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(共47张PPT)
第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
1、沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说：
(1)DNA复制，DNA双螺旋 ，互补的碱基之间的 断裂。
(2)解开的两条单链分别作为复制的 ，游离的脱氧核苷酸根据
原则，通过形成 ，结合到作为模板的单链上。
(3)新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，
这种复制方式称作 。
解开
氢键
模板
碱基互补配对
半保留复制
特点：
子代DNA双链一半是新的，一半是旧的
对DNA复制的推测——提出假说
氢键
2.其他观点——全保留复制、分散复制
全保留复制
分散复制
特点：一全旧，一全新
特点：新旧都有，片段组合
以亲代DNA双链为模板合成两条DNA子链，子代DNA中母链重新结合形成一个DNA，两条新合成的子链彼此结合成一个DNA分子
亲代DNA双链被切成片段后合成，然后子、母双链聚集成“杂种链”
对DNA复制的推测——提出假说
磷酸
思考1.要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？
通过实验区分亲代和子代的DNA
设法观察亲代DNA链在子代DNA中如何分布
思考2.DNA是肉眼看不可见的，如何在实验中直观区分母链和子链？
同位素标记技术（同位素示踪技术）
磷酸
思考3.根据同位素的何种差异来进行实验观察区分呢？可以是放射性的有无吗？
不能
同位素的相对原子质量的不同
背景知识：
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。
磷酸
思考4.形成的不同密度的DNA分子应如何区分？
密度梯度离心
背景知识：
高密度介质氯化铯（CsCl）经过高速离心后， CsCl会形成一个密度梯度，离心管底部最大,顶部最小。当加入DNA分子后，经过离心DNA会停留在与周围的氯化铯密度相同的位置；通过观察DNA在CsCl梯度中的位置就能区分含15N的DNA和含14N的DNA。
高密度带
中密度带
低密度带
15N
14N
15N
15N
14N
14N
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。
思考5.差速离心法和密度梯度离心法的原理是否一致？
差速离心法：根据颗粒大小和密度的不同存在的沉降速度差别，分级增加离心速率，从试样中依次分离出不同组分的方法。
密度梯度离心法:在密度梯度介质中进行的依密度而分离的离心法。各组分会依其密度分布在与其自身密度相同的液层中。
氯化铯-CsCl
DNA半保留复制的实验证据
实验者：
实验材料：
实验方法：
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
大肠杆菌
同位素标记技术、密度梯度离心技术
1.科学家采用大肠杆菌作为实验材料，有何优点？
让亲代DNA的每一条链（母链）被15N标记
14NH4Cl为DNA子链合成提供原料，让新合成的子链DNA获得14N标记
繁殖速度快
阅读课本P54“证明DNA半保留复制实验”的实验过程，思考下列问题：
2.用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让其繁殖若干代，目的是什么？
3.将上述大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中，目的是什么？
证明DNA半保留复制的实验
4.如何将含有不同N元素的子代DNA分开呢？
密度梯度离心
证明DNA半保留复制的实验
实验过程：
①
让亲代DNA的每一条链（母链）被15N标记
②
14NH4Cl为DNA子链合成提供原料，让新合成的子链DNA被14N标记
③
④
密度梯度离心
密度梯度离心
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
讨论1：
请运用演绎推理来分析实验过程， 完成上述实验预期，填写图中的方框。
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
重带
1/2中带
中带
1/2轻带
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
如果DNA复制是全保留复制
讨论2：
假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的（子一代、子二代的DNA双链分别含有哪种N元素？离心后出现的密度带？）？
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
如果DNA复制是全保留复制
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N—DNA
1/2轻带
1/2重带
3/4轻带
1/4重带
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
重带
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
如果DNA复制是分散复制
讨论3：
假如分散复制是正确的，实验预期又会是怎样的（子一代、子二代的DNA双链分别含有哪种N元素？离心后出现的密度带？）？
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
如果DNA复制是分散复制
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/15N—DNA
重带
中带
15N/14N-DNA
中带
15N/14N-DNA
中带和轻带之间
证明DNA半保留复制的实验
实验验证：
亲代大肠杆菌的DNA经离心后，试管中只出现了一条带，位置靠近试管的底部，说明其密度最大，是15N标记的亲代双链DNA(15N/15N-DNA)
将转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条带，但位置居中，说明其密度居中，是只有一条单链被15N标记的子代双链DNA(15N/14N-DNA)
科学家完成上述实验的结果是：
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？
全保留复制
证明DNA半保留复制的实验
实验验证：
科学家完成上述实验的结果是：
第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中，为15N/14N-DNA，另一条带位置更靠上，说明其密度最小，是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA(14N/14N-DNA)
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
第二代出现两条DNA条带（轻带和中带），这个结果排除了哪种复制方式？
分散复制
证明DNA半保留复制的实验
实验结论：
DNA的复制是以半保留的方式进行的
半保留复制
提出问题
作出假说
演绎推理
实验验证
得出结论
假说—演绎法
推测可能的复制方式
DNA是如何复制的？
根据复制方式，预测实验结果
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
半保留复制
全保留复制
分散型复制
总结：探究DNA半保留复制过程
DNA复制过程
利用3min时间，阅读课本55~56页，思考下列问题。
1.DNA复制的概念是什么 时间？场所？
2.DNA复制过程怎么进行
3.DNA复制过程需要哪些条件
4.DNA复制过程有何特点
5.DNA复制有何生物学意义
DNA复制过程
