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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。”
《核酸的分子结构》论文节选
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？
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？
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。
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。
问题探讨
第3节 DNA的复制
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章 基因的本质
自主探究
阅读P53-P56回答问题
1、沃森和克里克对DNA复制作出了怎样的推测？什么是半保留复制和全保留复制？
2、证明DNA半保留复制实验的科学家、实验材料、实验方法、实验思路、实验过程、结果和结论是什么？
3、DNA复制的概念、时间、过程、条件、准确复制原因、意义是什么？
一、对DNA复制的推测
1、沃森和克里克对DNA复制作出了怎样的推测？什么是半保留复制和全保留复制？
推测： 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。
新合成的每个 DNA 分子中，都保留了原来 DNA 分子中的一条链的复制方式。
假说1：半保留复制
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复制方式。
假说3：分散复制
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是随机的复制方式。
思考讨论
1、如何来证明这3个假说哪个是正确的？
2、如果要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？
3、如何在实验中直观区分母链和子链？
4、如果用同位素标记法，标记什么元素好？
5、试着给出不同假设下DNA复制两代的预期实验结果。
通过实验验证
区分DNA子链和母链，并观察他们在新DNA中出现的情况。
同位素标记法
15N和14N是N元素的两种稳定的同位素(无放射性)，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。
5、试着给出不同假设下DNA复制两代的预期实验结果。
15N
15N
15N
15N
15N
15N
半保留复制
全保留复制
分散复制
1/2轻带DNA
重带DNA
1/2重带DNA
3/4轻带DNA
1/4重带DNA
重带DNA
中带DNA
1/2轻带DNA
1/2中带DNA
重带DNA
中带DNA
中带DNA
亲代
子1代
子2代
二、DNA半保留复制的实验证据
2、证明DNA半保留复制实验的科学家、实验材料、实验方法、实验思路、实验过程、结果和结论是什么？
科学家:
同位素标记法15N和14N、密度梯度离心法
1958年美国生物学家梅塞尔森(M.Meselson)和斯塔尔(F.Stahl)
实验材料：
大肠杆菌
科学方法：
实验思路:
将DNA是15N标记的大肠杆菌，培养在含14N的培养液中，在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA进行离心，观察离心后试管中DNA的位置。
实验过程和结果
结论：
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
提取DNA，离心
提取DNA，离心
提取DNA，离心
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA的复制是分散复制
细胞分裂一次
第一代
第二代
半保留复制
全保留复制
分散复制
1/2轻带DNA
重带DNA
1/2重带DNA
3/4轻带DNA
1/4重带DNA
重带DNA
中带DNA
1/2轻带DNA
1/2中带DNA
重带DNA
中带DNA
中带DNA
预期结果
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
分析问题作出假说
根据假说演绎推理
进行实验验证假说
观察现象提出问题
分析结果得出结论
证明DNA半保留复制方式的科学方法：
假说——演绎法
观察到DNA结构，提出DNA是如何复制的
提出DNA可能的复制方式假说：半保留复制、全保留复制、分散复制。
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.
进行证明DNA半保留复制的实验
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
三、DNA复制的过程
3、DNA复制的概念、时间、条件、过程、准确复制原因、意义是什么？
时间：
概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期。
真核细胞：
主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有。
原核细胞：
主要在拟核中，质粒也可以。
DNA复制场所：
条件：
模板:
DNA分子的两条母链
原料:
细胞中游离的4种脱氧核苷酸
酶:
解旋酶、DNA聚合酶等
能量:
ATP
解旋：复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的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。随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。
形成子代DNA：同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
过程
DNA的复制过程
准确复制原因
意义:
特点:
（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；
（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。
将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。
原则：
结果：
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
碱基互补配对原则
(1)边解旋边复制
(2)半保留复制
DNA复制有关计算
(1)子代DNA分子数： 个。
①含母链的DNA分子始终是 个。
②含子链的DNA有 个，只含子链的有 个
(2)子代DNA分子的总链数： 条。
①母链始终是 条。②子链数是 条。
(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，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为
个。
②若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为
个。
一个亲代DNA分子经 n 次复制后
（看准碱基的单位是“对”还是“个”，复制n次”还是“第n次复制）
2n
2
2n
2n－2
2n＋1
2
2n＋1－2
m×(2n－1)
m×2n－1
（看准是“含”还是“只含”）
（看准是“DNA分子数”还是“链数”）
1.将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是( )
A.细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层
B.细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层
C.细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位于试管的上层
D.该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制
C
课堂练习
A.DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷
酸，酶②催化碱基对之间的连接
B.在复制过程中解旋和复制 是同时进行的
C.解旋酶能使双链DNA解开，并且不需要消耗ATP
D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
2.下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是( )
B
2.某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA的复制，从而达到控制癌症的目的。这些药物作用的细胞正处于细胞周期的（ ）
A 间期 B 前期 C 中期 D 不能确定
3.用15N标记一个含有200个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶80个，将该DNA分子在含14N的培养环境中连续复制4次，其结果可能是(　　)
A.含有15N的DNA分子占1/16
B.含有14N的DNA分子占7/8
C.复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸1500个
D.复制共产生16个DNA分子
A
D
练习与应用
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。 （ ）
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
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
×
×
B
C
二、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？
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。
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。
复制泡
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。
科学技术方法——密度梯度离心
探究DNA复制的方式--假说-演绎法
DNA复制的拓展

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