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(共38张PPT)
第3节 DNA的复制
1
运用假说—演绎法探究DNA的复制方式(难点)
2
概述DNA通过半保留方式进行复制(重点)
3
理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础
半保留复制
全保留复制
假说演绎法
解旋
形成子代DNA
合成子链
假说-演绎法
提出问题
作出假说
演绎推理
实验验证
得出结论
假说—演绎法
推测可能的复制方式
DNA是如何复制的？
根据复制方式，预测实验结果
实验结果与半保留复制的预期相符
DNA分子复制的方式是半保留复制
半保留复制
全保留复制
问题探讨
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“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
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。
2.为什么用“可能”？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证据之上。
《核酸的分子结构》论文节选
沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的这一假说。
亲代DNA分子
半
保
留
复
制
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两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。
内容
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
结果
对DNA复制的推测
有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说。
亲代DNA分子
指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
概念
全
保
留
复
制
对DNA复制的推测
分散
复
制
DNA 复制是镶嵌型的复制，即在子代 DNA 两条链中，母链和子链片段镶嵌存在，也叫弥散复制。
概念
亲代DNA分子
对DNA复制的推测
DNA半保留复制的实验证据
如何验证DNA复制是半保留复制还是全保留复制呢？关键思路是什么？
就需要通过实验区分亲代和子代的DNA
标记亲代DNA的两条链，
然后观察它们在子代DNA中如何分布？
方法：同位素标记法
DNA半保留复制的实验证据
科学家：1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselson）和 斯塔尔（F.Stahl）
科学方法：同位素标记法、
密度梯度离心法
科研方法：假说-演绎法
实验材料：大肠杆菌
（优势:繁殖快，20min一代）
梅塞尔森
斯塔尔
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
背景知识
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，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
DNA半保留复制的实验证据
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(轻密度带)
(中密度带)
(重密度带)
密度梯度离心技术
DNA半保留复制的实验证据
DNA半保留复制的实验证据
实验过程
记录离心后试管中DNA的位置。
标记大肠杆菌
转移培养
提取DNA、离心
观察记录DNA的位置
科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。
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，
再将提取的DNA进行离心。
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
密度
低
高
15N/15N-DNA
如果DNA复制是半保留复制
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
细胞再分裂一次
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
提出DNA离心
提出DNA离心
演绎推理
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
15N/15NDNA
14N/14NDNA
14N/14NDNA
14N/14NDNA
如果DNA复制是全保留复制
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
15N/15N
DNA
14N/14N
DNA
演绎推理
若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代分别出现几条带，位置如何？
第一代和第二代都只有1条带，第一代的条带位置居中，第二代的条带比第一代偏上。
（15N+3×14N）
4
+
（15N+3×14N）
4
（15N+3×14N）
4
+
（15N+3×14N）
4
（15N+3×14N）
4
+
（15N+3×14N）
4
（15N+3×14N）
4
+
（15N+3×14N）
4
（15N+14N）
2
（15N+14N）
2
+
（15N+14N）
2
（15N+14N）
2
+
中带
轻中带之间
分散
复
制
演绎推理
1.科学家的实验结果显示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？
2.科学家的实验结果显示第二代出现了一条居中的条带和一条靠上的条带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉？
排除全保留复制方式
排除分散复制方式
DNA的复制是以半保留的方式进行的
实验验证
得出结论
指以 为模板合成 的过程。
真核细胞：
主要在 中，在线粒体、叶绿体也有DNA的复制；
原核细胞：
主要在 中，在质粒处也有DNA的复制。
细胞分裂前的 ， 随着染色体的复制而完成。( 的间期、 的间期)
亲代DNA
子代DNA
细胞核
拟核
1、概念：
2、DNA复制场所
3、发生时期（真核生物）
间期
有丝分裂前
减数分裂前
病毒： 。
在活的宿主细胞内
DNA复制的过程
②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
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
③重新螺旋：新合成的子链不断延伸，每条新链与其对应的模板链绕成双螺旋结构
①解旋
②合成子链
③重新螺旋
DNA复制的过程
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
解旋
合成子链
重新螺旋
细胞提供ATP
