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必修2
第3章
第3节
DNA的复制
DNA
Copy
导入
沃森和克里克1953年发表在Nature上的揭示DNA为双螺旋结构的文章
讨论
这句话中为什么要用“可能”两个字？这反应了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实验证据之上。
沃森&克里克的观点：半保留复制
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基间氢键断裂，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。由于新合成的每个DNA中都保留了原来DNA中的一条链，这种复制方式称作半保留复制。
对DNA复制的推测
其他观点：全保留复制
对DNA复制的推测
全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新和成的。
对DNA复制的推测
其他观点：分散复制
分散复制是指分散复制是指复制后的DNA的两条链都包含亲代的片段与新合成的片段
到底哪一种假说是正确的呢？
15N(有放射性)、 14N (没有放射性)
DNA半保留复制的实验证据
(1)科学家：美国生物学家梅尔尼森&斯塔尔
(2)需解决的核心问题：亲代中的DNA如何到子代中去？
(3)实验思路：区分亲、子代的DNA
(4)技术：同位素标记技术&密度梯度离心
用到的同位素：
①同位素标记技术
15N 和 14N是N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，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。
②密度梯度离心
用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离。
15N / 15N
全保留复制
15N / 15N
14N / 14N
15N / 14N
15N / 14N
15N / 15N
半保留复制
15N / 15N
分散复制
15N / 14N
15N / 14N
(5)研究对象：大肠杆菌
思考：使用大肠杆菌作为研究对象的好处是什么？
繁殖快、易培养
思考：何如标记亲、子代的DNA？
用含有15N和14N的营养物质培养大肠杆菌即可，在大肠杆菌繁殖后就会带上被标记的DNA。
思考：何如区分受标记的DNA？
15N和14N相对原子质量不同
思考：使用密度梯度离心法后三种类型的双链应处在什么位置？
重： 15N / 15N
中： 15N / 14N
轻： 14N / 14N
下方
中间
上方
①用含有15NH4Cl 的培养液培养大肠杆菌，让其繁殖若干代
让亲代DNA的每一条链（母链）被15N标记。
思考：这样做的目的是什么？
(6) 实验过程：
15NH4Cl
②提取大肠杆菌的DNA，并进行离心
思考：观察到的实验结果是怎样的？
③用含有14NH4Cl 的培养液培养大肠杆菌，让其繁殖一代
14NH4Cl
14NH4Cl为DNA子链合成提供原料，让新合成的子链DNA获得14N标记，为排除全保留复制。
思考：这样做的目的是什么？
思考：如何保证细胞分裂一次？
E.coli 20min 分裂一代
重：15N / 15N
④提取大肠杆菌的DNA，并进行离心
思考：观察到的实验结果是怎样的？
中：14N / 15N
14NH4Cl
⑤让大肠杆菌在14NH4Cl 的培养液中再繁殖一代
14NH4Cl为DNA子链合成提供原料，检查新合成的子链DNA是否会出现14N / 14N标记，排除分散复制。
思考：这样做的目的是什么？
⑥提取大肠杆菌的DNA，并进行离心
思考：观察到的实验结果是怎样的？
中：14N / 15N
轻：14N / 14N
证明：DNA的复制方式是半保留复制
注意
中：14N / 15N
中：14N / 15N
14N / 15N
中：14N / 15N
第二代的条带比第一代偏上
分散复制情况分析：
作出假说
演绎推理
实施实验，统计结果
根据假说演绎推理两种复制模型得到的子代DNA的结果
实验验证
观察DNA的结构，DNA是如何复制的
提出问题
半保留复制
全保留复制
分散复制
假说——演绎法
DNA复制方式的探究历程：
得出结论
DNA是半保留复制的
DNA的复制过程
1.概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.时期：
真核生物：有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期。
3.场所：
真核细胞：主要在细胞核（线粒体、叶绿体中也存在）。
原核细胞：主要在拟核（质粒中也存在）。
病毒：在宿主细胞中。
4.过程：
解旋
↓
合成子链
↓
重新螺旋
4.具体过程：
能量
解旋
脱氧核糖核苷酸
DNA聚合酶、DNA连接酶、ATP水解酶
双螺旋结构
解旋和复制的过程是同时进行的
思考
Q4:氢键的形成需要酶的催化吗？
Q1:解旋过程中解旋酶破坏什么？
氢键
Q2:在合成子链过程中DNA连接酶与DNA聚合酶的作用有何区别？
DNA连接酶:连接两个断裂的DNA片段
DNA聚合酶:聚合单个脱氧核糖核苷酸
A
T
G
C
T
A
G
T
C
A
Q3:在合成子链过程中DNA连接酶与DNA聚合酶的作用有何相同之处？
形成磷酸二酯键
不需要
A
T
G
T
A
C
5.复制方向
解旋方向
3’
5’
5’
3’
5’
3’
复制方向
3’
5’
复制方向
前导链
后随链
DNA连接酶
冈崎片段
DNA聚合酶：5’-3’方向添加碱基
半不连续复制
6.复制起点
复制起点
前导链
前导链
解旋方向
解旋方向
后随链
后随链
多起点&双向复制
7.复制特点
边解旋边复制（提高复制效率）&半保留复制
8.精准复制的原因
(1)DNA分子为复制提供了精确的模板
(3) DNA 损伤的修复机制
(2)碱基互补配对使复制能够精确的进行
将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子
9.复制的结果
思考:DNA复制会出错吗？
10.复制的意义
DNA复制的计算问题
(1)DNA分子
第一代
第二代
第三代
亲代
14N
14N
15N
15N
15N
15N
14N
14N
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)
(2)脱氧核糖核苷酸链
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝_______条。
②15N标记的脱氧核苷酸链数＝______条。
③ 14N标记的的脱氧核苷酸链数＝________条。
2n＋1
2
(2n＋1－2)
第一代
第二代
第三代
亲代
14N
14N
15N
15N
15N
15N
14N
14N
(3)亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为____个
(3)消耗脱氧核糖核苷酸数
第一代
第二代
第三代
亲代
14N
14N
15N
15N
15N
15N
14N
14N
Q:经过n次复制产生了多少个DNA
2n个
m 2n
m （ 2n -1 ）
(3)亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为____个
(2)消耗脱氧核糖核苷酸数
第一代
第二代
第三代
亲代
14N
14N
15N
15N
15N
15N
14N
14N
第n次复制含该脱氧核苷酸数-第n-1次复制含该脱氧核苷酸数=m2n - m 2n-1
= m 2n-1
2
0
2
4
class
下课
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