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第3节
第3章 基因的本质
人教版高中生物 必修2
DNA的复制
学习目标
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.通过DNA的复制认同生命的延续与发展观。
1.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”？
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。
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
问题探讨
对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
一
DNA复制的过程
二
DNA的复制过程中相关计算规律
三
目录
1.1科学的研究方法
（二）推测可能的复制方式
（三）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
（四）完成实验
（一）DNA的是如何复制的
半保留复制
全保留复制
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
对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
一
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
1.2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
1.2对DNA复制的推测
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
大肠杆菌
同位素标记技术
1.3 DNA半保留复制的实验证据
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(轻带)
(中带)
(重带)
密度梯度离心技术
1.3 DNA半保留复制的实验证据
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
1.3 DNA半保留复制的实验证据
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
+
+
1.3 DNA半保留复制的实验证据
DNA半保留复制的实验证据
任务一
3.若DNA复制的方式是全保留复制，请你预期实验结果并完善表格：
大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型
亲代 下部，100%
第1代
第2代
15N/15N
15N/15N-DNA，14N/14N-DNA
下部50%，上部50%
下部25%，上部75%
15N/15N-DNA，14N/14N-DNA
1.3 DNA半保留复制的实验证据
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
1.3 DNA半保留复制的实验证据
DNA半保留复制的实验证据
任务一
4. 若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何？
第一代只出现1条中带，第二代只出现1条位于中带和轻带之间的条带。
（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
DNA半保留复制的实验证据
任务一
5．科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式？
6．科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带，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
跟踪训练
√
1.某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是
A.本活动运用了同位素标记技术和离心技术
B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的液中培养的
C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N/15N－DNA
D.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制
分析图示可知，a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误。
跟踪训练
2.某学习小组以某种细菌(大约20 min分裂一次)为材料探究了DNA的复制方式(半保留复制或全保留复制)，实验结果如图所示。下列说法错误的是
A.若实验三的结果只出现重带和轻带，
则DNA的复制方式为全保留复制
B.若将实验三得到的DNA解旋后再离心，
其结果无法判断DNA的复制方式
C.若实验四的结果只出现中带和重带，
则DNA的复制方式为半保留复制
D.若将实验四的实验时间改为60 min，密度带的位置不变，则DNA的复制方式为全保留复制
√
对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
一
DNA复制的过程
二
DNA的复制过程中相关计算规律
三
目录
阅读课本P54思考如下问题：
DNA复制的过程
二
1.DNA分子复制的概念是什么
2..DNA分子复制过程需要哪些条件
3.DNA分子复制过程怎么进行
4.DNA分子复制的意义？
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
有丝分裂间期和
减数分裂前的间期
主要是细胞核（线粒体、叶绿体）
1
DNA复制的概念：
2
发生时期：
3
场所：
DNA复制的过程
二
过程
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
利用能量，在解旋酶作用下，DNA双链解开
以解开的每一段母链为模板
在DNA聚合酶等酶的作用下
利用细胞中游离的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
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
DNA复制的过程
二
模板
原料
酶
能量
DNA分子的两条母链
细胞中游离的4种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
ATP（破坏氢键）
4
条件：
5
方向：
DNA复制的过程
二
DNA复制的过程
任务二
1．如图为DNA分子复制的两个模型，请据图回答下列问题。
(1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中哪个部位？
(2)图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？
a和c，b和d的碱基排列顺序相同。
解旋酶
DNA聚合酶
磷酸二酯键
氢键
DNA复制的过程
任务二
2．已知果蝇的基因组大小为1.8×108 bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的效率一般为50～100 bp/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。
由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
半保留复制
边解旋边复制
多个复制起点
请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
特点
核心归纳
(1)原核生物：单起点双向复制(如图1)。
DNA复制的起点和方向
(2)真核生物：多起点双向复制(如图2)。
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。
【资料】DNA平均每复制109个碱基对才会产生一个错误。
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。
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。
1. 如何保证复制具有如此高的准确性？
2. DNA进行高精确性的自我复制有何意义？
DNA复制的过程
二
6
准确复制的原因及DNA复制的意义
跟踪训练
3.(2023·福建福州高一期中)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是( )
A.子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′－端
B.DNA的复制过程只发生在细胞核
C.DNA每条链的5′－端是羟基末端
D.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链
√
跟踪训练
子链延伸时方向为从5′－端→3′－端，故游离的脱氧核苷酸添加到3′－端，A正确；
DNA的复制主要发生在细胞核，但线粒体、叶绿体中的DNA也可以复制，B错误；
DNA每条链的5′－端是磷酸基团末端，3′－端是羟基末端，C错误；
解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。
跟踪训练
4.女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为
4 μm/min，但复制过程仅需40 min左右即可完成。这是因为DNA分子( )
A.边解旋边复制
B.复制起点多，分段进行复制
C.以半保留方式复制
D.一个复制点双向复制，使子链迅速延伸
√
由题意可知，长为36 mm的DNA分子进行复制，如果只从一个起点开始，需要的时间是36 000/4＝9 000 (min)，而实际仅需40 min就可完成，由此可推测该DNA分子复制时有多个起点，即多个起点同时分段进行复制，B符合题意。
对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
一
DNA复制的过程
二
DNA的复制过程中相关计算规律
三
目录
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：
第二代
亲代
第一代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
21
22
23
DNA的复制过程中相关计算规律
三
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的复制过程中相关计算规律
三
(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的复制过程中相关计算规律
三
(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的复制过程中相关计算规律
三
跟踪训练
5.一个带有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%
√
一个带有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%。
跟踪训练
6.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.4次 B.5次 C.6次 D.7次
√
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。
网络构建
1.半保留复制：子代DNA的两条链一条是亲代DNA的链，一条是新合成的子链。
2.全保留复制：复制形成的两个子代DNA中的一个DNA两条链都是亲代DNA链，另一个DNA的两条链都是新合成的子链。
3.DNA半保留复制的实验证据
科研方法：_____________。
实验技术：__________技术和____技术。
五分钟查落实
【要语必背】
假说—演绎法
同位素标记
离心
4.DNA复制的时期：细胞分裂前的间期(有丝分裂间期和减数分裂前的间期)。
5.DNA复制的基本条件
(1)模板：DNA的每一条链。
(2)原料：4种游离的脱氧核苷酸。
(3)能量：由ATP提供。
(4)酶：解旋酶和DNA聚合酶。
1.DNA复制的特点是_________________________。
2.DNA精确复制的原因是_________________________________________
____________________________________。
3.果蝇DNA形成多个复制泡的原因是_______________________________
_____________________________________________________________________。
【长句表达】
边解旋边复制、半保留复制
DNA双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证了复制能准确地进行
果蝇的DNA有多个复制起点，可从不同起点开始DNA的复制，由此加快了DNA复制的速率，为细胞分裂做好准备

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