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第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
1.运用假说-演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留
方式进行复制。
2.概述DNA复制的条件、过程和特点。
3.通过对DNA半保留复制方式的学习，能够解释DNA的准确复制
是遗传信息稳定传递的基础。
学习目标
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.”
问题探讨
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
1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？
暗示DNA的复制可能要先解开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实验证据之上。
请大家阅读课本53页的一、二段，分析下列问题。
1.什么提供了DNA复制的模板？
2.模板的产生是怎样的一个过程，请进行简述。
3.DNA复制时，需要的原料是什么？
DNA解开的两条单链
DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂
游离的脱氧核苷酸
一.对DNA复制的推测
沃森克里克半保留复制的假说：
请大家阅读课本53页的一、二段，分析下列问题。
4.DNA复制完成后，子代DNA分子双链的组成情况是怎样的？
沃森克里克半保留复制的假说：
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，即两条链一条是来自亲代模板链，另一条来自新合成的子链。
其他人的推测：全保留复制
5.全保留复制学者认为，DNA复制完成后，子代DNA分子双链的组成情况是怎样的？
新合成的每个DNA分子中，两条链都是新合成的子链。
一.对DNA复制的推测
1.图示中，代表亲代DNA模板链的是什么颜色的单链？
2.图示中，代表子代DNA的是什么颜色的单链？
蓝色的代表亲代DNA模板链
紫色的代表子代DNA单链
复制
复制方式： ① ②
3.①代表：
②代表：
半保留复制
全保留复制
子代DNA
一.对DNA复制的推测
4.由图可见，不同方式得到的子代DNA的情况是不同的，想要验证那种推测正确，你觉得最关键的是能区分什么呢？与同学交流一下，然后说出你的猜想！
复制
复制方式： ① ②
子代DNA
亲代DNA
半保留复制
全保留复制
要是能让亲代DNA单链与子代DNA单链区分开来就好了！这样我们就可以检测子代DNA分子双链的情况进行对比了。
一.对DNA复制的推测
5.你还记得赫尔希和蔡斯为了判断亲代DNA 是否进入到子代噬菌体中的，他们采用了什么技术？
一.对DNA复制的推测
复制
复制方式： ① ②
子代DNA
亲代DNA
半保留复制
全保留复制
让放射性同位素32P标记亲代DNA双链。
美国科学家梅塞尔森和斯塔尔为了验证上述两种假说的正确性，设计了一个巧妙的实验。
阅读课本54页的背景知识和实验过程，进行如下的总结。
1.科学家们为了分析子代DNA分子，科学家采用了哪些技术手段？
同位素标记、分离提取DNA、离心。
14N 14N
15N 14N
15N 15N
2.从离心结果来看，三种不同的DNA分子将会出现在试管中不同位置带，主要的原因是什么呢？
含15N的DNA比含14N的DNA密度大，密度大的位置靠下，密度小的靠上。
二. DNA半保留复制的实验证据：演绎推理
二. DNA半保留复制的实验证据：演绎推理
15N/15N--DNA
14N的培养液
15N/15N--DNA
1.请你代替科学家进行演绎推理，在图中的方框中，写出子一代子二代DNA两条链的组成情况。
2.请你利用手里的材料，红色代表15N单链，蓝色代表14N单链，小组合作模拟图中亲代DNA及复制得到的子一代、子二代DNA双链组成情况。
15N/14N--DNA
15N/14N--DNA
14N/14N--DNA
14N的培养液
15N/15N--DNA
3.请分析子一代的两个DNA分子，含有15N的有几个？那么子二代含有15N的又有几个？假如这样继续复制得到子三代，共有几个DNA分子？含有15N的又有几个？含有14N的又有几个？
14N的培养液
2个 2个 8个 2个 含有14N的有8个
4.请分析子二代DNA分子中，一共有几条单链？含有15N有几条？含有14N有几条？
8条单链 含有15N的有2条，14N有6条
二. DNA半保留复制的实验证据：演绎推理
第一代
第二代
1.有15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中复制三次，则含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例、含15N的单链占全部DNA分子单链的比例依次是（ ）
A. 1/4 、1/8 B. 1/2、1/4
C. 1/4 、1/16 D. 1/8、1/8
A
小试牛刀
二. DNA半保留复制的实验证据：实验的结果
14N的培养液
15N/15N--DNA
提取细菌的DNA,进行离心得到的结果
亲代
子一代
子二代
重带
中带
中带
轻带
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
2.如果全保留复制是对的，子二代应该出现DNA条带的情况什么样的？
1.如果全保留复制是对的，子一代应该出现DNA条带的情况什么样的？
