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以青春之名，书写家国担当
以青春之名，书写家国担当
DNA复制的应用
PCR技术：是利用DNA复制的原理，在体外完成DNA复制的一种分子生物学技术。
微量的DNA经过PCR扩增后， DNA片段的量将大幅增加。无论是化石中的古生物、历史人物的残骸，还是几十年前凶杀案中凶手所遗留的毛发、皮肤或血液，只要能分离出一丁点的DNA，就能用PCR加以放大。这也是“微量证据”的威力之所在。
第3节：DNA的复制
既然了解了PCR技术，也认识到了DNA的结构，请你推测如果要体外合成DNA需要在反应体系中加入哪些成分呢？
第一部分
对DNA复制的推测
资料一：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶，结果并未得到DNA分子。
资料二：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶。又加入了微量的DNA分子。结果有新的DNA产生，且与加入的微量DNA分子相同。
思考1：这两个实验有什么区别？
思考2：说明了什么？
思考3：DNA是以什么样的方式进行复制的呢？
DNA的复制还需要模板
一、对DNA复制的推测
原料、能量、酶
一、对DNA复制的推测
——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。
假说一：
有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说
过渡
一、对DNA复制的推测
指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
假说二：
——全保留复制
亲代DNA分子
一、对DNA复制的推测
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。
假说三：
——分散复制
亲代DNA分子
提出问题
作出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
DNA的复制方式
(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
思考 讨论
思考1：这两种假说从结果上来看有什么区别？
思考2：如果要设计实验验证假说，那么需要重点观察什么？
思考3：如何区分模板DNA母链和新合成的DNA子链呢？
第二部分
DNA半保留复制的实验证据
证明DNA半保留复制的实验
思考 讨论
任务一
阅读课本P53及“证明DNA半保留复制的实验”思考如下问题：
该实验用什么元素标记母链和子链？为什么？
如何测定子代DNA带有同位素的情况
该实验的具体流程是什么
提出问题
作出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
用什么方法能在实验中直观区分母链和子链？
同位素标记法。
该实验用什么元素做标记？为什么？
证明DNA半保留复制的实验
思考 讨论
通过实验区分DNA复制方式的三种假说,实验的关键是什么
区分亲代和子代DNA
1.实验关键和方法
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。
提出问题
作出假设
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
证明DNA半保留复制的实验
思考 讨论
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
2.背景知识
如何测定子代DNA带有同位素的情况
15N/14N
15N/15N
提出问题
作出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
证明DNA半保留复制的实验
思考 讨论
3.实验过程
分裂一次
提取DNA
离心
15N/ 15N-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
繁殖若干代
上
中
下
上
中
下
提取DNA
离心
上
中
下
哪个位置？
哪个位置？
15NH4CI
提取DNA
离心
14NH4Cl
14NH4Cl
提出问题
作出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
证明DNA半保留复制的实验
思考 讨论
上
中
下
上
中
下
上
中
下
上
中
下
上
中
下
上
中
下
上
中
下
上
中
下
上
中
下
(1)半保留复制
(2)全保留复制
(3)弥散复制
亲代
第一代
第二代
中带
轻带
重带
提出问题
作出假设
演绎推理
实验验证
得出结论
设计实验
证明DNA半保留复制的实验
思考 讨论
分裂一次
再分裂一次
亲 代
子一代
子二代
15N/14N
14N/14N
15N/14N
15N/15N
DNA的复制是以半保留方式进行的
第三部分
DNA复制的计算
第一代
亲 代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
21
22
23
一个被15N标记的DNA转移到14N的培养基中培养，复制了n次：
三、DNA复制的相关计算
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为______个。
②含15N的DNA分子数为______个。
③含14N的DNA分子数为______个。
④只含15N的DNA分子数为______个。
⑤只含14N的DNA分子数为_________个。
2n
2
2n
0
(2n－2)
一个被15N标记的DNA转移到14N的培养基中培养，复制了n次：
三、DNA复制的相关计算
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝_______条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝______条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝____________条。
2n＋1
2
(2n＋1－2)
一个被15N标记的DNA转移到14N的培养基中培养，复制了n次：
三、DNA复制的相关计算
不消耗
亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸数为m个，则：
m（2n-1）
m·2n-1
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①复制n次，共需要消耗游离的该种脱氧核苷酸数？
个
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-1-1)
三、DNA复制的相关计算
第四部分
DNA复制的过程
1.DNA分子复制的概念、时间、场所
2.DNA分子复制过程需要哪些条件
3.DNA分子复制过程怎么进行
4.DNA分子复制的意义？
【归纳概括】
任务二
阅读课本P55-56，思考如下问题：
四、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
DNA复制的概念、时期、场所
01
有丝分裂间期
在能量的驱动下，解旋酶将DNA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
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
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
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
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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
思考1：解旋酶破坏了什么化学键？
氢键
(1)解旋
DNA复制的过程
02
DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的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
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
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C
T
A
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T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
思考2：DNA聚合酶连接的是？
单个核苷酸之间的
磷酸二酯键
思考3：从子链看，DNA聚合酶的催化方向是 （复制方向？）
子链的5’-端到3’-端。
(2)合成子链
5'
3'
ATP
5'
3'
ATP
DNA聚合酶
DNA复制的过程
02
DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的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。
(2)合成子链
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
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C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
A
3'
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
5'
3'
思考4：图中子链的延伸紧跟解旋酶，说明DNA还有什么特点？
边解旋边复制
DNA复制的过程
02
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
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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A
C
G
G
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C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
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T
T
A
T
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G
C
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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'
(3) 形成子代DNA分子
DNA复制的过程
02
半保留复制
DNA复制的过程
02
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
需要细胞提供能量
需要解旋酶的作用
结果：氢键断裂，双链打开
合成子链
模板
原料
酶
能量
原则
方向
解开的每一条母链
四种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
细胞提供ATP
碱基互补配对原则
5‘端至3‘端
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，哪些链的碱基排列顺序是相同的？
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
DNA复制的过程
02
DNA复制的过程
02
PCR技术的实现需要提供什么条件呢？
DNA复制的条件
③能量
①模板
②原料
④酶
亲代DNA的两条链
4种游离的脱氧核苷酸
由细胞代谢提供的ATP等
解旋酶
DNA聚合酶
DNA连接酶
打开氢键
连接脱氧核苷酸
连接DNA片段
DNA复制的条件
03
DNA复制的过程
02
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
知识拓展：DNA的半不连续复制
磷酸二酯键
已知果蝇的基因组大小为1.8×108 bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的效率一般为50～100 bp/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。
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。
请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
DNA复制的特点
04
资料：
果蝇DNA的电镜照片
半保留复制
边解旋边复制
多起点双向复制
DNA复制的特点
04
根据以上资料，试总结真核生物DNA复制的特点？
复制方向
复制方向
复制方向
复制起点
复制起点
复制起点
DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义？
过渡
半不连续复制
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
②碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。
使遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。
如何保证复制具有如此高的准确性？
DNA进行高精确性的自我复制有何意义？
DNA复制的意义
05
资料：
人类生殖过程中，受精卵并不都能保证繁殖成功。有些胚胎在受精后几天内停止发育并死亡，通常是因为它们的染色体数量异常。现在，哥伦比亚大学瓦格洛斯内科和外科医生学院的研究人员发现，这些错误大多是由于细胞分裂早期DNA复制中的自发错误造成的。
课堂小结
课后请同学们查阅PCR技术及其应用等相关资料，了解基因克隆、DNA测序、肿瘤检测、分析突变、犯罪现场标本分析等，并制作宣传海报。
小绿本作业：P52 1-8、16
课堂作业

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