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3.3DNA的复制
问题探讨
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇短文的结尾处写道：”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？
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
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 stereochemicalarguments.
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.
Full details of the structure, including the conditions assumed in building it, together with a set of coordinates 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。
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.作出假设
①半保留复制
DNA复制时，DNA双链螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的2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。
新合成的DNA分子都保留了原DNA分子中的一条链。
一、对DNA复制的推测
②全保留复制
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”。
3.弥散复制
二、DNA半保留复制的实验证据
2.设计实验
思考1.如果要通过实验区分DNA复制方式的3种假说，那么实验区分的关键是什么？
区分子代DNA分子中，来自于模板DNA的母链和新合成的DNA子链的情况不同。
思考2.用什么方法直观地区别母链或子链？
同位素标记法，15N和14N 标记DNA，以密度不同区分母链和新合成的子链。
思考3.如何测定子代DNA有同位素标记的情况？
15N质量大于14N，密度离心使其发生分层，记录离心试管中DNA的位置，有效地区分质量不同的DNA分子。
CsCl密度梯度离心法：CsCl溶液以超速离心时,会在离心管中形成一个连续的CsCl浓度梯度，溶液的密度在离心管底部最大，顶部最小。如果DNA分子溶解在CsCl溶液中，DNA就会悬浮在与其等密度的部位。然后用紫外光源照射离心管，可以显示出离心管中不同密度的DNA带。
15N/15N-DNA
重带
15N/14N-DNA
中带
14N/14N-DNA
轻带
1条DNA带
位置靠近底部15N/15N-DNA
1条DNA带
位置居中
15N/14N-DNA
2条DNA带
一条居中，
一条靠近上方
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
2条DNA带
一条居中，
一条靠近上方
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
3.演绎推理
4.实验验证
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
实验材料：大肠杆菌
实验运用技术：同位素标记技术、密度梯度离心技术
标记元素：15N（无放射性）和14N
三、DNA复制的过程
1.概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.场所：
3.时间：
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期，随着染色体的复制而完成。
真核生物：
原核生物：
细胞核（主要）
拟核、细胞质（质粒）
病毒：
宿主细胞内
①需要 驱动
②需要 解旋，双链解开。
（1）解旋
能量
解旋酶
4.过程
（2）合成子链
4.过程
酶等以解开的每一条 链为模板，以游离的4种____________为原料，按照 原则，各自合成与母链互补的一条子链。边解旋边延伸，合成子链。
碱基互补配对
DNA聚合
母
脱氧核苷酸
同时进行
边解旋边复制
（3）形成子代DNA分子
4.过程
每条新链与其对应的模板链盘绕成_________结构，形成了两个子代DNA。
双螺旋
条件 内容 特点
DNA母链
4种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
模板
原料
能量
酶
ATP（直接供能）
①半保留复制
②边解旋边复制
思考4.DNA复制是如何保证准确性的？
（1）DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了_______________。
（2）通过______________原则，保证了复制能够精确地进行。
精确的模板
碱基互补配对
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。
连续的
不连续的
前导链
滞后链
冈崎片段
思考4.宫颈瘤细胞的DNA长36mm，DNA复制速度约为4um/min，但复制过程仅需40min即可完成，这说明了什么？
多起点复制
原核生物DNA的复制只有一个复制起点。
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。
四、DNA复制的相关计算
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，结果如图。从图中可以得到如下规律：
①子代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。
(1)DNA分子数
亲代
1代
2代
3代
2n
2
2n
0
(2n－2)
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝_____条。
②含15N(亲代)脱氧核苷酸链数＝_____条。
③含14N（新合成）的脱氧核苷酸链数＝________条。
2n+1
2
2n+1-2
亲代
1代
2代
3代
(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
【温馨提示】“DNA复制”相关题目的四点注意
(1)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。
(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(3)切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有母链的DNA分子都只有两个。
(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等，以免掉进陷阱。
1.用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关叙述错误的是（ ）
A.含有15N的DNA分子占1/8
B.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
C.含有14N的DNA分子占7/8
D.复制结果共产生16个DNA分子
随堂练习
In-class practice
C
2.某DNA分子含腺嘌呤(A)200个，复制数次后消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个，该DNA 分子已经复制了几次？( )
A.4次 B.3次 C.5次 D.6次
A
五、有丝分裂与DNA复制
用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，情况如图所示（以一对同源染色体为例）
复制
第一次分裂
规律1.若只复制一次，产生的子染色体都带有标记。
五、有丝分裂与DNA复制
用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，情况如图所示（以一对同源染色体为例）
复制
第二次分裂
或
规律2.若复制两次，产生的子染色体中只有一半带有标记。
六、减数分裂与DNA复制
用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示（以一对同源染色体为例）
复制
减Ⅰ
减Ⅱ
规律3.由于减数分裂过程中DNA只复制一次，细胞连续分裂两次，因此产生的子染色体都带有标记。
3.蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂到中期，其染色体的放射性标记分布情况是(　 　)
A.每条染色体的两条单体都被标记
B.每条染色体中都只有一条单体被标记
C.只有半数的染色体中一条单体被标记
D.每条染色体的两条单体都不被标记
随堂练习
In-class practice
B
4.将全部DNA分子双链经32P标记的雄性动物细胞(染色体数2N=20)置于不含32P的培养基中培养，经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞。下列有关推断正确的是(　 　)A.第二次有丝分裂后期，1个细胞中被32P标记的染色体为40条B.减数第二次分裂后期，1个细胞中被32P标记的染色体为40条C.若进行有丝分裂，则4个子细胞中含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
D.若进行减数分裂，则4个子细胞中含32P染色体的子细胞比例一定为1
D

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