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必修2/第3章/基因的本质/
本节聚焦
怎样证明DNA是半保留复制的？
DNA的复制过程是怎样的？
DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义？
第3节
DNA的复制
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。”
讨论
1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
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。
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。”
讨论
2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？
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实验证据之上。
沃森和克里克紧接着发表了第二篇论文，提出了遗传物质自我复制的假说：半保留复制；这一假说提出后，有人支持也有人提出“全保留复制的假说”。
一、对DNA复制的推测
DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋______，互补的碱基之间的氢键______，________________分别作为复制的模板，游离的_____________根据_______________原则，通过形成_______，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称______________。
碱基互补配对
断裂
解开的两条单链
脱氧核苷酸
氢键
半保留复制
解开
半保留复制
半保留复制:
有人持不同的观点，提出了全保留复制的假说：
全保留复制：是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是________的。
新合成
需要通过实验验证
首要问题：
如何区分开亲代与子代的DNA？
一、对DNA复制的推测
全保留复制:
全保留复制
二、DNA半保留复制的实验证据
实验者：
实验材料：
实验方法 ：
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
大肠杆菌（繁殖快，20min可繁殖一代）
同位素标记技术
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了一个巧妙的实验。
背景知识
15N和14N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；
利用离心技术(密度梯度离心技术)可以在试管中区分含有不同氮元素的DNA。
密度梯度离心技术
轻链
中链
重链
15N/15N—DNA
15N/14N—DNA
14N/14N—DNA
证明DNA半保留复制的实验
实验过程
证明DNA半保留复制的实验
先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，所得大肠杆菌的DNA几乎都被15N标记。
再将该大肠杆菌转移到含有14NH4Cl普通培养液中。在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的位置是怎样的呢？这就需要运用演绎推理来预测。
假说-演绎法
证明DNA半保留复制的实验
作出假说
演绎推理
实验验证
推测可能的复制方式：半保留复制、全保留复制。
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
提出问题
证明DNA半保留复制的实验。
得出结论
演绎推理
证明DNA半保留复制的实验
假如半保留复制是正确的，实验的预期会是怎样的？
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代；
提取DNA，离心。
15N/15N-DNA
重链
密度
低
高
转移到含14NH4Cl的培养液中
提取DNA，离心
细胞分裂1次
15N/14N-DNA
中链
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
1/2轻链
1/2中链
第一代
第二代
细胞再分裂1次
提取DNA，离心
证明DNA半保留复制的实验
讨论：
1.请运用演绎推理来分析实验过程， 完成上述实验预期，填写图中的方框。
细胞再分裂一次后，试管上部的方框中填14N/14N-DNA，试管中部的方框中填15N/14N-DNA。
细胞分裂一次后，方框中填15N/14N-DNA；
假如全保留复制是正确的。第一代的结果：一半的细胞中DNA是15N/15N-DNA，另一半的细胞中DNA是14N/14N-DNA；第二代的结果：1/4的细胞中DNA是15N/15N，3/4的细胞中DNA是14N/14N。
2.假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的？
亲代DNA
演绎推理
证明DNA半保留复制的实验
假如全保留复制是正确的，实验的预期会是怎样的？
重DNA
15N15N
第一代出现的结果
第二代出现的结果
15N15N
14N14N
1/2轻DNA
1/2重DNA
14N14N
15N15N
3/4轻DNA
1/4重DNA
实验验证
证明DNA半保留复制的实验
亲代大肠杆菌的DNA经离心后，试管中只出现了一条带，位置靠近试管的底部，说明其密度最大，是15N标记的亲代双链DNA(15N/15N-DNA)；
将转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条带，但位置居中，说明其密度居中，是只有一条单链被15N标记的子代双链DNA(15N/14N-DNA)；
科学家完成上述实验的结果是：
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？
全保留复制
实验验证
