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第三章 基因的本质
第三节 DNA的复制
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。
第一部分
对DNA复制的推测
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
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
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
1.实验方法
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。
脱氧核苷酸
磷酸
P
C H O
N
√
含N碱基
五碳糖
证明DNA半保留复制的实验
思考 讨论
2.实验材料：
3.实验方法：
4.实验过程和结果：
大肠杆菌
同位素标记技术,密度梯度离心技术
梅塞尔森、斯塔尔
1.实验人：
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
(1)半保留复制
(2)全保留复制
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
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
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
G
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
A
T
A
C
G
G
C
C
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T
A
T
A
G
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
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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
思考5：DNA复制的结果是什么？
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
思考6：两条子链都是连续复制吗？
一条子链连续复制，
一条子链不连续复制
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
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。
第四部分
DNA复制的计算
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子代DNA共2n个
含15N的DNA分子： 个
只含15N的DNA分子： 个
含14N的DNA分子： 个
只含14N的DNA分子： 个
②脱氧核苷酸链共2n＋1条
含15N的脱氧核苷酸链： 条
含14N的脱氧核苷酸链： 条
2
0
2n
(2n－2)
2
(2n＋1－2)
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
课堂小结

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