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(共30张PPT)
第3节：DNA的复制
一、DNA分子复制方式的探究（假说——演绎法）
1.提出问题:
DNA以什么方式复制？
2.作出假设
假说一：全保留复制
假说二：半保留复制
（沃森和克里克）
Q1:若要探究DNA是哪种复制方式，关键思路是什么？
区分亲代和子代DNA)
DNA是肉眼看不可见的，如何做区分亲代和子代的DNA呢？
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
同位素标记技术
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
资料：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。
一、DNA分子复制方式的探究（假说——演绎法）
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(轻带)
(中带)
(重带)
密度梯度离心技术
利用离心技术可以在试管中区分含有不同质量N元素的DNA。
一、DNA分子复制方式的探究（假说——演绎法）
1、如何让亲代DNA获得15N标记？
2、如何让子代DNA获得14N标记？
将大肠杆菌放入含有15NH4Cl的培养液中培养若干代。
将上述亲代大肠杆菌转入含14NH4Cl的培养液中P。
第一代会出现的结果是
如果DNA复制是全保留复制
第二代会出现的结果是
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
14N/ 14N -DNA
15N /15N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
15N/15N-DNA
密度
低
高
15N/15N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
一、DNA分子复制方式的探究（假说——演绎法）
3.演绎推理
重带
轻带
重带
轻带
重带
亲代
第一代会出现的结果是
如果DNA复制是半保留复制
第二代会出现的结果是
14N/15N-DNA
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
14N/ 14N -DNA
14N/15N-DNA
提取DNA离心
密度
低
高
15N/15N-DNA
提取DNA离心
14N/ 15N-DNA
14N/15N
-DNA
提取DNA离心
14N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
亲代
一、DNA分子复制方式的探究（假说——演绎法）
3.演绎推理
重带
中带
轻带
中带
4. 实验验证
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
重
中
轻
中
结果与半保留复制假说吻合
假说成立
实
验
过
程
实验结果
一、DNA分子复制方式的探究（假说——演绎法）
——同位素标记法+密度梯度离心
5.得出结论：DNA的复制方式是半保留复制
知识小结
提出问题
作出假设
得出结论
演绎推理
实验验证
假说演绎法
DNA是如何复制的？
推测可能的复制方式
半保留复制
全保留复制
预测两种复制模式下得到的子代DNA的可能情况及可能的实验结果。
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。
上述方法的研究对象是原核细胞的DNA复制，原核生物DNA含量少，容易从细胞中提取。 研究真核生物的DNA复制可以采用上述方法研究吗？为什么？
BrdU (5-溴尿嘧啶)可以用代替碱基T与碱基A进行互补配对。
若DNA中含有T，则染色（单）体经吉姆萨染色为深色；
若DNA中只含有BrdU，则染色（单）体经吉姆萨染色为浅色。
DNA
染色体中含有T
第一次有丝分裂中期
第二次有丝分裂中期
置于不含T ，但含BrdU的培养基培养
置于不含T ，但含BrdU的培养基培养
深色
深色
深色
深色
浅色
深色
浅色
一、DNA分子复制方式的探究（假说——演绎法）
1.概念：以 分子为模板合成子代DNA分子的过程。
2.场所：主要在 中，但在拟核、线粒体、叶绿体中也进行。
3.时间：有丝分裂 和减数 。
模板： 。
原料： 。
能量： 。
酶： 。
5.复制过程： → → 。
6.精确复制的原因：①DNA的 结构提供精确模板;
② 原则保证了复制的准确进行。
7.特点： 复制和 。
8.意义：
亲代DNA
细胞核
间期
第Ⅰ次分裂前的间期
双螺旋
碱基互补配对
半保留
边解旋边复制
二、DNA分子复制的过程（P55-56）
4.条件：
DNA的两条母链
游离的脱氧核苷酸（A、G、C、T）
ATP
DNA解旋酶、DNA聚合酶等
解旋
合成子链
重新螺旋
将遗传信息从亲代传给子代，保持遗传信息的连续性。
在ATP的驱动下，解旋酶将氢键断裂使DNA部分双螺旋的两条链解开。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
（1）解旋
DNA复制的过程
以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则,合成与与母链互补的子链。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
形成氢键（不需酶）
（2）合成子链
DNA复制的过程
在DNA聚合酶催化下单个的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
A
C
G
C
A
A
G
C
