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第3节 DNA的复制
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
资料
“值得主要的是，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“
克里克
沃森
问题探讨
资料
对DNA复制的推测
复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。由于新合成的每个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半保留复制。
半保留复制示意图
对DNA复制的推测
半保留复制
弥散复制
全保留复制
对DNA复制的推测
【思考】
1.如何区分半保留复制和全保留复制？
2.如何区分半保留复制和弥散复制？
对DNA复制的推测
【思考】
1.针对前两种复制假说，怎样区分母链和子链呢？
同位素标记法
14N
14N
15N
15N
14N
15N
2以下DNA分子最大的区别是什么？
分子质量
15N和14N是N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区分含有不同N元素的DNA。
轻带
重带
中带
利用下面的实验材料，写出探究DNA复制方式的实验思路和预期结果
普通大肠杆菌（每20分钟分裂一次）、15NH4CL的培养基、离心设备
思路：将普通的大肠杆菌置于含有15NH4CL的培养基中培养20分钟后，提取大肠杆菌的DNA并离心，记录其在试管中的位置。
预期结果？
是否需要对照组？对照组DNA条带位置？
需要测定几次DNA的密度？
对DNA复制的实验证据
科学家先用15NH4CL的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。培养完成后，提取大肠杆菌的DNA并离心，获得重DNA条带，轻DNA条带的获取则可以将普通大肠杆菌的DNA提取后离心。这样便可确定轻DNA和重DNA在试管中的分布，作为参照。
对DNA复制的实验证据
【实验过程】
科学家先用15NH4CL的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。然后，将大肠杆菌转移到含有14NH4CL的普通培养液中。让其连续复制两次，不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
【实验预期】
假设DNA是半保留复制，离心后试管中DNA应处在什么位置？
假设DNA是全保留复制，离心后试管中DNA应处在什么位置？
假设DNA是弥散复制，离心后试管中DNA又应处在什么位置？
对DNA复制的实验证据
【实验预期】
第一代会出现的结果是
如果DNA复制是半保留复制
第二代会出现的结果是
14N/15N-DNA
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
14N/ 14N -DNA
14N/15N-DNA
提取DNA离心
密度
低
高
15N/15N-DNA
提取DNA离心
14N/ 15N-DNA
14N/15N
-DNA
提取DNA离心
14N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
对DNA复制的实验证据
第一代会出现的结果是
如果DNA复制是全保留复制
第二代会出现的结果是
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
14N/ 14N -DNA
提取DNA离心
密度
低
高
15N/15N-DNA
提取DNA离心
15N /15N
-DNA
提取DNA离心
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
14N/ 14N
-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
【实验预期】
对DNA复制的实验证据
第一代会出现的结果是
如果DNA复制是弥散复制
第二代会出现的结果是
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
提取DNA离心
密度
低
高
15N/15N-DNA
提取DNA离心
提取DNA离心
【实验预期】
对DNA复制的实验证据
第一代会出现的结果是
如果DNA复制是弥散复制
第二代会出现的结果是
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
提取DNA离心
密度
低
高
15N/15N-DNA
提取DNA离心
提取DNA离心
【实验预期】
对DNA复制的实验证据
【实验结果】
低
高
15N/15N-DNA
细胞分裂一次
大肠杆菌在含15NH4CL的培养液中生长若干代
转移到含14NH4CL
细胞再分裂一次
14N/15N-DNA
14N/15N-DNA
14N/ 14N-DNA
实验结果与半保留复制的假说吻合，说明DNA的复制是以半保留复制的方式进行的
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
对DNA复制的实验证据
对DNA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、全保留复制或弥散复制
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
DNA复制的过程
解旋——在能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋解开
合成子链
DNA聚合酶以解开的每一条母链为模板，以游离的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。
恢复螺旋——随着子链延伸，每条新子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
DNA复制的过程
【条件】：
模板（DNA分子的两条链）
原料（游离的4种脱氧核苷酸）
能量（如ATP）
酶（解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等）
【原则】：
半保留复制，边解旋边复制（提高复制效率）
【精确复制】：
DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的复制模板，
碱基互补配对，保证了复制能够准确的进行。
【意义】：
将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗产信息的连续性。
【场所】：
【特点】：
碱基互补配对
主要在细胞核内
细胞质中线粒体、叶绿体
原核生物：拟核及质粒
DNA复制的过程
复制叉
DNA聚合酶的特点：不能从头合成DNA，只能从3’端延伸DNA。因此，DNA复制需要引物，为DNA酶提供3’端。
ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC
5’
3’
TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG
3’
5’
GGAUCG
5’
TAGCGCTATCGCATCGACGCT
3’
AGCUGC
5’
GACCTAGC
3’
引物1
引物2
DNA复制的过程
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
前导链
后随链
冈崎片段
DNA是半不连续复制的
DNA复制的过程
真核生物 DNA 的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。
原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点。
复制泡
小结
DNA复制的推测
DNA复制实验证据
DNA复制
全保留复制
半保留复制
实验过程
实验结果
实验结论
基本条件
过程
特点
用15N标记DNA大肠杆菌放在含有14N的培养液中培养，在不同时刻提取DNA并进行分离
亲代：一条DNA带（底部）
第一代：一条DNA带（中间）
第二代：两条DNA带（中间、上部）
DNA复制是半保留复制
解旋
合成子链
重新螺旋
模板
酶
能量
原料
边解旋边复制
弥散复制

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