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(共40张PPT)
3.3 DNA的复制
第三章基因的本质
（第一课时）
学习目标
1.运用假说-演绎法探究DNA的复制方式。
2.掌握DNA复制的条件、过程和特点。
3.理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
问题探讨
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇
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机制。”
§3.3 DNA的复制
《核酸的分子结构》论文节选
01
问题探讨
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？
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？
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；
（1）半保留复制：沃森和克里克提出
（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，通过形成氢键，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
一. 对DNA复制的推测
1.提出问题：
DNA以什么方式复制？
2.提出假说:
复制一次
1.提出问题：
2.提出假说:
DNA以什么方式复制？
（2）全保留复制：DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA双链都是新合成的 ，没有旧的部分。
复制一次
亲代DNA
子代DNA
一. 对DNA复制的推测
一、对DNA复制的推测
提出假说
假说二：全保留复制
假说一：半保留复制
（沃森和克里克）
如何验证哪个假说是正确的？关键思路是？
以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
以DNA一条链为模板，新合成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链。
区分亲代和子代的DNA
二、DNA半保留复制的实验证据
证明DNA是半保留复制的实验---（假说演绎法）
2、实验技术： 同位素标记技术、密度梯度离心技术
1、实验者： 梅塞尔森、斯塔尔
DNA是肉眼看不可见的，如何做区分亲代和子代的DNA呢？
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
同位素标记技术
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
资料：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。
二、DNA半保留复制的实验证据
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(轻带)
(中带)
(重带)
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。
14N/14N—DNA（轻带）
14N/15N—DNA（中带）
15N/15N—DNA（重带）
15N
15N
14N
15N
15N
14N
14N
14N
比较密度高低：
<
<
=
二、DNA半保留复制的实验证据
实验过程
细胞分裂一次
大肠杆菌在含15NH4CL的培养液中生长若干代
转移到含14NH4CL
细胞再分裂一次
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记的
？
？
？
哪个位置
假设DNA是半保留复制，离心后试管中DNA应处在什么位置？
假设DNA是全保留复制，离心后试管中DNA应处在什么位置？
演绎推理
二、DNA半保留复制的实验证据
【实验预期】
第一代会出现的结果是
如果DNA复制是半保留复制
第二代会出现的结果是
14N/15N-DNA
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
14N/ 14N -DNA
14N/15N-DNA
提取DNA离心
密度
低
高
15N/15N-DNA
提取DNA离心
14N/ 15N-DNA
14N/15N
-DNA
提取DNA离心
14N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
亲代
【实验预期】
第一代会出现的结果是
如果DNA复制是全保留复制
第二代会出现的结果是
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
14N/ 14N -DNA
15N /15N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
15N/15N-DNA
密度
低
高
15N/15N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
演绎推理
二、DNA半保留复制的实验证据
转移到含14NH4Cl
培养液中
（细胞分裂1次）
细胞再分裂1次
提取DNA 离心
提取DNA 离心
提取DNA 离心
轻带
中带
重带
15NH4Cl
培养液
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
验证假设
二. DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
亲代
子一代
DNA
复制一次
子二代
DNA
复制一次
离心
离心
离心
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N培养液
14N培养液
14N培养液
二. DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）
得出结论
重带
中带
轻带
中带
实验结论：实验结果与半保留复制的假说吻合DNA的复制方式为半保留复制
二、DNA半保留复制的实验证据
提出问题：
做出假说：
演绎推理：
验证验证：
得出结论：
DNA是如何复制的？
推测可能的复制方式
半保留复制
全保留复制
预测两种复制模式下得到的子代DNA的可能情况及可能的实验结果。
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。
DNA复制方式的探究历程
假说演绎法
证明DNA半保留复制的实验
二. DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）
三. DNA复制的过程（p55）
三、DNA复制过程
（1）概念：
DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
（2）场所：
（3）时间：
（4）条件：
主要是在细胞核(次要在线粒体、叶绿体)
细胞分裂（有丝分裂或减数分裂）前的间期
模板
原料
酶
能量
亲代DNA分子中的两条母链
以细胞中游离的4种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
ATP等
原核生物的拟核和细胞质
病毒在宿主细胞内
DNA复制的过程：
⑴解旋：
在ATP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
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3'
5'
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T
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3'
5'
ATP
解旋酶
断开氢键
三. DNA复制的过程
条件：
细胞提供ATP
需要解旋酶的作用
结果：
氢键断裂，双链打开
4、DNA复制过程
（2）合成子链：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
