资源简介

(共58张PPT)
资料一
问题探讨
《科学》杂志上发表了一项研究报告，科学家基于数据证实了随机DNA复制错误对于癌症所起到的重要作用。癌症相关突变28.9%源于环境因素，5%源于遗传因素，66.1%源于DNA复制错误。
第3节 DNA的复制
in the following communications. We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chemical arguments.
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic 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
资料二
“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“
克里克
沃森
问题探讨
对DNA复制的推测
1、提出问题
DNA以什么方式复制？
2、作出假设
假设一：半保留复制
半保留复制是指，DNA在进行复制的时候两条母链DNA分开，作为模板合成两条子链，一条母链和一条子链结合形成一个子代DNA分子。
沃森和克里克的DNA半保留复制假说：
资料三
对DNA复制的推测
半保留复制
全保留复制
如何来证明哪个观点是正确的？如何区分开亲代与子代的DNA？
假设二：全保留复制
全保留复制是指，DNA在进行复制的时候两条母链DNA分开，分别复制形成两条子链DNA，此后，两条母链DNA彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链DNA分子。
对DNA复制的推测
用红色表示亲代DNA的两条链，用蓝色表示新合成的DNA链，
请分别画出半保留复制和全保留复制后得到的子二代DNA的组成。
亲代DNA分子
子一代DNA分子
子二代DNA分子
【任务一】
DNA半保留复制的实验证据
【思考】
1、如果要设计实验证明DNA的复制方式是半保留，关键思路是什么？
要区分亲代和子代DNA
2、要在实验中直观地标识母链和子链，应采取怎样的方法？
同位素标记法
3、如果用同位素进行标记，可标记什么元素
可标记 C、H、O、N、P 等元素
DNA半保留复制的实验证据
资料三
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记法和密度梯度离心法，设计了一个巧妙的实验。他们用到的同位素是14N和15N。
DNA半保留复制的实验证据
密度梯度离心技术
通过超离心机对某一介质长时间加一个离心力，使其在离心管 内从液面到底部出现一定的密度梯度。
DNA半保留复制的实验证据
14N和15N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更重一些，因此，通过密度梯度离心技术可以在试管中分离开含有不同氮元素的DNA。
密度梯度离心
以下是三种被14N或15N标记的DNA链，在离心之后，分析得到的DNA条带可能位于试管的什么位置？
14N
14N
15N
15N
14N
15N
轻带
重带
中带
DNA半保留复制的实验证据
【思考】
2、如何使得母链DNA被15N标记？
3、如何使得新合成的DNA链被14N标记？
1、如何使大肠杆菌的DNA被15N或14N标记？
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
15NH4Cl
14N/ 14N
-DNA
提取DNA
离心
？
？
？
哪个位置
步骤二：将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中。
步骤三：在不同时期收集大肠杆菌后离心，记录离心后试管中DNA的位置。
步骤一：用含有15N的培养基培养大肠杆菌，获得15N/15N-DNA分子。
子一代会出现的结果是
如果DNA复制是半保留复制
子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
DNA半保留复制的实验证据
【预测半保留复制结果】
转移到含14NH4Cl
培养液中
（细胞分裂1次）
细胞再分裂1次
提取DNA 离心
轻带
中带
重带
15NH4Cl
培养液
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
提取DNA 离心
提取DNA 离心
【实验验证及实验结论】
DNA半保留复制的实验证据
结论：DNA复制是半保留复制
得出结论
发现问题
提出假说
演绎推理
实验验证
半保留复制
推理、探究半保留复制方式下得到子代DNA的可能情况，预测半保留复制方式的实验结果
结论：DNA复制是半保留复制
DNA是如何复制的
证明DNA半保留复制的实验
假说演绎法
DNA半保留复制的实验证据
DNA半保留复制的实验证据—小结
1、复制假说：
半保留复制(沃森和克里克）、全保留复制
2、实验证据
实验材料：
实验技术：
3、探究方法：
大肠杆菌
同位素标记技术、密度梯度离心技术
假说演绎法
【例1】把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养，
连续复制两轮的时间后，离心分离其DNA，结果应如图(　　)
B
课堂检测
阅读P55、56页的相关内容，思考下列问题？
DNA复制的过程
1、DNA复制的概念是什么？时间？场所？
2、DNA复制过程需要哪些条件？
3、简述DNA复制过程怎么进行？
4、DNA复制过程有何特点？精确复制的原因有何生物学意义？
DNA复制的过程
________________,包括有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。
3、场所
2、时间：
细胞分裂前的间期
1、概念：
DNA的复制是指____________________________________。
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体、线粒体
原核生物：拟核（主要）
DNA病毒：
宿主细胞内
DNA复制的过程
4、条件：
（1）模板：______________________________
（2）________：游离的4种脱氧核苷酸
（3）________ ：如ATP
（4）酶：_________________________
亲代DNA分子中的两条母链
原料
能量
解旋酶、DNA聚合酶等
5、过程：
解旋
合成子链
合成子代DNA
在ATP的驱动下，解旋酶将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
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C
G
A
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C
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A
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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
