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3.3 DNA的复制
课程标准要求核心素养概述DNA分子通过半保留方式进行复制1．生命观念:结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。2．科学思维:分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。3．科学探究:运用假说演绎法，探究DNA分子的复制方式为半保留复制。问题探讨沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“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。”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》论文节选讨论1.碱基互补配对原则暗示DNA的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.这句话中为什么要用“可能”二字？这反映科学研究具有什么特点？科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋_____，互补的碱基之间的氢键_____，________________分别作为复制的模板，游离的____________根据____________原则，通过形成_____，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称__________碱基互补配对断裂解开的两条单链脱氧核苷酸氢键半保留复制解开沃森和克里克紧接着发表第二篇论文，提出了遗传物质自我复制的假说：一、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________的分散复制：在子代DNA两条链中，母链和子链片段镶嵌存在。新合成有人持不同的观点，提出了②全保留复制①半保留复制对DNA复制的推测③分散复制半保留复制全保留复制首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？分散复制梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）1.实验者：2.实验材料：3.实验方法 ：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔4.背景知识：大肠杆菌（繁殖快，20min一代,易培养）同位素标记技术(选用什么元素？)，密度梯度离心①15N和14N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密度大；②利用密度梯度离心技术可以在试管中区分含有不同氮元素的DNA；二、DNA半保留复制的实验证据14N/14N—DNA15N/14N—DNA15N/15N—DNA轻链中链重链让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代(必须15N是唯一氮源，不能有其他非15N氮源)细胞分裂一次15N/14N-DNA提取DNA离心15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA如果DNA复制为半保留复制转移到含14NH4CI中密度低高提取DNA离心提取DNA离心第一代第二代第一代会出现的结果是第二代会出现的结果是15N/15N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA14N14N14N5.实验过程：让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代细胞分裂一次14N/14N-DNA提取DNA离心15N/15N-DNA15N/15N-DNA如果DNA复制为全保留复制转移到含14NH4CI中密度低高提取DNA离心提取DNA离心第一代第二代第一代会出现的结果是第二代会出现的结果是15N/15N-DNA14N14N14N5.实验过程：14N/14N-DNA14N/14N-DNA思考：DNA分子的分散复制有什么特点。离心后在试管中如何分布？14N/14N-DNA15N/15N-DNA重带轻带中带中带根据复制一次的结果：可以排除全保留复制6.实验结论：DNA的复制方式为半保留复制作出假说:演绎推理:实施实验，统计结果根据假说演绎推理三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是半保留复制三、DNA复制的过程1.概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA→DNA。2.场所：真核细胞：细胞核（主要）、叶绿体、线粒体。原核细胞：细胞质3.时间：细胞分裂的间期。(有丝分裂间期，减数分裂Ⅰ前间期）4.DNA复制的过程①解旋:利用细胞提供的能量（ATP），在　的作用下，互补的碱基之间的氢键断裂，两条螺旋的双链解开解旋酶②合成子链：以解开的每一段母链为　　，在_________等酶的作用下，以　　为原料，遵循原则，合成与母链互补的子链。模板4种游离的脱氧核苷酸碱基互补配对DNA聚合酶③形成子代DNA：每条子链与其对应的　盘旋成。形成两个完全相同的DNA分子。模板链双螺旋结构C.酶：B.原料：游离的四种脱氧核苷酸A.模板：亲代DNA的两条母链D.能量：ATP5.复制的条件：7.复制的结果：半保留复制，边解旋边复制6.复制的特点：1个DNA→2个DNA解旋酶（打开氢键）DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）等不能从头合成DNA，只能从母链3’（或者子链5’）延伸DNA分子拓展：DNA分子的复制动画5’5’3’3’前导链滞后链DNA连接酶DNA连接酶、DNA聚合酶的区别？多起点复制意义：加快了DNA分子的复制速度，短时间内可以复制大量DNA分子。9.DNA准确复制的原因:①DNA独特的双螺旋结构提供精确的模板;②通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。8.复制方向：新链的延伸方向只能是5’-端到3’-端有可能出现差错，导致生物多样性的一个原因10.意义DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保持了遗传信息的连续性。与复制有关的碱基计算
①一个DNA连续复制n次后，共有多少个DNA？多少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
A
T
G
C
C
G
A
T
连续第一次复制
连续第二次复制
连续第n次复制
答：一个DNA连续复制n次后，共有2n个DNA，2n+1条脱氧核苷酸链，母链2条，子链2n+1 ﹣2条
②一个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
鸟嘌呤=[（2n+1 ﹣2 ）/2] m （1/2﹣ a%）
= m （2n ﹣1）（1/2﹣ a%）
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%）
答：
DNA连续复制n代后需要鸟嘌呤数是m （2n ﹣1）（1/2﹣ a%）。
（3）消耗的脱氧核苷酸数
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制后需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
第n次复制后需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m（ 2n-1）
m（ 2n-2n-1）
1.某DNA分子共有a个碱基，其中含胞嘧啶m个，则该DNA分子复制3次，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（ ）
A.7（a-m） B. 7（a/2-m） C.4（a/2-m） D.8（2a-m）
B
2.思考：第3次复制，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为？？？？？
能力应用
3.一个有N15标记的DNA分子放在没有标记的环境中培养,复制5次后，子代DNA分子中：
被标记的DNA分子占DNA分子总的 。
含14N的DNA分子有 个
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D
技法提炼
突破考点·提炼技法
以上面第4题为例，利用图示法理解细胞分裂与DNA复制相结合的知识。
技法提炼
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以上面第4题为例，利用图示法理解细胞分裂与DNA复制相结合的知识。
谢谢！

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