需要解旋酶的作用
结果：氢键断裂，双链打开
解开的每一条母链
四种脱氧核苷酸
DNA聚合酶等
碱基互补配对原则
5′端至3′端
每条新链和对应的模板链
盘绕成双螺旋结构
方向：
原则：
酶 ：
原料：
模板：
4、过程与条件
（断裂氢键）
（形成磷酸二酯键）
DNA复制的过程
（5）DNA复制的过程：
DNA复制的过程
3'
5'
亲代DNA
两条DNA母链
解旋酶
平面DNA
DNA聚合酶
盘绕
子代DNA
氢键
磷酸二酯键
解旋
复制
DNA复制的方向：
从子链的5' 端向 3' 端延伸
DNA复制的过程
（1）边解旋边复制
（2）半保留复制
（加快复制速度）
（1）DNA分子独特的 结构，为复制提供了精确的模板；
（2） 原则，保证了复制能够准确地进行。
将 从亲代传给子代，从而保持遗传信息的 。
复制特点
精确复制的原因
复制的意义
你认为DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？
会出错，可能导致基因突变，引起生物体性状的改变。
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
连续性
DNA复制的过程
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
复制的结果
【思考】
①两条母链的碱基顺序是否相同
②两条子链的碱基顺序是否相同
③新合成的两个DNA碱基对排列顺序是否相同
互补
互补
DNA复制的过程
(1)原核生物：单起点双向复制。
核心归纳
DNA复制的起点和方向
(2)真核生物：多起点双向复制。
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。
真核细胞中DNA复制如下图所示，下列表述错误的是
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
E.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
随堂检测
DNA分子内氢键是复制时自动形成的,不需要酶
解旋酶：断裂氢键
DNA聚合酶：
作用部位：磷酸二酯键
将单个核苷酸加到已有的核酸片段上
DNA连接酶：
作用部位：磷酸二酯键
连接两个DNA片段
本节课你学会了什么？
1、概念：
2、场所（真核）：
3、时期（真核）：
4、条件
5、复制特点
6、准确复制原因
7、复制的生物学意义：
细胞分裂前的间期
模板：
原料：
能量：
酶：
解开的每一条母链
4种游离的脱氧核苷酸
ATP
细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
解旋酶、DNA聚合酶等
①独特的双螺旋结构提供精确的模板
①边解旋边复制
②半保留复制
②严格遵循碱基互补配对原则
保持了遗传信息的连续性
DNA复制的推测
DNA复制实验证据
DNA复制
全保留复制
半保留复制
实验过程
实验结果
实验结论
基本条件
过程
特点
用15N标记DNA大肠杆菌放在含有14N的培养液中培养，在不同时刻提取DNA并进行分离
亲代：一条DNA带（底部）
第一代：一条DNA带（中间）
第二代：两条DNA带（中间、上部）
DNA复制是半保留复制
解旋
合成子链
重新螺旋
模板
酶
能量
原料
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
边解旋边复制
解旋酶
DNA聚合酶
证明
参与
参与
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？
复制泡
【答案】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。复制泡大小不同是因为在不同起点开始复制的时间可能不同
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。
【提示】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。
课后练习P56
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，结果如下：
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
21
22
23
DNA复制过程中相关计算规律
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，结果如下：
(1)DNA分子数
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
0
(2n－2)
DNA复制过程中相关计算规律
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝_______条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝______条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝____________条。
2n＋1
2
(2n＋1－2)
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，结果如下：
DNA复制过程中相关计算规律
(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。
不消耗
m·(2n－1)
m·2n－1
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，结果如下：
DNA复制过程中相关计算规律
一个带有同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占
A.12.5% B.25% C.50% D.100%
√
解析　同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，合成的子代DNA分子共有23＝8(个)，DNA复制具有半保留复制的特点，其中带有15N标记的DNA分子只有2个，故在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占2/8＝1/4＝25%。
练习
某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后，共消耗周围环境中的腺嘌呤脱氧核苷酸3 000个，则该DNA分子已经复制了几次
A.四次 B.五次 C.六次 D.七次
√
解析　由题意可知，模板DNA中含有200个腺嘌呤，即含有200个腺嘌呤脱氧核苷酸，复制n次后，消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是(2n－1)×200＝3 000(个)，解得n＝4。
练习
二倍体是指由 受精卵 发育而来，且 体细胞 中含有两个 染色体组 的生物个体。可用2N表示。
2N=4
2N 二倍体
3N 3倍体
N的意思就是正常细胞内的同源染色体的对数。

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