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第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
遗传与进化
杰克逊是美国杰出的歌手、词曲创作人、舞蹈家、表演家、慈善家，2009年6月25日辞世，享年50岁。多少歌迷为此心碎，多少人对此难以置信，难道我们真的永远无法再看到他了吗？一些生命复制技术专家相信，起死回生的复制技术成真，只是时间上的问题而已。要实现复制人的梦想，必须对DNA进行复制。请思考：
(1)什么是DNA的复制？
(2)DNA复制需要哪些条件？
知识梳理·填准记牢——自主·预习·先知
一、对DNA复制的推测
1．提出者：_______________。
2．假说内容：
(1)解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的______断裂。
(2)复制模板：????????????解开的________原料：游离的????种__________原则：_________ _原则
(3)特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式称作__________。
?
沃森和克里克
氢键　
两条单链
脱氧核苷酸　
碱基互补配对
半保留复制
特点：半保留复制
子代DNA双链一半是新的，一半是旧的
对DNA复制的推测——提出假说
全保留复制
分散复制
特点：一全旧，一全新
特点：新旧都有，片段组合
以亲代DNA双链为模板合成两条DNA子链，子代DNA中母链重新结合形成一个DNA，两条新合成的子链彼此结合成一个DNA分子
亲代DNA双链被切成片段后合成，然后子、母双链聚集成“杂种链”
二、DNA半保留复制的实验证据
1．实验材料：________。
2．实验技术：运用______________技术和密度梯度离心技术。
3．实验过程：
大肠杆菌
同位素标记
15NH4Cl
14NH4Cl
DNA
离心
科学家：梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）
4．实验结果
(1)复制一次产生的DNA分子中，一条链含14N，另一条链含15N，DNA分子密度居中；
(2)复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含______，另两个DNA分子中一条链含15N，另一条链含14N。
5．实验结论：DNA的复制方式为__________。
14N
半保留复制
(5)实验过程
(6)过程分析
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
(7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
学习主题一　对DNA复制的推测
任务一　科学家在研究DNA的复制方式时，提出了两种复制模式：全保留复制和半保留复制(如图所示)
请据图回答问题：
1．用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？
?
提示：同位素标记技术。
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；
2．如何测定子代DNA带有同位素的情况？
3．若DNA复制的方式为全保留复制，上述实验结果会怎样？
?
提示：对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。密度梯度离心: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。
提示：①亲代大肠杆菌：提取DNA→离心→全部是重带。
②繁殖一代后取出：提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。 ③ 繁殖两代后取出：提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。
结论：
DNA的复制是
半保留复制
动动手：画出一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中培养3代的DNA复制过程
（标出每条链是15N还是14N）
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
无论DNA复制多少次，含有15N-DNA分子永远只有　　个
两　　　
21
22
23
练一练
【重点笔记】
(1)该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。
(2)在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，应以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。
1.对DNA复制的推测
假说
遗传物质自我复制的假说
提出者
沃森和克里克
内容
(1)解旋：DNA复制时，DNA的双螺旋解开，配对碱基之间的氢键断裂
(2)复制：以解开的两条母链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依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
特点
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，是半保留复制
2.DNA半保留复制的实验证据分析
(1)实验方法：同位素标记法和密度梯度离心法。
(2)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。
(3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(4)实验预期：离心后应出现3条DNA带。
①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。
③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
1．(合格考)下列有关探究DNA复制过程的说法，不正确的是(　　)
A．实验利用了同位素标记法
B．细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次
C．密度梯度超速离心后，DNA在试管中的位置与相对分子质量无关
D．实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点
C
2．(合格考)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA离心分离，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　)
A.子一代DNA应为②
B．子二代DNA应为①
C．子三代DNA应为④
D．亲代的DNA应为⑤
C
3．(等级考)“探究DNA的复制过程”实验中，科学家设计了以NH4Cl为氮源培养大肠杆菌的同位素示踪实验，下列叙述不正确的是(　　)
A．可先将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养
B．15N/15N?DNA、15N/14N?DNA、14N/14N?DNA的密度各不相同
C．可对每一代大肠杆菌直接做密度梯度离心，无需破碎细胞处理
D．分析子一代与子二代的离心结果可得出DNA分子的复制方式
C
?
DNA复制过程
利用3min时间，阅读课本55~56页，思考下列问题。
1.DNA复制的概念是什么?时间？场所？
2.DNA复制过程怎么进行?
3.DNA复制过程需要哪些条件?
4.DNA复制过程有何特点?
5.DNA复制有何生物学意义?