一条中带，一条重带
一条中带，一条重带
二. DNA半保留复制的实验证据：实验的结果
14N的培养液
15N/15N--DNA
提取细菌的DNA,进行离心得到的结果
亲代
子一代
子二代
重带
中带
中带
轻带
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
3.实际离心得到的子一代只出现了一条居中的DNA条带，而子二代出现的是一条中带和一条轻带，这个结果说明应该是哪种复制方式？
半保留复制
A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
2．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入含14N的培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　)
小试牛刀
A
三.DNA复制的过程
1.解旋过程需要什么酶的催化？需要细胞提供什么来驱动？催化什么断裂？
三.DNA复制的过程—（一）：解旋
需要解旋酶催化；需要能量驱动；催化氢键断裂。
2.请大家仔细观察，说出作为模板的母链AB分别是哪一端指向解旋的方向，有什么规律吗？
三.DNA复制的过程—（一）：解旋
A链是5＇端，B链是3＇端，AB两条链的指向端刚好相反。
母链A
母链B
3＇
5＇
2.结合视频内容及下图，尝试简述子链的形成。
三.DNA复制的过程—（二）：合成子链及形成双螺旋
是细胞中4种游离的脱氧核苷酸。
母链A
母链B
子链A＇
1.结合视频内容及下图，图中红色圆圈处代表的是什么物质？
细胞中4种游离的脱氧核苷酸与母链的碱基配对后，DNA聚合酶催化脱氧核苷酸发生反应，形成化学键连接成子链。
4.子链A＇在聚合酶的作用下，延伸的方向是从子链的哪一端到哪一端 ？
三.DNA复制的过程—（二）：合成子链及形成双螺旋
子链中的碱基与母链的碱基互补配对，形成氢键，将两条链盘绕成双螺旋结构。
母链A
母链B
子链A＇
3.结合下图及之前所学，尝试简述子链A＇与母链A是如何形成双螺旋结构的？
是子链的5＇端向3＇端延伸。
DNA聚合酶
5＇
3＇
6.图中上下两边的聚合酶移动的空间方向有什么规律？
三.DNA复制的过程—（二）：合成子链及形成双螺旋
是相同的，都是从子链5＇端向3＇端。
母链A
母链B
子链A＇
5. 图中与母链B互补的子链B＇的延伸方向也是和子链A＇相同吗？
上边的向左，下边的向右移动，移动空间方向刚好相反。
5＇
3＇
子链B＇
3.（2023·山东·高考真题）将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5'端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是（ ）
A．据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象B．甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等C．丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等D．②延伸方向为5'端至3'端，其模板链3'端指向解旋方向
√
三.DNA复制的过程—（三）：DNA复制的结果
A
T
C
G
A
T
A
G
C
T
A
T
C
G
A
T
A
G
C
T
T
A
G
C
T
A
T
C
G
A
1个DNA分子 2个完全相同的DNA分子，随细胞分裂分配到子细胞中
母链A
母链B
母链A
母链B
子链A＇
子链B＇
相同
不同，互补
不同，互补
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.新合成的两个DNA碱基顺序是否相同？
三.DNA复制的过程—（三）：DNA复制的结果
A
T
C
G
A
T
A
G
C
T
A
T
C
G
A
T
A
G
C
T
T
A
G
C
T
A
T
C
G
A
母链A
母链B
母链A
母链B
子链A＇
子链B＇
4.根据所学，尝试概述DNA准确复制的原因
（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。
5.DNA分子的复制实质意义
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。
DNA的复制应用举例
4.（2015·上海·统考高考真题改编）若1个双链DNA分子在第1轮复制结束后，某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T，这样在随后的第二轮复制结束时，突变位点为AT碱基对的双链DNA分子为 个，与总DNA分子数的比例为 。
那么第三轮复制结束时，突变位点为AT碱基对的双链DNA分子为 个，与总DNA分子数的比例为 。
C
G
C
G
T
G
C
G
C
G
T
A
C
G
一轮
二轮
1
1/4
2
1/4
小试牛刀
小结归纳
时 间
场 所
条 件
原 则
结 果
特 点
有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期
细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
模板 、原料、 酶 、能量等
半保留复制、边解旋边复制
碱基互补配对原则
DNA的复制
子链与母链结合，形成两个相同的DNA分子

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