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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
DNA复制的过程
（1）解旋
解旋酶 — 催化氢键分解
① 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。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
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A
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G
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T
A
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G
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C
G
T
A
T
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T
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A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
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T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
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G
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G
A
G
C
T
T
碱基互补配对
—自动形成氢键
DNA复制的过程
（2）合成子链
② 在DNA聚合酶的催化下把子链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
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A
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A
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G
G
C
C
G
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A
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C
C
G
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A
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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
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G
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C
G
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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
DNA聚合酶：
催化形成磷酸二酯键
DNA复制的过程
（2）合成子链
子链延伸方向：
5’ 3’
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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A
C
G
G
C
C
G
T
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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
DNA复制的过程
（3）合成子代DNA
DNA复制的过程
7、复制中形成的化学键： 、 。
氢键
磷酸二酯键
6、结果： 。
形成两个完全相同的DNA分子
8、
特点：
边解旋边复制
半保留复制
解旋酶
解旋酶
DNA聚合酶
以母链为模板进
行碱基互补配对
3'
5'
3'
3'
5'
5'
解旋酶
DNA聚合酶
氢键
磷酸二酯键
解旋
合成新链
形成子代DNA
DNA复制的过程
9、准确复制的原因：
10、意义：
① DNA分子独特的　　　　　　　提供精确的模板；
② 通过　 　　　　　 原则，保证了复制准确无误。
双螺旋结构
碱基互补配对
将遗传信息由亲代细胞传递给子代细胞，保证了遗传信息的连续性。
子链 5’→3’
母链 3’→5’
5’
3’
3’
5’
3’
3’
5’
拓展1：子链DNA延伸方向
【资料】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。
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。
多起点复制
双向复制
拓展 2
2、DNA多起点、双向复制，可明显缩短DNA复制时间，提高复制效率
3、加热可使DNA分子变性，双链打开；降温后DNA双链又会重新形成
能量
解旋
两条螺旋的双链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
双螺旋结构
总结
特点
精确复制的原因
意义
方向
结果
①半保留复制；②边解旋边复制；
③双向复制；④真核生物有多个复制起点
（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。
1个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子
从子链的5' 端向 3' 端延伸
DNA
复制的过程
(1) 克里克和沃森证明了DNA复制为半保留复制。( )
(2) 所有的真核细胞内都能进行DNA复制。( )
(3) DNA复制时，双螺旋的两条链全部解开后，才开始子链的合成。( )
(4) 半保留复制是指DNA分子中的一条链进行复制，另一条链不复制。 ( )
(5) DNA复制的原料为四种脱氧核苷酸。( )
(6) DNA的复制遵循碱基互补配对原则,新合成的两条子链形成新的双链DNA。( )
×
×
×
×
√
×
课堂练习
1、将单个的脱氧核苷酸连接成DNA分子主要的酶是（ ）
A. DNA连接酶 B. DNA酶
C. DNA解旋酶 D. DNA聚合酶
2、1条染色单体含有1个双链的DNA分子，那么，四分体时期中的1条染色体含有（ ）
A. 4个双链的DNA分子 B. 2个双链的DNA分子
