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(共42张PPT)
第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
聚焦
1
怎样证明DNA是半保留复制的？
2
DNA的复制过程是怎样的？
3
DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义
问题探讨
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？
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。
《核酸的分子结构》论文节选
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 stereo-chemical arguments.
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic 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.
问题探讨
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的机制。”
讨论：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？
科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。
《核酸的分子结构》论文节选
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 stereo-chemical arguments.
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic 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.
1
对DNA复制的推测
1.1 半保留复制假说
提出者：沃森（J.D.Watson，1928-）和克里克（F.Crick）
内容
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。
特点
新合成的每个DNA分子，都保留了原来DNA分子中的一条链。
半保留复制示意图
1.2 DNA复制的其他假说
全保留复制假说
以两条母链为模板合成两条DNA子链；
复制完成后，母链重新结合，两条子链新合成子代DNA。
分散复制假说
复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中。
全保留复制示意图
特点
新合成的DNA分子，一全新，一全旧。
分散复制示意图
2
DNA半保留复制的
实验证据
2. DNA半保留复制的实验证据
提出问题：DNA以什么方式复制？
做出假设：DNA以半保留方式复制（全保留、分散）。
实验探究“DNA复制方式”关键思路是什么？
怎样区分亲代和子代的DNA，又如何进行实验观察呢？
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。
实验方法：同位素标记技术
资料：15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，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. DNA半保留复制的实验证据
形成的不同密度的DNA分子应如何区分？
实验方法：密度梯度离心
利用离心技术可以在试管中区分含有不同质量N元素的DNA。
思考·讨论
科学家：梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）
实验材料：大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
实验方法：同位素标记技术、密度梯度离心
实验过程：
先用15NH4Cl培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，使其DNA几乎都是15N标记。
将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中。
在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。
将提取的DNA进行离心，记录离心管中DNA的位置
思考·讨论
演绎推理：
半保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
亲代
子一代
子二代
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
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
思考·讨论
演绎推理：
全保留复制
亲代
子一代
子二代
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
15N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
思考·讨论
演绎推理：
分散复制
子一代
子二代
亲代
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
15N
14N
15N
14N
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
思考·讨论
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA的复制是分散型复制
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
实验验证
实验结论：DNA的复制是半保留复制。
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
小结
3
DNA复制的过程
3. DNA复制的过程
解决以下问题，展示学习成果：
DNA复制的概念是什么？时间？场所？
DNA复制过程怎么进行？需要哪些条件？
DNA复制过程有何特点
DNA复制有何生物学意义
视频见U盘该课件文件夹
DNA复制的过程
3. DNA复制的过程
3. DNA复制的过程
概念：以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
时间：真核生物中，细胞分裂前的间期，随染色体的复制而完成。
场所：真核生物中，细胞核（主要）、叶绿体和线粒体；
原核生物中，拟核（主要）、细胞质基质（质粒）。
条件
能量：ATP（为DNA的复制提供能量）
模板：亲代DNA的两条链
原料：游离的4种脱氧核苷酸
酶：解旋酶、DNA聚合酶等
3. DNA复制的过程
过程
解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
C
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ATP
解旋酶
3. DNA复制的过程
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。
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3. DNA复制的过程
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DNA聚合酶
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ATP
ATP
形成磷酸二酯键
子链延伸：通过DNA聚合酶形成磷酸二酯键，从5’→3’延伸。
3. DNA复制的过程
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。
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3. DNA复制的过程
原则：碱基互补配对原则。
特点：边解旋边复制；半保留复制。
DNA准确复制的原因：
DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。
意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
方向：从子链的5' 端向 3' 端延伸。
4
课堂小结
4. 课堂小结
：
双螺旋结构
脱氧核苷酸
形成
复制
半保留复制
DNA可能的复制机制
假说
复制机制的实验证据
碱基互补配对原则
验证
时间
场所
条件
过程
结果
原则
意义
结论
4
练习与应用
.
4.1 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
4.1 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
4.1 概念检测
.
4.2 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。
.
4.2 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。
.
4.2 拓展应用
真核生物
具多个复制起点；
进行双向复制。
原核生物
单个复制起点；
进行双向复制。
谢谢聆听!
同学们辛苦啦！
5
DNA复制的相关计算
5. DNA复制的相关计算
亲 代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
复制1次
复制2次
复制3次
5. DNA复制的相关计算
DNA分子数
将15N标记的DNA分子转移到含14N的培养基上培养n代，则
子代DNA分子总数____个；
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
5. DNA复制的相关计算
脱氧核苷酸链数
将15N标记的DNA分子转移到含14N的培养基上培养n代，则
子代DNA中脱氧核苷酸链________条；
15N标记的脱氧核苷酸链________条；
14N标记的脱氧核苷酸链________条。
2
2n+1
2n+1-2
5. DNA复制的相关计算
消耗的某脱氧核苷酸数
将15N标记的DNA分子转移到含14N的培养基上培养n代，若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则
经过n次复制需要消耗
该脱氧核苷酸数为___________。
第n次复制时需要消耗
该脱氧核苷酸数为___________。
m·(2n－1)
m·2n－1

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