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第三章 基因的本质
第三节 DNA的复制
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.”
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
in the following communications. We were not a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis 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
问题探讨
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。
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证据之上。
一.DNA复制的推测
1. 沃森和克里克的假说一：
——半保留复制
亲代DNA分子
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，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。
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
15N
14N
15N
15N
15N
14N
一.DNA复制的推测
假说二：
亲代DNA分子
指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
——全保留复制
假说三：
——分散复制
亲代DNA分子
DNA 复制是镶嵌型的复制，即在子代 DNA 两条链中，母链和子链片段镶嵌存在，也叫弥散复制。
15N
15N
15N
15N
14N
14N
15N
15N
15N
14N
二.DNA半保留复制的实验证据
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
DNA的是如何复制的
(1)半保留复制
(2)全保留复制
(3)弥散复制
设计实验
证明DNA半保留复制的实验
假说-演绎法
二.DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
区分亲代和子代DNA
1.实验关键：
15N和14N是N元素的两种稳定的同位素(无放射性)，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.实验者：
美国科学家梅塞尔森和斯塔尔
3.实验材料：
大肠杆菌
4.实验方法：
同位素标记法
密度梯度离心法
利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的N元素的DNA分子
二.DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
含15N的DNA比含14N的DNA密度大；利用离心技术可以在试管中区分不同N元素的DNA分子
中带
14N/14N
轻带
重带
根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA
4.实验方法：
如何测定子代DNA带有同位素的情况
15N/14N
15N/15N
二.DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
3.实验过程
分裂一次
15N/ 15N-DNA
再分裂一次
繁殖若干代
上
中
下
提取DNA
离心
15NH4CI
15NH4CI
15N/15N-DNA
密度
低
高
14NH4Cl
上
中
下
哪个位置？
14NH4Cl
提取DNA
离心
上
中
下
哪个位置？
14NH4Cl
提取DNA
离心
二.DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
①半保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
细胞再 分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
重带
15NH4CI
14NH4Cl
14NH4Cl
上
中
下
上
中
下
中带
上
中
下
中带
轻带
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
二.DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
15N
15N
14N
14N
P:
F1:
F2:
细胞再 分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
重带
15NH4CI
14NH4Cl
14NH4Cl
上
中
下
上
中
下
上
中
下
轻带
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
②全保留复制
14N
14N
15N
15N
轻带
重带
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
重带
15N/15N-DNA
二.DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
P:
F1:
F2:
细胞再 分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
重带
15NH4CI
14NH4Cl
14NH4Cl
上
中
下
上
中
下
上
中
下
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
③分散复制
15N
14N
15N
14N
中带
15N/14N-DNA
中带
二.DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
细胞再 分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
重带
15NH4CI
14NH4Cl
14NH4Cl
上
中
下
上
中
下
中带
上
中
下
中带
轻带
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA复制是分散复制
DNA的复制是以半保留方式进行的
二.DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
提出问题
做出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
DNA的复制是以半保留方式进行的
三.DNA复制的过程
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
随着染色体的复制而完成的
减数分裂前的间期
(1)概念：
(2)发生时期：
(3)场所：
真核生物
细胞质:线粒体、叶绿体
细胞核(主要)
原核生物
拟核
（质粒）
细胞质
病毒:
宿主细胞
有丝分裂间期
(主要)
真核生物
细胞分裂前的间期
三.DNA复制的过程
DNA聚合酶
DNA解旋酶
复制分叉
子链
DNA模板链
DNA聚合酶
DNA模板链
子链
DNA
氢键
一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子
解旋
合成子链
重新螺旋
解旋酶
双链解开
4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
磷酸二酯键
4种脱氧核苷酸
(4)过程：
能量
碱基互补配对
延伸
延伸
螺旋化
新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中。
合成方向:
5’→3’端
延伸
三.DNA复制的过程
DNA两条母链
游离的4种脱氧核苷酸
ATP
解旋酶(破坏氢键)
模版
原料
能量
酶
(5)条件
(6)特点
边解旋边复制
半保留复制
多个复制起点
加快复制速度,减少突变
准确复制
高效复制
DNA聚合酶(形成磷酸二酯键)等
三.DNA复制的过程
(7)DNA精确复制的原因
（1）DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。
（2）通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
(8)意义
将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了遗传信息的连续性。
三.DNA复制的过程
四.DNA复制的计算
①子代DNA分子数 ：
②只含15N的DNA数 ：
③含15N的DNA数 ：
④只含14N的DNA数 ：
⑤含14N的DNA数 ：
(2)脱氧核苷酸链数：
①含15N的链数 ：
②含14N的链数 ：
③子代DNA中被15N标记的DNA所占的比例 ：
④子代中被15N标记的链占总链数的比例 ：
一个被15N标记的DNA转移到14N的培养基中培养，复制了n次：
(1)子代DNA共
2n个
0个
2个
2n-2个
2n个
2条
2n+1-2条
2/2n
2/2n+1
15N
15N
15N
14N
14N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
2×2n=2n+1
2n个
=1/2n-1
=1/2n
四.DNA复制的计算
（1）复制n次，共需要消耗游离的该种脱氧核苷酸数？
个
亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸数为m个，则：
（2）复制第n次时，共需要消耗游离的该种脱氧核苷酸数？
个
m（2n-1）
m·2n-1
15N
15N
15N
14N
14N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
m（2n-1）-m（2n-1-1）

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