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(共37张PPT)
温故知新：
1. DNA的元素组成为 C、H、O、N、P ；基本组成单位是 脱氧核苷酸 ，根据 碱基 的不同可分为 4 种。
2.DNA的双螺旋结构有哪些特点？
①两条链 反向平行 双螺旋
②脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架；
③碱基通过氢键形成碱基对，排列在内侧，遵循碱基互补配对原则（A与T配对、G与C配对）
A
T
G
T
A
C
第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
生物减数分裂和受精作用使生物的亲代与子代之间保持遗传性状的稳定性。
遗传物质复制
【提出问题】DNA复制是怎样进行的呢？
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。
讨论：碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的
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.
《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双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
一. 对DNA复制的推测
关于DNA的复制方式，科学家提出了哪些假说？
DNA分别通过这两种复制方式复制一次，所形成的子代DNA分子的组成有何不同？
1. 提出问题
DNA以什么方式复制？
2. 作出假设
(2)全保留复制
新复制出的分子直接形成，完全没有旧的
复制
一次
亲代DNA
子代DNA
(1)半保留复制(沃森和克里克提出）
形成的分子一半是新的，一半是旧的
复制一次
亲代DNA
子代DNA
一. 对DNA复制的推测
小组思考与讨论下列问题：
1.这些观点各有不同，如何来证明哪个观点是正确的？
需要通过实验验证
2.如果要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？
半保留复制
全保留复制
把复制出的子代DNA链（子链）和原来的链（母链）区别开，观察它在新DNA中出现的情况。
最重要的区别：在子代DNA分子中，来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链的结合情况不同。
3.如何在实验中直观区分母链和子链？
同位素标记法。
4.如果用同位素标记，什么元素好？
15N和14N是N元素的两种稳定的同位素(无放射性)，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；
（画一画：分别按照半保留复制、全保留复制的方式复制两次）
一. 对DNA复制的推测
1.提出问题
2.作出假设
3.演绎推理
（1）半保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
15N
15N
14N复制
（2）全保留复制
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N复制
14N复制
14N复制
14N
14N
15N
15N
用什么方法可以将不同N原子标记的DNA区分开？
问题
密度梯度离心
复制前
复制后
一. 对DNA复制的推测——演绎推理
14N和15N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，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同氮元素的DNA。
14N/14N-DNA（轻带）
15N/14N-DNA（中带）
15N/15N-DNA（重带）
轻带
中带
重带
密度梯度离心
密度梯度离心技术
一. 对DNA复制的推测——演绎推理
思考
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
亲代 子一代 子二代
轻带
中带
重带
轻带
中带
重带
半保留复制
按照前面的演绎推理，密度梯度离心后，亲代、子一代、子二代应该会出现怎样的条带呢？
一. 对DNA复制的推测——演绎推理
思考
按照前面的演绎推理，密度梯度离心后，亲代、子一代、子二代应该会出现怎样的条带呢？
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
亲代 子一代 子二代
轻带
中带
重带
轻带
中带
重带
全保留复制
一. 对DNA复制的推测——演绎推理
只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
①实验者：
②实验材料：
③实验方法 ：
梅塞尔森和斯塔尔
大肠杆菌
同位素标记技术
④实验过程 ：
让大肠杆菌在15NH4Cl的培养若干代，再放置在14NH4Cl培养。
⑤实验原理 ：
4. 实验验证
⑥实验结果 ：
离心后应出现三条DNA带
①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标
记的子代双链DNA。
③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
二. DNA半保留复制的实验证据
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
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
排除DNA 的复制是全保留复制
排除DNA的复制是分散复制
1. 提出问题
2.作出假设
3.演绎推理
4.实验验证
14N复制
14N复制
5.实验结论
二. DNA半保留复制的实验证据
：DNA的复制方式是半保留复制
3.如果要在实验中直观地区别或标识“母链”和“子链”，
可采取什么办法？
4.如果用同位素标记，什么元素好？为什么？
用15N元素对亲代DNA标记，这个实验直接用稳定性同位素就可以了，DNA中N含量比较高，且N是碱基的重要成分
2.该实验关键思路？
区分亲代和子代的DNA，标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。
1.科学家采用什么作为实验材料，有何优点？
大肠杆菌细胞 （大肠杆菌20min繁殖一代）
同位素标记法。
思考讨论
5.如何让亲代DNA获得15N标记
6.如何让子代DNA获得14N标记？
7.将亲代细菌、分裂一次、分裂两次的细菌中的
DNA分离，如何将不同标记的DNA分开呢？
将大肠杆菌放入含15NH4CL培养若干代
将上述亲代大肠杆菌转入含14NH4CL培养基中
密度梯度离心法
思考讨论
提出问题
作出假设
得出结论
演绎推理
实验验证
证明DNA半保留复制的实验
DNA以半保留方式复制（全保留、分散）
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
DNA以半保留方式进行复制
证明DNA半保留复制的实验
假说演绎法
二. DNA半保留复制的实验证据
[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(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)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(　　)
B
A
P58
课堂检测
自主学习：阅读教材56页第二、三段，并填表
场 所
时 间
条 件 模 板
原 料
能 量
酶
碱基互补配对
特 点
三. DNA复制的过程
真核细胞：
DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制；
原核细胞：
主要在拟核中，在质粒处也
有DNA的复制。
细胞分裂前的间期(有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期)，随着染色体的复制而完成。
1. 概念：
2. DNA复制场所
3. 发生时期(真核生物)
三. DNA复制的过程
三. DNA复制的过程
① 解旋
在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链解开。
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
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
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A
T
A