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
（2）合成子链
DNA复制的过程
方向：子链从5’→ 3’双向复制
形成磷酸二酯键
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
A
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
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'
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
（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→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：
过程与条件
（断裂氢键）
（形成磷酸二酯键）
DNA复制的过程
TCTTGCTC
AGAACGAG
AGAACGAG
TCTTGCTC
AGAACGAG
TCTTGCTC
+
①2条母链碱基顺序是什么关系？
②2条子链碱基顺序是什么关系？
③新的2个DNA碱基顺序是什么关系？
互补
互补
相同
1个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子
结果：
原核生物DNA复制
单起点双向复制
多起点双向复制
真核生物和原核生物DNA复制的区别
使得复制能在较短时间内完成
真核生物DNA复制
复制泡
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，哪些链碱基排列顺序相同？
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
【提升练习】
亲 代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
复制1次
复制2次
复制3次
2
4
8
=21
=22
=23
三 DNA分子复制的计算
若将双链均被15N标记的DNA置于含14N的培养基中连续复制n 代，分析其结果：
亲代
第1代
第2代
第3代
第n代
……
复制n次
(1)子代DNA分子数为 个。
①含15N的DNA分子数为 个。
②只含14N的DNA分子数为 个。
③含14N的DNA有 个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为 条。
①含15N的脱氧核苷酸链数为 条。
②含14N的脱氧核苷酸链数为 条。
2
(2n-2)
2n
2
(2n+1-2)
2n
2n+1
例：将 15N标记的DNA分子放在 14N 的培养基上培养， 经过3次复制，在所形成的子代 DNA中，含15N 的DNA占总数的比例和含15N的脱氧核苷酸链占总数的比例各为（ ）和（ ）
　A．1/16　 B．l／8　 C．1／4　　 D．1／2
①
子一代
②
子二代
亲代
①
③
子三代
C
B
若将双链均被15N标记的DNA置于含14N的培养基中连续复制n 代，分析其结果：
亲代
第1代
第2代
第3代
第n代
……
复制n次
(3)DNA复制时消耗脱氧核苷酸数的计算方法
①若亲代DNA分子中含有某种碱基m个，则经 n 次复制后需游离的该碱基为：
m2n-1
m(2n-1)
②若亲代DNA分子中含有某种碱基m个，则第 n 次复制时需游离的该碱基为：
14N
复制
第二次分裂
第二次分裂
用15N标记1对同源染色体上的2个DNA分子
一次有丝分裂
分裂形成2个子细胞，
每个细胞中的每条
染色体均带有标记
3
4
14N
复制
1
1’
2
2’
14N
复制
3
3’
4
4’
1
2’
1’
2
3’
4’
1、有丝分裂：
四、 DNA复制与染色体标记问题
15N标记
14N标记
二次有丝分裂
①
②
③
④
①②组合有 个子细胞带有标记
①④组合有 个子细胞带有标记
③④组合有 个子细胞带有标记
2
3
4
1、有丝分裂：
四、 DNA复制与染色体标记问题
如果细胞内有20条染色体，经有丝分裂产生4个子细胞中被标记的染色体最多（或最少）有多少条？
①
②
③
④
0~20
复制
14N
减Ⅰ
减Ⅱ
减Ⅱ
用15N标记1对同源染色体上的2个DNA分子
分裂形成4个子细胞，全部子细胞中的每条染色体均带有标记。
同源染色体分离
姐妹染色单体分离
2、减数分裂：
15N标记
14N标记
四、 DNA复制与染色体标记问题
5′
3′
5′
3′
5′
3′
引物
DNA聚合酶
子链合成方向：5’→3’
前导链
DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能将游离的核苷酸加到3’端延伸子链，因此DNA复制需要引物，其作用是给DNA聚合酶提供3’端。
解旋酶
拓展
DNA复制的过程
引物
DNA聚合酶
5′
利用酶将
引物切除
DNA聚合酶
将 “缺口”补齐
用DNA连接酶连接DNA片段
5′
3′
5′
3′
5′
3′
5′
5′
特点3：半不连续复制
后随链
冈崎片段
解旋酶
拓展
DNA复制的过程
前导链
解旋酶
5’
3’
3’
5’
DNA聚合酶
5’
3’
前导链
5’
3’
冈崎片段
DNA连接酶
后随链
子链延伸方向：5’→3’
延伸
特点3：半不连续复制
拓展
端粒DNA
……
5′
……
3′
3′
……
……
5′
……
……
5′
3′
正常情况下无法补齐，随着复制次数增加，端粒DNA越来越短。干细胞中存在端粒酶，也可以补齐端粒DNA
……
3′
5′
……
拓展
DNA复制的过程

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