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(共49张PPT)
第3章 基因的本质
第三节 dna的复制
01
怎样证明DNA是半保留复制的？
02
DNA的复制过程是怎样的？
03
DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义
04
DNA的复制相关计算
问题探讨
沃森和克里克 《核酸的分子结构》
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双螺旋的两条链,然后通过碱基互补配对合成互补链。
1、复制机制可能是怎样的？
2、为什么用“可能”？
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机制。
DNA结构对遗传的影响
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；
5’
3’
5’
3’
3’
5’
5’
3’
双螺旋解开
氢键断裂
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；
一、对DNA复制的推测
做出假说
②解开的两条单链分别作为复制的模板，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；
3’
5’
5’
3’
模板
模板
子链
子链
一、对DNA复制的推测
做出假说
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，这种复制方式被称做半保留复制。
3’
5’
5’
3’
模板
模板
子链
子链
原来的
原来的
新的
新的
一、对DNA复制的推测
做出假说
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
半保留复制
+
应该是
全保留复制
一、对DNA复制的推测
做出假说
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
半保留复制
+
5’
3’
5’
3’
全保留复制
5’
3’
5’
3’
+
5’
3’
5’
3’
都是新链
哪种假说正确？
一、对DNA复制的推测
做出假说
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
分散复制
+
应该是
分散复制
补充：
一、对DNA复制的推测
做出假说
思考：
1、我们这里用什么区分原来链和新链？
颜色
2、真实DNA有没有颜色？有没有其他方法把他们区分？
没有
放射性同位素标记法
3、放射性同位素有哪些记得吗？
放射性同位素： 14C 、32P 、3H 、35S
一、对DNA复制的推测
实验思路分析
思考：
4、怎么标记上放射性呢？
比如我们可以把原链中的C标记上放射性，子链中没有
5、放射性同位素标记法能区分开吗？
不能，这种方法只能检查到整体有还是没有放射性，不能区分每一条链有无放射性
有放射性
有放射性
一、对DNA复制的推测
实验思路分析
思考：
6、除了放射性外，原链和新链还有什么不同？
原链上的C都为14C,新链中的C都为12C，相对分子质量不同，一条重，一条轻。
7、既然我们不需要放射性，用哪种同位素更好？
稳定同位素
有放射性
有放射性
14C
12C
14C
12C
14C
14C
12C
12C
稳定同位素： 15N 、18O
一、对DNA复制的推测
实验思路分析
思考：
8、这些DNA密度有什么区别？
9、有什么方法可以把他们区分开吗？
密度梯度离心
15N
14N
15N
14N
14N
14N
15N
15N
密度最大
密度居中
密度居中
密度最小
一、对DNA复制的推测
实验思路分析
一、对DNA复制的推测
演绎推理——预测实验结果
对照组 （14N/14N） 亲代G0 （15N/15N） 第一代G1 第二代G2
全保留复制 DNA标记类型
离心后试管中的位置
轻带
重带
1/2
1/2
1/4
3/4
中带
一、对DNA复制的推测
演绎推理——预测实验结果
对照组 （14N/14N） 亲代G0 （15N/15N） 第一代G1 第二代G2
半保留复制 DNA标记类型
离心后试管中的位置
轻带
重带
1/2
1/2
中带
对照组 （14N/14N） 亲代G0 （15N/15N） 第一代G1 第二代G2
分散复制 DNA标记类型
离心后试管中的位置
一、对DNA复制的推测
演绎推理——预测实验结果
轻带
重带
中带
通过超离心机对某一介质（氯化铯等） 长时间加一个离心力，使其在离心管 内从液面到底部出现一定的密度梯度。
密度梯度离心
二、DNA半保留复制的实验证据
二、DNA半保留复制的实验证据
密度梯度离心模拟实验
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
大肠杆菌
同位素标记技术
二、DNA半保留复制的实验证据
二、DNA半保留复制的实验证据
分裂一次
再分裂一次
15N/ 15N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N
14N
14N
+
+
半保留复制假说的演绎推理
分裂一次
再分裂一次
预期实验结果
14N / 14N
-DNA
15N/ 15N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
15N/ 15N
-DNA
二、DNA半保留复制的实验证据
分裂一次
再分裂一次
15N/ 15N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N
14N
14N
+
+
全保留复制假说的演绎推理
分裂一次
再分裂一次
预期实验结果
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
二、DNA半保留复制的实验证据
实验验证
15N/ 15N
-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA
离心
提取DNA
离心
二、DNA半保留复制的实验证据
实验验证
这一结果可以排除哪种复制方式？
第一代全部为中带，排除全保留复制方式
分裂一次的结果已经可以排除全保留复制方式，这一次实验有必要吗？
有必要，对假说进行验证，同时有效排除分散复制假说
二、DNA半保留复制的实验证据
实验验证
实验结果与半保留复制的预测结果一致，
证明DNA复制方式是半保留复制
三、DNA复制的过程
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
阅读p55，思考下列问题：
15N/ 15N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
半保留复制
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
2、时间：
3、场所:
真核生物：
1、概念：