证明DNA半保留复制的实验
第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中，为15N/14N-DNA，另一条带位置更靠上，说明其密度最小，是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA(14N/14N-DNA)。
科学家完成上述实验的结果是：
实验结果表明：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
得出结论
三、DNA复制过程
1.解旋
在解旋酶的作用下，双链螺旋的DNA打开氢键，解开成为两条单链，每条单链均作为模板合成新的DNA。
三、DNA复制过程
1.解旋
2.合成
以两条母链为模板，4种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则，在DNA聚合酶的作用下，合成为两条新的子链。
注意：
合成两条新的子链的方向！
新子链由5＇→3＇。
三、DNA复制过程
1.解旋
2.合成
3.复旋
一条母链和一条子链盘绕成为一个新的DNA分子。
三、DNA复制过程
（有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期）
3.时间：
2.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。
原核生物：
细胞核（主要），叶绿体、线粒体。
拟核、细胞质（质粒）。
细胞分裂前的间期。
DNA的复制总结(课本P55-P56)：
三、DNA复制过程
DNA的复制总结(课本P55-P56)：
4.条件:
模板：
原料：
能量：
酶：
解旋酶（打开氢键）、DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）
游离的四种脱氧核苷酸
亲代DNA的两条母链
ATP等
5.DNA复制的方向：
从子链的5' 端向 3' 端延伸
6.DNA复制的结果：
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。
7.DNA复制的特点：
边解旋边复制，半保留复制。
8.复制中形成的化学键：
氢键、磷酸二酯键。
9.DNA能准确复制的原因：
10.DNA复制意义：
DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性。
①DNA独特的双螺旋结构提供精确的模板;
②通过碱基互补配对原则,保证了复制能够准确地进行。
三、DNA复制过程
DNA的复制总结(课本P55-P56)：
【拓展】：DNA复制中的有关计算
DNA复制过程简易图解：
亲代DNA分子
复制1次
复制2次
复制3次
无论DNA复制多少次，含有母链的DNA分子永远只有两个（两条链）
21
22
23
【拓展】：DNA复制中的有关计算
将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
1.共产生子代DNA分子____个；子代DNA分子中：
含15N的DNA分子_____个；
含14N的DNA分子_____个；
只含15N的DNA分子_____个；
只含14N的DNA分子_______个；
2n
2
2n
0
2n-2
2.DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数：
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为：______________
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为：_______________
m·(2n－1)
m·2n－1
【拓展】：DNA复制中的有关计算
随堂训练：
1.将15N标记的DNA分子放在14N的培养基上培养， 经过3次复制，在所形成的子代DNA中，含15N的DNA占总数是（ ）
A.1/16　
B.l/8
C.1/4
D.1/2
C
【拓展】：DNA复制中的有关计算
随堂训练：
2.一个DNA分子中有A碱基20个，占全部碱基的20%，若DNA连续复制2次，需要C碱基 ( )
A.20个
B.30个
C.90个
D.120个
C
【拓展】：DNA复制中的有关计算
随堂训练：
3.一个DNA分子中含有1000个碱基对，其中有400个腺嘌呤。
如果它连续复制三次，消耗周围环境中腺嘌呤脱氧核苷酸 个 。
第三次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸 个。
2800
1600
【拓展】：DNA复制中的有关计算
随堂训练：
4.把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养相当于复制一次的时间，然后放回原环境相当于连续复制两次的时间后，细菌DNA组成分析结果是(　　)
A.3/4轻氮型、1/4中间型
B.1/4轻氮型、3/4中间型
C.1/2中间型、1/2重氮型
D.1/2轻氮型、1/2中间型
A
练习与应用（P56）
一、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。 ( )


练习与应用（P56）
一、概念检测
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
练习与应用（P56）
一、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
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。
练习与应用（P56）
二、拓展应用
练习与应用（P56）
二、拓展应用
2.已知果蝇的基因组大小为1.8 ×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的复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。

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