DNA复制过程
指以 为模板合成 的过程
亲代DNA
子代DNA
1、概念：
真核细胞：
主要在 中
但在 也有DNA的复制
原核细胞：
主要在 中，在质粒处也有DNA的复制
细胞核
拟核
3、场所：
病毒： 。
宿主细胞内
线粒体、叶绿体
细胞分裂前的 ( 的间期、 的间期)，
随着染色体的复制而完成
2、时间：
间期
有丝分裂前
减数分裂前
4．DNA复制的过程
双螺旋结构
能量
解旋酶
解开
母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
碱基互补配对
边解旋边复制、半保留复制
（1）DNA分子独特的 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 。
5、复制特点：
7、DNA能够精确复制的原因：
9、复制的意义：
你认为DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？
会出错，可能导致基因突变，引起生物体性状的改变。
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
连续性
6、遵循的原则：
碱基互补配对原则
8、复制的结果：
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
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
前导链与后随（滞后链）：
互补配对
知识拓展1：DNA的半不连续复制
知识拓展2：DNA的复制方向和起点
(1)原核生物：
?
(2)真核生物：?
学习笔记P60
单起点双向复制
多起点双向复制
意义：加快DNA复制的速率
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。
DNA复制过程
任务二　根据【图文联动】图①、图②思考下列问题：
1．图①中进行的是什么过程？发生的时期和场所是什么？
?
?
2．图①中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图②中的哪个部位？abcd四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？
提示：DNA复制；有丝分裂间期和减数分裂Ⅰ前的间期。真核生物DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物DNA复制的场所主要是拟核。
提示：酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的碱基排列顺序相同，b和d的碱基排列顺序相同。
3．从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制？为什么？图1所示的特点还有什么？可用什么方法检测母链和子链？
?
?
4．DNA复制受到各种外界因素的干扰时，碱基序列会发生变化吗？
提示：可以，因为两条母链进入到两个子代DNA中，新形成的子代DNA中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA是边解旋边复制的；可采用同位素标记法检测母链和子链。
提示：碱基序列可能会发生改变，使后代DNA与亲代DNA不同，遗传信息也发生改变。
任务三　如图为真核生物染色体上DNA复制过程的示意图，请据图分析DNA复制效率较高的原因。
提示：(1)从多个起点开始进行复制；(2)边解旋边复制；(3)每个起点都是同时向两个方向进行复制。
动动手：画出一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中培养3代的DNA复制过程
（标出每条链是15N还是14N）
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
无论DNA复制多少次，含有15N-DNA分子永远只有　　个
两　　　
21
22
23
练一练
亲代DNA分子经n次复制后，则
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
④不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
⑤含亲代母链的DNA分子数与子代DNA 分子数之比为：
2/ 2n
③只含亲代母链的DNA分子数：
0个
1、DNA分子数
DNA复制过程相关计算
2n-2个
亲代DNA分子经 n 次复制后，则
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
②亲代脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
2、脱氧核苷酸链数
DNA复制过程相关计算
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则
m（ 2n-1）
（1）则经过n次复制共需要消耗该脱氧
核苷酸个数为：
（2）第n次复制需要消耗该脱氧核苷酸
个数为：
m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1
“DNA复制了n次”PK“第n次复制”
碱基是“对”PK“个”
“DNA分子数”PK“链数”，
“含”PK“只含”
易错点拔
3、消耗的脱氧核苷酸数
DNA复制过程相关计算
P56 练习与应用
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
P56 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。
【重点笔记】
1．巧记DNA的复制——“一所，两期，三步，四条件”
“一所”是指复制的场所主要是细胞核；“两期”是指复制的时期主要是有丝分裂前的间期和减数分裂Ⅰ前的间期；“三步”是指“三个步骤”即解旋、形成子链、母链与子链形成新的DNA；“四条件”是指原料、模板、能量和酶。
2．DNA复制相关计算时四个易错点
(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，后者只是最后一次复制。
(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA都只有两个。
(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
?
1．(合格考)下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的是(　　)
A．酶①和酶②均作用于氢键
B．该过程的模板链是a、d链
C．该过程中的c、d链结构相同
D．DNA的复制是半保留复制
D
2．(合格考)下列关于真核细胞中DNA复制的叙述，错误的是(　　)
A．子链的延伸方向是5′→3′
B．复制过程不需要能量的驱动
C．复制主要发生在细胞核中
D．复制是边解旋边复制的过程
B
3．(等级考)如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是(　　)
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程中解旋酶作用于氢键
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
A
4．(等级考)用一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个。下列叙述不正确的是(　　)
A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等
B．噬菌体DNA含有(2m＋n)个氢键
C．该噬菌体繁殖4次，子代中只有14个含有31P
D．噬菌体DNA第4次复制共需要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸
?
C

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