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第3讲DNA的复制及基因的本质第六单元基因的本质与表达 1953年沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文发表在英国《自然》杂志上。
温故知新
沃森和克里克 核酸的分子结构
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。
复制机制可能是怎样的？
问题探讨
一.对DNA复制的推测
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；
沃森和克里克提出的遗传物质自我复制假说：
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
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
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
5’
3’
5’
3’
全保留复制
5’
3’
5’
3’
+
5’
3’
5’
3’
都是新链
应该是
半保留复制
半保留
复制
全保留
复制
需要通过实验验证
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
大肠杆菌
同位素标记技术
密度梯度离心技术
背景知识：
①15N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；
②利用离心技术可以在试管中区分含有不同氮元素的DNA；
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
轻带
中带
重带
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
15N/ 15N
-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA
离心
提取DNA
离心
？
？
？
哪个位置
？
？
？
哪个位置
半保留复制
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
+
+
重带
中带
轻带
中带
全保留复制
分裂一次
再分裂一次
15N/ 15N
-DNA
15N/ 15N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N / 14N
-DNA
15N/ 15N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N
14N
14N
+
+
重带
重带
轻带
重带
轻带
实验结果与半保留复制结果一致
DNA的复制是以半保留的方式进行的
作出假说
演绎推理
实验验证
2、推测可能的复制方式
3、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
5、结论：DNA复制是半保留复制
1、DNA的是如何复制的
提出问题
半保留复制
全保留复制
假说——演绎法
4、证明DNA半保留复制的实验
得出结论
DNA复制方式的探究历程
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）
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。
1.解旋
解旋酶
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。
2.合成
DNA聚合酶
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合成为两条新的子链。
母链(模板链)
子链(新合成的链)
四种脱
氧核苷酸
3.复旋
一条母链和一条子链盘绕成为一个新的DNA分子。
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
过程：
1.条件：
(2)原料：四种脱氧核苷酸（A、G、C、T)
(3)酶： 解旋酶、 DNA聚合酶等
(4)能量：ATP(物质)
(1)模板：亲代DNA的两条链(两条母链)
——总结
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
2.特点：
——总结
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
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
3.方向:
4.结果：
5.意义：
6.DNA准确复制的原因
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。
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。
拓展：真核生物与原核生物DNA复制的区别
亲 代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
复制1次
复制2次
复制3次
2
4
8
=21
=22
=23
1、若把一个含15N标记的DNA分子（0代）转移到14N的培养基中培养（复制）n代，其结果分析如下表：
DNA分子 数（条） 脱氧核苷
酸链数（条）
子代
含15N
含14N
只含15N
只含14N
2n
2
2n
0
2n - 2
2n+1
2
2n+1-2
亲代DNA
复制1次
复制2次
复制3次
22
23
21
例1：一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N的培养液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___个，不含15N的DNA分子有___个，含有14N的DNA分子有____个，不含14N的DNA分子有____个，只含有14N的DNA分子有___个。
2
6
8
0
6
亲代DNA
复制1次
复制2次
复制3次
22
23
21
m（ 2n－1）
m ·2n－1
若一亲代DNA分子含C为m个，求
①经过复制n次需要消耗游离的C为:
②第n次复制所需要消耗游离的C为：
例2：某DNA分子片断含有100个碱基对，其中A为60个，该片段连续复制三次所需C的数量为 ( )
A.180个 B.280个 C.320个 D.360个
B
变式：该片段第三次复制所需C的数量为
160个
2.消耗的脱氧核苷酸数:
五.半保留复制结合分裂
1、连续两次有丝分裂
五.半保留复制结合分裂
1、连续两次有丝分裂
五.半保留复制结合分裂
2、减数分裂
减数
减数第二次分裂
1个DNA分子（大肠杆菌）
4. 7 × 106个
碱基对
……
数目 长度
（碱基对数目）
DNA
基因
1个
4400个
470万个
440万个
说明什么？
说明什么？
基因是DNA片段
并不是所有的DNA片段都是基因
--ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
1个DNA分子
基因A
（约4400个碱基对）
基因b
（约4400个碱基对）
基因H
（约4400个碱基对）
其他基因
一个DNA上有多个基因，基因是DNA的片段
问：是不是所有DNA片段都是基因呢？
不是，只有特定DNA片段才是基因
基因间区
基因间区
基因间区
基因不是连续分布在DNA上的,而是由碱基序列将其分隔开的。
绿色荧光蛋白基因
（约5170个碱基对）
绿色荧光蛋白基因
小鼠受精卵
紫外线
你如何理解遗传效应？
够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等
基因是有遗传效应的DNA片段
还记得吗？
RNA病毒有：
新冠病毒
艾滋病毒
流感病毒
SARS病毒
......
基因是有遗传效应的RNA片段
--ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
基因A（高茎）
基因b（皱粒）
基因H（红色）
其他基因
1个DNA分子
（多个基因）
特定的DNA片段
高茎
皱粒
红色
其他性状
特定的遗传效应
如何蕴含大量遗传信息？
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
①一条染色体含有_______个DNA分子
②染色体是DNA的_________。
1个或2
主要载体
①每个DNA分子上含有____个基因
②基因通常是有__________的DNA片段
多
遗传效应
②基因中____________________代表遗传信息
脱氧核苷酸的排列顺序
呈线性排列
脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体的关系
①每个基因中含有许多脱氧核苷酸
小结

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