C. 2个单链的DNA分子 D. 1个双链的DNA分子
D
B
课堂练习
3、下列有关DNA复制的叙述，错误的是 (　　)
A、DNA复制可发生在真核细胞有丝分裂前的间期
B、 DNA复制时所需要的原料是脱氧核苷酸，且消耗ATP
C、 DNA复制时，以DNA的一条链作为模板先后合成两条子链
D、DNA通过复制保持了亲代和子代细胞中遗传信息的连续性
C
课堂练习
4、真核细胞中DNA复制如下图所示，下列表述错误的是 (　　)
C
A、多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B、每个子代DNA都有一条脱氧核苷酸链来自亲代
C、复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D、DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
拓展
DNA分子的计算
亲代DNA分子
复制1次
复制2次
复制3次
无论DNA复制多少次，含有母链的DNA分子永远只有2条！
1、DNA分子数
（1）子代DNA分子数 = 个
（2）含有亲代DNA链的子代DNA分子数 = 个
（3）不含含有亲代DNA链的子代DNA分子数 = 个
（4）第n代复制增加的DNA分子数为 。
复制n代
2n
2
2n-2
2n-1
2、脱氧核苷酸链数
复制n代
（1）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数 = 条
（2）亲代脱氧核苷酸链数 = 2 条
（3）新合成的脱氧核苷酸链数 = （ - 2 ）条
15N标记DNA，在14N培养基中复制n次。
含15N的DNA： 个
只含15N的DNA： 个
含14N的DNA： 个
只含14N的DNA： 个
含15N的DNA单链： 条
含14N的DNA单链： 条
2
0
2n
2n-2
2
2n+1-2
3、15N 标记的“亲代DNA”复制问题
“关键字眼” DNA复制： 标记的是“亲代DNA”还是“培养基原料”
子代DNA：所求DNA比例是“含 的”还是“只含 的”
4、DNA分子复制消耗原料的计算
一个DNA的碱基A（T、G、C）占碱基总数的a%，碱基总数为m，
连续复制n次后，共需要G（C、A、T）多少个？
因为A=ma%，A=T、G=C， A+T= 2ma%，
DNA复制n代后子链数= 2n+1 ﹣2
DNA连续复制n代后需要
解析：先求出亲代DNA中G=C=？每两条新链所必需的鸟嘌呤（G）数等于亲
代DNA胞嘧啶（C）数，再求出DNA复制n代后子链数；最后求出DNA
连续复制n代后需要鸟嘌呤数。
解：
所以G=C=m（1/2﹣ a%），
每形成两条新链所必需的鸟嘌呤数等于亲代DNA胞嘧啶数= m （1/2﹣ a%）
鸟嘌呤 = [(2n+1 ﹣2 )/2] *m (1/2﹣ a%)
= m (2n ﹣1)(1/2﹣ a%)
1、注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，
前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
2、注意碱基的单位是“对”还是“个”。
3、切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸
单链的DNA分子都只有两个。
4、看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等
关键词，以免掉进陷阱。
特别提醒：“DNA复制”相关题目的4点“注意”
1、1个DNA分子经过4次复制，形成16个DNA分子，其中含有最初DNA母链的有（ ）
A. 2个 B. 8个 C. 16个 D. 32个
2、以DNA的一条链“－A－T－C－”为模板，经复制后的子链是（ ）
A. “－T－A－G－” B. “－U－A－G－”
C. “－T－A－C－” D. “－T－U－G－”
练 习
A
A
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
C
练 习
5、具有100个碱基对的1个DNA分子片断，内含40个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为（ ）个。
180
解：
100个碱基对， 即200个碱基
40个T， 则有40个A。
所以有（200-40-40）/2=60个C
连续复制两次，则由1个DNA分子变成4个
所以需要游离的C：（4-1）×60=180个
练 习
1、有丝分裂过程中染色体标记情况分析
用15N充分标记细胞的核DNA分子，再将该细胞放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，情况如下（只展示细胞中的一对同源染色体）。
分 析
DNA复制与细胞分裂过程中染色体标记情况
第一次有丝分裂形成的两个细胞中，所有的DNA分子都呈“杂合状态”，即15N/14N-DNA；
(2)第二次有丝分裂形成的2个子细胞有多种可能性，可能子细胞的所有染色体都含15N，也可能子细胞的所有染色体都不含15N，即子细胞含有15N的染色体为0~2n 条(体细胞染色体为2n条)。
(3)第一次有丝分裂形成的2个子细胞中都含15N，第二次有丝分裂形成的4个子细胞中含15N的可能为2、3、4个。
2、减数分裂过程中染色体标记情况分析
用15N充分标记细胞的核DNA分子,然后将该细胞放到含14N的培养液中进行减数分裂,情况如下图所示(只展示细胞中的一对同源染色体)。
分 析
DNA复制与细胞分裂过程中染色体标记情况
在减数分裂过程中细胞连续分裂两次，DNA只复制一次，所以4个子细胞中所有的核DNA分子都呈“杂合”状态，即15N/14N-DNA,且子细胞的所有染色体都含15N。
练 习
将含3H标记的蚕豆根尖细胞在不含放射性标记的培养基中培养至第二次分裂的中期，其染色体的放射性标记分布情况是 (　　)
A.每条染色体的两条单体都被标记
B.每条染色体中都只有一条单体被标记
C.只有半数的染色体被标记
D.每条染色体的两条单体都不被标记
B
+
① 二条母链的碱基顺序是否相同？
② 二条子链的碱基顺序是否相同？
③ 新合成的2个DNA碱基顺序是否相同？
不同，互补
相同
不同，互补
DNA复制的过程— 拓展
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
DNA复制特点：① ；② ；
③ ； ④ 。
边解旋边复制
双向复制
多起点复制（真核）
半保留复制
DNA复制的过程— 拓展
解旋酶
5’
3’
3’
5’
DNA聚合酶
5’
3’
前导链
5’
3’
冈崎片段
DNA聚合酶的底物：
后随链
酶
脱氧核苷酸
子链 5’→3’
母链 3’→5’
DNA连接酶
DNA连接酶的底物：
DNA片段
DNA复制的过程 — 拓展
DNA聚合酶只能从引物3′端延伸DNA链
DNA聚合酶不能催化DNA新链从头合成，只能催化dNTP加入核苷酸链的3'-OH末端。因而，复制之初需要一段RNA(DNA)引物的3’一OH端为起点，合成5’→3’方向的新链。
氢键
磷酸二酯键
DNA复制的过程 — 拓展

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