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(共35张PPT)
第3节 DNA的复制
学习目标
运用假说—演绎法探究DNA的复制方式。
概述DNA通过半保留的方式进行复制。
复习回顾：
一.DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
二.假说—演绎法：
1.提出问题
2.作出假设
3.演绎推理
4.实验验证
2条单链构成，双螺旋结构
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”
in the following communications. We were not a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis 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.
《核酸的分子结构》论文节选
一、问题探讨----提出问题
假说—演绎法
DNA复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
提出问题→作出假设→演绎推理→实验验证→得出结论
1、半保留复制
（1）提出者：
沃森和克里克
（2）假说内容：
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。
二、对DNA复制的推测----作出假说
（3）特点：
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链。
2、全保留复制
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
1、半保留复制
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链。
？
一模一样，一新一旧
一全新，一全旧
二、对DNA复制的推测----作出假说
要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”，关键思路是什么？
如何区分母链和子链，它们在子代DNA中如何分布。
三、DNA半保留复制的实验证据
阅读课本内容53—54页，思考下列问题（3min）：
1.实验材料选用了什么？
2.如何区分子链和母链？
同位素标记技术
3.使用了什么同位素去标记DNA？原理是？
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔，设计了一个巧妙的实验。
三、DNA半保留复制的实验证据
大肠杆菌（每20分钟繁殖一代）
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。
C.H.O.N.P中的任何一种元素都可以
5.将上面的三种DNA分子混合在一起，如何分离？
4.如果用15N和14N标记DNA单链，可能得到哪几种DNA分子？
15N
15N
14N
14N
15N
14N
密度梯度离心
离心是一种将悬浊液中悬浊物分离的一种方法，它利用高速旋转产生的离心力，将悬浊颗粒按照密度的不同处于离心管内的不同位置，从而达到分离的目的。
密度小的颗粒存在于离心管内的上部，而密度大的颗粒存在于离心管内的下部。
设实验
科学技术方法——密度梯度离心
若在离心管内放入三种结构相同但是N元素质量数不同的DNA，即两条链都含14N的DNA（表示为14N-14N），一条链含14N、一条链含15N的DNA（表示为14N-15N），两条链都含15N的DNA（表示为15N-15N）。则在离心后，离心管内出现三个存在的位置，请在图中标出三个位置相应的DNA类型。
思考.讨论：如果亲代DNA含15N，放在含14N的环境中培养，复制后得到的子一代DNA和子二代DNA分别含15N、14N的情况是怎样的 （请同学们绘图表示）
（一）实验预期—演绎推理：
假说1：半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了
原来DNA分子中一条链。
假说2：全保留复制：DNA复制以DNA双链为模板，子代
DNA的双链都是新合成的。
探究：演绎推理，预测结果
小组合作，运用演绎推理预测全保留或半保留复制后，在学案上
1.写出亲代、子一代、子二代DNA两条链的组合情况；
2.标出离心后试管中DNA的位置（用重、中、轻表示）， 占每代DNA总数的比例又是多少呢？
材料：学案，红笔，黑笔
代表含15N的DNA单链
代表含14N的DNA单链
代表试管
亲 代
第一代
第二代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
1.假如DNA复制是半保留复制,实验的预期会是怎样的？
重带
中带
轻带
中带
（一）实验预期—演绎推理：
亲 代
第一代
第二代
15N
15N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
2.假如DNA复制是全保留复制,实验的预期会是怎样的？
重带
重带
轻带
1/4重带
3/4轻带
（一）实验预期—演绎推理：
预测进行密度梯度离心后条带情况
半保留复制
全保留复制
子一代中：
如果DNA出现 ，则是全保留复制；如果DNA出现 ，则是半保留复制。子二代中：如果DNA出现 ，则是全保留复制；如果DNA出现 ，则是半保留复制。
一半在轻带位置，一半在重带位置
全在中带位置
在轻带位置， 在重带位置
一半在轻带位置，一半在中带位置
亲 代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
？
？
？
实验过程：
二
DNA半保留复制的实验证据
实验验证
排除DNA的全保留复制方式！
DNA复制方式是半保留复制！
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
（二）实验验证，得出结论：
亲 代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
含15NH4Cl的培养液中
结论：
亲代大肠杆菌的DNA经离心处理后，试管中只出现了一条DNA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)。
将第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中，为15N/14N-DNA,另一条带的位置更靠上， 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 )。
实验结果与半保留复制的预期结果相符
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
DNA复制方式的探究历程
4、证明DNA半保留复制的实验
得出结论
亲代
子一代
子二代
子三代
提示：无论DNA复制多少次，含有原来母链的DNA分子永远只有两个
一个亲代DNA分子经 n 次复制后，则
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
③不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
1.将在14N培养基中连续多代培养的细菌转移到15N培养基中,培养两代后提取DNA 进行密度梯度离心,实验结果应为（ ）
亲代14N
子代15N
B
15N
14N
15N
15N
4个DNA
2个 2个
练一练
2.细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是( )
A
A.第一次分裂的子代DNA应为⑤
B.第二次分裂的子代DNA应为①
C.第三次分裂的子代DNA应为③
D.亲代的DNA应为⑤
3、一个用15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的(　　)
A. 1/10 B. 1/5
C. 1/16 D.1/25
C
任务三：阅读教材 ，思考回答以下的问题
1．DNA分子复制的概念是什么
2．结合真核细胞中DNA的分布，说出DNA复制的场所在哪里？
3．DNA分子复制发生在什么时间
4．DNA分子复制的过程是怎样进行的 需要哪些条件
5．DNA分子复制的特点是
6．DNA准确复制的原因
7．DNA分子复制有何生物学意义
1.DNA分子复制的概念
2.DNA分子复制的场所
3.DNA分子复制的时间
三、DNA复制的过程
有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期
真核生物：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
原核生物：拟核（主要）、细胞质（质粒）
解旋→合成互补子链→形成子代DNA
4.过程
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。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
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G
G
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C
C
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A
3'
5'
C
C
G
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G
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G
G
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A
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G
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C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
三
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。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
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G
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3'
5'
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G
C
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T
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A
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G
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G
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T
T
形成氢键
三
DNA复制的过程
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
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A
G
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G
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3'
5'
A
C
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C
A
A
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C
G
C
A
A
G
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T
A
G
T
C
A
T
T
A
DNA聚合酶
5'
3'
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
ATP
ATP
合成方向：
子链的5'端→ 3'端
DNA聚合酶形成磷酸二酯键
三
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。
3.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。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
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C
C
G
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T
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C
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T
A
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
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T
T
A
T
A
T
G
C
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G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
三
DNA复制的过程
2.特点：
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.半保留复制—准确
2.边解旋边复制
高效
3.双向复制
4.真核生物有多个复制起点
(1)模板：亲代DNA的两条链(两条母链)
三
DNA复制的过程
（原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点）
解旋酶：破坏碱基之间的氢键，将两条脱氧核苷酸链打开
DNA聚合酶：将单个的脱氧核苷酸连接到已有DNA片段上
3’
5’
5’
3’
前导链
5’
3’
后随链
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
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
4.结果：
5.意义：
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。
三
DNA复制的过程
从子链的5' 端向 3' 端延伸
3.方向:
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。
5.遗传信息流动方向：
DNA分子→DNA分子
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

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