尔森和斯塔尔
◆科学家
1958年
◆时间
大肠杆菌
◆实验材料
思考讨论
证明DNA半保留复制的实验
该实验用什么元素做标记 为什么
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。
如何测定子代DNA带有同位素的情况
含15N的 DNA比含14N的DNA密度大，利用离心技术可以在试管中区分不同N元素的DNA分子。
◆实验技术
同位素标记法、
密度梯度离心法
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
如果DNA复制是半保留复制
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
提取DNA，离心
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂1次
提取DNA，离心
提取DNA，离心
细胞再分裂1次
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
实验验证
思考讨论
证明DNA半保留复制的实验
15N/15N-DNA
第一代
第二代
高
密度
低
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
演绎推理
实验结果表明，DNA的复制是以半保留的方式进行的。
如果DNA复制是全保留复制
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
思考讨论
证明DNA半保留复制的实验
细胞再分裂1次
提取DNA，离心
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂1次
提取DNA，离心
提取DNA，离心
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
第一代
第二代
15N/15N-DNA
实验可能结果
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
1.沃森和克里克证明了DNA分子的复制方式是半保留复制。( )
2.证明DNA半保留复制的实验运用了同位素标记技术和离心技术。( )
3.DNA半保留复制的证明过程使用了假说－演绎法。( )
×
正误判断
√
√
典例分析
[典例1] 某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是(　　)
D
因为DNA的复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将分别进入不同的子代DNA分子中，A、B错误；第二次复制时得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的，而C中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链(黑色表示)，C错误，D正确。
解析：
DNA复制的过程
1.DNA复制的概念是什么
2.DNA复制的时间
3.DNA复制的场所
4.DNA复制过程怎么进行
5.DNA复制过程需要哪些条件
6.DNA复制过程有何特点
7.DNA复制有何生物学意义
阅读教材P55，思考下列问题:
DNA复制的过程
▲DNA复制的概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
▲DNA复制的时间
在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的
即有丝分裂前的间期或减数分裂Ⅰ前的间期
▲DNA复制的场所
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体、线粒体
DNA复制的过程
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
利用能量，在解旋酶作用下，DNA双链解开
以解开的每一段母链为模板
在DNA聚合酶等酶的作用下
利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料
按照碱基互补配对原则
各自合成与母链互补的一条子链
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
DNA聚合酶都只能催化DNA从5’至3’延伸
DNA复制有方向性
DNA复制的过程
▲模板
DNA复制的过程
DNA复制的条件
解开的每一条母链
▲原料
游离的4种脱氧核苷酸
▲能量
ATP
▲酶
解旋酶，DNA聚合酶等
DNA复制的过程
▲结果
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
▲特点
边解旋边复制、半保留复制
▲意义
DNA通过复制，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
▲准确复制的原因
DNA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
4.DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同(　　)
5.DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制(　　)
6.单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(　　)
7.真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中(　　)
8.解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键(　　)
×
正误判断
×
×
×
×
典例分析
[典例2] 下列有关DNA复制的叙述，正确的是(　　)
A.DNA复制时以DNA分子的一条链作为模板
B.洋葱根尖分生区细胞在减数分裂前的间期进行DNA复制
C.DNA复制时先解旋后复制
D.蓝细菌细胞的拟核可发生DNA复制
D
DNA分子复制时两条脱氧核糖核苷酸链都作为模板，A错误；洋葱根尖分生区细胞只进行有丝分裂，在分裂间期进行DNA复制，B错误；DNA分子复制是边解旋边复制的过程，C错误；蓝细菌的拟核区是环状DNA分子，能进行DNA的复制，D正确。
解析：
核心探究
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3代，子代DNA含N情况结果如下：
DNA复制的相关计算规律
亲代
1代
2代
N
14
N
15
N
15
N
15
N
15
N
14
3代
核心探究
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，子代DNA含N情况：
DNA复制的相关计算规律
(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
0
2n_2
2n
核心探究
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，子代DNA含N情况：
DNA复制的相关计算规律
(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。
2
2n+1
2n+1_2
核心探究
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，子代DNA含N情况：
DNA复制的相关计算规律
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。
m·（2n－1）
m·2n－1
DNA复制的起点和方向
知识拓展
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
学习小结
DNA的复制
三种方式
DNA复制的过程
对DNA复制的推测
实验证明
具体内容
对DNA复制的推测
1.下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的是(　　)
A．酶①和酶②均作用于氢键D
B．该过程的模板链是a、d链
C．该过程中的c、d链结构相同
D．DNA的复制是半保留复制
习题巩固
图中酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶，前者作用于氢键，后者作用于磷酸二酯键，A项错误；该过程中a、b链为模板链，c、d链分别是以a、b链为模板合成的子链，B、C项错误；DNA的复制是半保留复制，D项正确。
解析：
D
2.一个双链被32P标记的DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，将其置于含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(　　)
A．该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是60个
B．第三次复制过程需要240个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．复制3次后，子代DNA中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶8
D．复制3次后，子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
习题巩固
该DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，则腺嘌呤数目为100×2×20%＝40(个)，根据碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，故该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是（100×2－40×2）/2＝60(个)，A正确；第三次复制DNA分子数由4个变为8个，增加4个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸60×4＝240(个)，B正确；复制3次后，共得到8个DNA分子，16条DNA单链，其中只有2条单链含32P，含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7，C错误；由于DNA的复制为半保留复制，子代DNA均含31P，其中有2个DNA分子含32P，所以子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4，D正确。
解析：
C

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