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C
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G
G
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C
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T
A
3'
5'
C
C
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T
A
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G
G
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G
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A
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A
3'
5'
ATP
解旋酶
游离的4种脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
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G
C
C
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T
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G
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G
C
T
T
形成氢键
②合成子链定序
地与两条母链的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。
三. DNA复制的过程
在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链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
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3'
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A
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A
G
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C
A
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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
合成方向：
子链的5'端→ 3'端
形成磷酸二酯键
②合成子链并延伸
三. DNA复制的过程
②合成子链并延伸
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
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
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G
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A
A
3'
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C
A
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T
5'
3'
T
A
G
C
C
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A
G
C
C
G
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3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
③形成子代DNA分子
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
4. DNA复制的条件
C.酶：
B.原料：
游离的四种脱氧核苷酸
A.模板：
亲代DNA的两条母链
D.能量：
ATP等
解旋酶(打开氢键)；DNA聚合酶(形成磷酸二酯键)
三. DNA复制的过程
E.原则：
碱基互补配对原则
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
DNA复制的起点和方向
(1)原核生物：单起点双向复制
(2)真核生物：多起点双向复制
核心归纳
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。
拓展知识
[例3] 下列有关DNA复制的叙述，错误的是(　　)
A.DNA复制可发生在真核细胞有丝分裂前的间期
B.DNA复制时所需要的原料是脱氧核苷酸，且消耗ATP
C.DNA复制时，以DNA的一条链作为模板先后合成两条子链
D.DNA通过复制保持了亲代和子代细胞中遗传信息的连续性
C
P59
课堂检测
[例4] 真核细胞中DNA复制如下图所示，下列表述错误的是(　　)
C
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B.每个子代DNA都有一条脱氧核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
P59
课堂检测
(1)克里克和沃森证明了DNA复制为半保留复制。( )
(2)所有的真核细胞内都能进行DNA复制。( )
(3)DNA复制时，双螺旋的两条链全部解开后，才开始子链的合成。( )
(4)半保留复制是指DNA分子中的一条链进行复制，另一条链不复制。 ( )
(5)DNA复制的原料为四种脱氧核苷酸。( )
(6)DNA的复制遵循碱基互补配对原则，新合成的两条子链形成新的双链DNA。( )
×
×
×
×
√
×
P57
课堂检测
【思考】已知一条全部N原子被15N标记的DNA分子（亲代），转移到含14N的培养基上培养n代,其结果如下，回答下列问题
(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
2n
亲代
子一代
子二代
子三代
从图中可以得到如下规律：
1. DNA分子数
0
2n-2
四. DNA复制的相关计算
【思考】已知一条全部N原子被15N标记的DNA分子（亲代），转移到含14N的培养基上培养n代,其结果如下，回答下列问题
(6)子代DNA中脱氧核苷酸链总数______
(7)亲代脱氧核苷酸链数(含15N的链)为_____
(8)新合成的脱氧核苷酸链数(含14N的链)为_________
2n+1
2
2n+1-2
亲代
子一代
子二代
子三代
从图中可以得到如下规律：
2.脱氧核苷酸链数
例：用15N标记的一个DNA分子，放在含有14N的培养基中复制三次，则含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例和占全部DNA分子单链的比例依次是（ ）
A. 1/2 1/4 B. 1/4 1/8 C. 1/4 1/16 D. 1/8 1/8
B
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制后共需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m·( 2n－1)
②则经过第n次复制后共需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m·( 2n－1)-m·( 2n-1－1)
=m·(2n－2n-1)
=m·(2·2n-1－2n-1)
=m·(2n-1)
亲代
子一代
子二代
子三代
从图中可以得到如下规律：
3. 消耗的脱氧核苷酸链数
[例5] 某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有a个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述，错误的是(　　)
A.在第一次复制时，需要(m－a)个
B.在第二次复制时，需要2(m－a)个
C.在第n次复制时，需要2n－1(m－a)个
D.在复制n次过程中，总共需要2n(m－a)个
D
P59
课堂检测
下节课见！

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