指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
叶绿体、线粒体
原核生物：
细胞核（主要）
拟核、细胞质（质粒）
三、DNA复制的过程
（1）解旋
在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，氢键断裂。
解旋酶
ATP
4、过程:
（2）合成引物（补充）
在引物酶的作用下，产生一小段RNA作为引物,后期引物会被切除
引物酶
引物
5’
3’
引物的作用简单理解就是引出DNA聚合酶，因为DNA聚合酶必须识别3’端才能结合上去。
（3）合成子链
DNA聚合酶等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。
模板
模板
DNA聚合酶
5’
3’
子链延伸方向
子链延伸方向
两条子链延伸方向相反，但都是从5’→3’
随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。
子链
母链
母链
5’
3’
5’
3’
3’
3’
5’
5’
子链
（4）重新螺旋
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
三、DNA复制的过程
DNA复制过程总结：
解旋
合成子链
重新螺旋
1.条件：
② 原料：四种脱氧核苷酸（A、G、C、T)
③ 酶：
④ 能量：ATP提供(物质)
① 模板：亲代DNA的两条链(两条母链)
三、DNA复制的过程
总结
解旋酶：打断氢键
DNA聚合酶：形成磷酸酯键
2.特点：
① 半保留复制——准确
② 边解旋边复制
①模板：特定碱基序列
②酶：识别，专一催化
③原则：碱基互补配对
三、DNA复制的过程
总结
提高复制的效率
③ 半不连续复制
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
4.结果：
5.意义：
使遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。
从子链的5‘ 端向 3’ 端延伸（DNA聚合酶的特性）
3.方向:
6.DNA准确复制的原因（P56）
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。
三、DNA复制的过程
总结
1个主要场所
（细胞核）
“1”
三、DNA复制的过程
“1234” 巧记DNA复制
“2”
2种时期
（有丝分裂前的间期、减数分裂Ⅰ前的间期）
“3”
3个步骤
（解旋、合成子链、重新螺旋形成子代DNA）
“4”
4个条件
（模板、能量、原料、酶）
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
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
边解旋边复制
解旋酶
DNA聚合酶
证明
参与
参与
四、DNA复制有关计算
亲 代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
复制1次
复制2次
复制n次
2
4
=21
=22
……
…
2n
第n次复制
2n-2个新合成的DNA分子
DNA分子总数
不包含n-1次复制
四、DNA复制有关计算
亲代DNA分子经n次复制后
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
已知15N标记的某一个亲代DNA分子，经n次复制后，求子代DNA分子数：
四、DNA复制有关计算
亲代DNA分子
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
已知15N标记的某一个亲代DNA分子，经n次复制后，求脱氧核苷酸链数：
四、DNA复制有关计算
已知15N标记的某一个亲代DNA分子含某种脱氧核苷酸m个，经n次复制后，求：
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
四、DNA复制有关计算
关于“DNA复制”的四点“注意”
注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
①
注意碱基的单位是“对”还是“个”。
②
切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸链的DNA分子仅有两个。
③
看清试题中问的是“DNA分子数”？还是“链数”？是“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。
④
四、练习与运用
概念检测
1.DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。据此判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。（ ）
(2)在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的。（ ）
×
×
2.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是( )
A.复制均在细胞核内进行
B.碱基互补配对原则保证了复制的准确性
C.1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子
D.游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链
B
四、练习与运用
概念检测
3.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
C
四、练习与运用
拓展应用
1.虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错误 这些错误可能产生什么影响
可能有6个碱基发生错误，产生的影响可能很大，也可能没有影响（这一问可由学生作开放式回答）。
四、练习与运用
拓展应用
2.已知果蝇的基因组大小为18×108bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的速率一般为50-100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
拓展 真核生物与原核生物DNA复制的区别
.
真核生物
原核生物
具多个复制起点；
进行双向复制(都是 5’ 3’)
单个复制起点；
进行双向复制( 都是5’ 3’)
拓展 真核生物与原核生物DNA复制的区别
如图为真核生物DNA复制过程示意图，有关分析错误的是(　　)
A.DNA具有半保留复制、边解旋边复制的特点
B.DNA复制时两条子链的延伸方向相同
C.DNA不同起点的复制是不同步进行的
D.多起点双向复制提高了DNA的合成速率
B
THANKS
谢谢聆听

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