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3.3 DNA的复制
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“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”
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？这反应科学研究具有什么特点？
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。
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.
问题探讨
1.半保留复制（沃森&克里克）
DNA复制时，DNA双链螺旋解开，互补的碱基
之间的氢键断裂，解开的2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。
特点：一模一样，一新一旧
一、对DNA复制的推测
2.全保留复制
以两条母链为模板合成两条DNA子链，
子代DNA中母链重新结合，
两条子链彼此结合成另一个子代DNA分子。
特点：一全新，一全旧
3.分散复制
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”。
特点：新旧都有，随机组合
一、对DNA复制的推测
提出问题
要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。
如何做区分亲代和子代的DNA,又如何进行实验观察呢？
DNA以什么方式复制？
做出假设
DNA以半保留方式复制（全保留、分散）
DNA半保留复制的实验证据
同位素标记技术
形成的不同密度的DNA分子应如何区分？
密度梯度离心技术
15N、14N
高密度带
中密度带
低密度带
15N
14N
15N
15N
14N
14N
密度梯度离心法
1.实验者：
2.实验材料：
3.实验方法 ：
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
同位素标记技术
4.实验过程 ：
密度梯度离心
①先用15NH4Cl培养液培养大肠杆菌
②让大肠杆菌繁殖若干代（DNA几乎都是15N标记）
③将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中
④在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA
⑤将提取的DNA进行离心，记录离心管中DNA的位置
高密度带
中密度带
低密度带
15N
14N
15N
15N
14N
14N
DNA半保留复制的实验证据
15N
14N
14N
14N
15N
14N
亲代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
演绎推理：
半保留复制
DNA半保留复制的实验证据
亲代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
15N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
演绎推理：
全保留复制
DNA半保留复制的实验证据
子一代
子二代
亲代
细胞再分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
15N
14N
15N
14N
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
演绎推理：
分散复制
DNA半保留复制的实验证据
实验结果与半保留复制推理结果相同。
DNA复制方式为半保留复制。
实验验证
得出结论
DNA半保留复制的实验证据
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期,随着染色体的复制而完成。
2、时间：
3、场所:
真核生物：
1、概念：
指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
叶绿体、线粒体
原核生物：
细胞核（主要）
拟核、细胞质（质粒）
4、过程:
病毒：
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部分双螺旋的两条链解开。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
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C
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G
G
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C
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A
3'
5'
C
C
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A
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A
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A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
DNA复制的过程
⑵合成子链：游离的4种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
G
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A
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G
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3'
5'
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G
A
G
C
T
T
形成氢键
DNA复制的过程
（2）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
C
G
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3'
5'
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A
DNA聚合酶
5'
3'
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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
DNA复制的过程
（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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3'
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T
5'
3'
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C
C
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A
G
C
C
G
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3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
DNA复制的过程
5、条件:
6、原则:
7、特点:
③能量
亲代DNA的两条链
4种游离的脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等
由细胞代谢提供的ATP
边解旋边复制 (从过程上看)
半保留复制 (从结果上看)
①模板
②原料
④酶
碱基互补配对原则
提高复制效率，减少DNA突变可能
保证了复制的准确进行
从子链的5' 端向 3' 端延伸
8、方向:
DNA复制的过程
11、意义:
DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
10、DNA准确复制的原因
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。
9、DNA复制的结果
1个DNA复制出两个完全相同的DNA分子。
DNA复制的过程
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。
原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点。
真核生物与原核生物DNA复制的区别
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
共产生子代DNA分子____个；
子代DNA分子中，含15N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，含14N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，只含15N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，只含14N的DNA分子______个；
2n
2
2n
0
2n - 2
DNA复制的相关计算
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
共产生脱氧核苷酸链 个；
含15N的脱氧核苷酸链 个；
含14N的脱氧核苷酸链 个；
2
2n+1
2n+1-2
DNA复制的相关计算
(2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
DNA复制的相关计算
(1)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。
(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(3)切记在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有母链的DNA分子都只有两个。
(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词,以免掉进陷阱。
DNA复制相关题目的注意事项
1、某DNA分子有碱基200对，已知腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占碱基总数的60%，则该DNA分子连续复制两次所需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为
A．80 B．160 C．240 D．320
适用公式：
若该DNA分子中某碱基有m个则复制n次，共需要游离的该碱基m× （2n-1）个。
C
练习
2、有100个碱基对的某DNA分子片段，内含60个胞嘧啶脱氧核苷酸，若连续复制n次，则在第n次复制时需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸是多少？
A．40n－1 B．40n C．40×2n－1 D．40×(2n－1)
C
适用公式：
若该DNA分子中某碱基有m个则第n次复制，需要游离的该碱基m× 2n-1个。
练习
原则 碱基互补配对
时间 细胞分裂前的间期
场所 真核：细胞核、线粒体、叶绿体
原核：拟核、细胞质（质粒）
条件 模板 亲代DNA的两条链
原料 4种游离的脱氧核苷酸
能量 ATP
酶 解旋酶、DNA聚合酶等
方向 从子链的5' 端向 3' 端延伸
特点 半保留复制；边解旋边复制；多起点复制
意义 保持了遗传信息的连续性
总结

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