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3'
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G
C
T
T
5'
3'
DNA聚合酶
注：氢键形成不需酶，磷酸二酯键形成需DNA聚合酶
以母链为模板进行碱基配对：
游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。
C
C
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3'
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G
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T
T
形成氢键
三. DNA复制的过程
合成子链：
在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
C
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3'
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T
A
DNA聚合酶
5'
3'
T
A
T
G
C
A
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G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
ATP
ATP
合成方向：子链的5’端→ 3’端
形成磷酸二酯键
三. DNA复制的过程
注：DNA两条子链合成方向是 ，因此两条子链的延伸方向相反。
3 形成子代DNA分子：
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
C
C
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A
C
G
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3'
5'
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5'
3'
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3'
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T
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A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
重新螺旋
三. DNA复制的过程
特点：
①边解旋边双向复制
②半保留复制
模板
原料
酶
能量
亲代DNA
的两条链
游离的4种
脱氧核苷酸
DNA解旋酶
DNA聚合酶等
由细胞提供
(如ATP提供)
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
三. DNA复制的过程
5、DNA复制条件
DNA复制的起点和方向
(1)真核生物：多起点、 双向复制。
(2)原核生物：单起点双向复制。
真核生物 DNA 的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成，提高复制效率。
原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点。
知识拓展
（2）边解旋边复制
（1）半保留复制
（3）多起点复制
三. DNA复制的过程
加快复制速度
加快复制速度
6、DNA复制特点
（4）双向复制
从子链的5’-端向 3’- 端延伸
（1）DNA分子规则的 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 。
7、DNA精确复制的原因
8、DNA复制的意义
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
连续性
三. DNA复制的过程
（使亲子代保持连续性）
AGAACGAG
TCTTGCTC
AGAACGAG
TCTTGCTC
+
TCTTGCTC
AGAACGAG
小结--DNA复制的过程
1、概念：
2、场所（真核）：
3、时期：
4、条件
5、复制过程：
6、复制特点
7、准确复制原因
8、复制的生物学意义：
细胞分裂前的间期
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA的两条母链
4种游离的脱氧核苷酸
ATP
细胞核（主）、线粒体、叶绿体
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程（DNA→DNA）
解旋酶、DNA聚合酶
解旋 → 子链延伸 → 螺旋化，形成子代DNA
①独特的双螺旋提供精确的模板
①边解旋边复制
②半保留复制
②严格遵循碱基互补配对原则
保持遗传信息的连续性
三. DNA复制的过程
③双向复制 ④多起点复制
四、有关DNA半保留复制的计算
复制1次
复制2次
复制3次
亲代
第一代
第二代
第三代
有关DNA半保留复制的计算
亲代DNA分子经n次复制
（1）DNA分子数
子代DNA分子数：
含亲代母链的DNA分子数：
含子链的DNA分子数：
2n
2
2n-2
④只含母链的DNA分子数：
0
2n
⑤只含子链的DNA分子数：
(1)子代DNA分子数
共
2n
含15N的DNA分子数：
只含15N的DNA分子数：
含14N的DNA分子数：
只含14N的DNA分子数：
2
0
2n
2n－2
规律：1个15N标记的DNA分子在14N的培养基复制n次
（2）脱氧核苷酸链数
子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
亲代脱氧核苷酸链数：
新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1
2
2n+1-2
亲代DNA分子经n次复制
（3）消耗的脱氧核苷酸数
若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则：
经过n次复制，共需要消耗游离的该脱氧核苷酸个数为：
在第n次复制时，共需要消耗游离的该脱氧核苷酸个数为：
m（2n-1）
m 2n-1
第一
注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
第二
第三
注意碱基的单位是“对”还是“个”。
切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸链的DNA分子仅有两个。
第四
看清试题中问的是“DNA分子数”？还是“链数”？是“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。
关于“DNA复制”的四点“注意”
例：一个有m个碱基对的DNA分子，其中含有腺嘌呤脱氧核苷酸a个。
1）复制n次，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸；
2）第n次复制，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸。
解：
1） A=T=a G=C=(2m-2a)/2=m-a
(2n-1)(m-a)
2）2n-1(m-a)
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
§3.3 DNA的复制-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。
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。
§3.3 DNA的复制-练习与应用

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