指以 为模板合成 的过程
亲代DNA
子代DNA
1、概念：
真核细胞：
主要在 中
但在 也有DNA的复制
原核细胞：
主要在 中，在质粒处也有DNA的复制
细胞核
拟核
3、场所：
病毒： 。
宿主细胞内
线粒体、叶绿体
细胞分裂前的 ( 的间期、 的间期)，
随着染色体的复制而完成
2、时间：
间期
有丝分裂前
减数分裂前
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
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C
C
G
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G
G
C
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C
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A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
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A
T
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G
G
C
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G
C
C
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G
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C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
（1）解旋：
4、过程：
以游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
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C
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G
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G
A
G
C
T
T
形成氢键
（2）合成子链：
注：氢键形成不需酶和能量
4、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
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C
G
G
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C
G
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A
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A
T
A
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A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
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C
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A
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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聚合酶形成磷酸二酯键
（2）合成子链：
合成方向：
子链的5'端→ 3'端
4、过程：
问题3：子链的合成是以什么为模板
问题4：子链的合成需要什么原料？
问题5：子链的合成遵循哪一原则？
问题6：将单个脱氧核苷酸连接起来依靠哪一物质？
问题7：DNA的两条链是完全打开后，才开始合成子链吗？
母链（亲代DNA的两条链）
4种游离的脱氧核苷酸
碱基互补配对原则
DNA聚合酶
边解旋边复制
（2）合成子链：
4、过程：
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
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G
C
C
G
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G
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C
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A
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C
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T
A
T
A
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G
C
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G
A
T
C
G
A
G
C
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T
5'
3'
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
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A
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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）合成子代DNA：
方向：子链5’到3’双向复制
4、过程：
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
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
解旋酶、DNA聚合酶等
碱基互补配对原则
5′端至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：
4、过程与条件：
（断裂氢键）
（形成磷酸二酯键）
（形成磷酸二酯键）
边解旋边复制、半保留复制
（1）DNA分子独特的 结构，为复制提供了精确的模板；
（2） 原则，保证了复制能够准确地进行。
将 从亲代传给子代，从而保持遗传信息的 。
5、复制特点：
7、DNA能够精确复制的原因：
9、复制的意义：
你认为DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？
会出错，可能导致基因突变，引起生物体性状的改变。
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
连续性
6、遵循的原则：
碱基互补配对原则
8、复制的结果：
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
DNA复制过程
解旋酶
酶
5'
3'
3'
5'
DNA聚合酶
5'
3'
前导链
5'
3'
冈崎片段
DNA连接酶
DNA聚合酶的底物：
脱氧核苷酸
DNA连接酶的底物：
DNA片段
后随链
前导链与后随（滞后链）：
互补配对
知识拓展1：DNA的半不连续复制
9.(2023·河北承德高一期中)DNA复制过程中，非复制区保持着亲代双链结构，复制区的双螺旋分开，形成两个子代双链，子代双链与亲代双链的相接区域称为复制叉。如图表示DNA复制的部分过程，下列相关叙述错误的是
A.复制叉向前移动需要解旋酶参与
B.前导链与滞后链的复制方向均为
5′－端→3′－端
C.复制完成后，前导链与滞后链中的碱基序列相同
D.前导链的合成是连续的，滞后链的合成是不连续的
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2
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4
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11
12
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14
综合强化
√
知识拓展2：DNA的复制方向和起点
(1)原核生物：

(2)真核生物：
单起点双向复制
多起点双向复制
意义：加快DNA复制的速率
思考1：
结合子链复制方向，判断模板链方向？
思考2：图中不同起点复制起始时间相同吗？
P56 练习与应用
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。
说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时在不同起点进行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。
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对点训练
7.(2023·陕西宝鸡高一期中)如图为果蝇精原细胞的核DNA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。下列说法错误的是
A.果蝇DNA复制与染色体复制是分别独立进行的
B.图中所示的精原细胞应处于细胞分裂前的间期
C.复制泡的形成需要解旋酶和DNA聚合酶的参与
D.果蝇的DNA有多个复制起点有利于加快DNA复制的速率
√
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对点训练
8.如图表示真核细胞DNA的复制过程，其中
有3个复制泡。下列叙述错误的是
A.DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点
B.解开DNA双螺旋结构需要细胞内ATP与解旋酶的参与
C.子链延伸过程中需要DNA聚合酶催化碱基间氢键的形成
D.图示复制方式可加快DNA的复制，但各起点可能不是同时开始的
√
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
练一练
动动手：画出一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中培养3代的DNA复制过程
（标出每条链是15N还是14N）
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
无论DNA复制多少次，含有15N-DNA分子永远只有　　个
两　　　
21
22
23
练一练
亲代DNA分子经n次复制后，则
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
④不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
⑤含亲代母链的DNA分子数与子代DNA
分子数之比为：
2/ 2n
③只含亲代母链的DNA分子数：
0个
1、DNA分子数
DNA复制过程相关计算
亲代DNA分子经 n 次复制后，则
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
②亲代脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
2、脱氧核苷酸链数
DNA复制过程相关计算
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则
m（ 2n-1）
（1）则经过n次复制共需要消耗该脱氧
核苷酸个数为：
（2）第n次复制需要消耗该脱氧核苷酸
个数为：
m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1
“DNA复制了n次”PK“第n次复制”
碱基是“对”PK“个”
“DNA分子数”PK“链数”，
“含”PK“只含”
易错点拔
3、消耗的脱氧核苷酸数
DNA复制过程相关计算
10.某DNA分子含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N标记的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到结果如图甲；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到结果如图乙。下列有关分析正确的是
A.X层全部是仅含14N的DNA分子
B.W层中含15N标记的胞嘧啶脱氧核苷酸有3 150个
C.X层中含有的氢键数是Y层的1/2
D.W层与Z层的脱氧核苷酸数之比为4∶1
1
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3
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综合强化
√
11.一个双链被32P标记的DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，将其置于含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是
A.该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是60个
B.第三次复制过程需要240个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C.复制3次后，子代DNA中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶8
D.复制3次后，子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
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14
综合强化
√
P56 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的。 （ ）
×
×
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
B
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
P56 练习与应用
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？
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。
1、DNA分子两条子链的合成方向都是5'→3'。
2、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
3、真核生物DNA多起点、双向复制，可明显缩短复制时间，提高效率
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DNA复制
复制泡
拓展

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