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(共24张PPT)
第3节 DNA的复制
第三章 基因的本质
问题探讨
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.
半保留复制(沃森和克里克）
半保留复制
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基间氢键断裂，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。
由于新合成的每个DNA中都保留了原来DNA中的一条链，这种复制方式称作半保留复制。
对DNA复制的推测
半保留复制
全保留复制
分散复制
(1)半保留复制
形成的分子一半是新的，一半是旧的
(2)全保留复制
新复制出的分子直接形成，全部是新的
（3）分散复制亲代DNA分子分散到新复制出的分子每条链上
对DNA复制的推测
如果要通过实验区分DNA复制方式的三种假说，那么实验的关键是什么？
关键要能区别在亲代和子代的DNA
如何区分来自模板DNA的母链和新合成的DNA子链呢？
如何测定子代DNA带有同位素标记的情况？
利用同位素标记法，先将细菌培养在只含有15N的培养基里，得到被15N标记的亲代DNA，再将细菌转移至只含14N的培养基里，这样，新合成的子链就是带14N标记的。
利用密度梯度离心技术，由于含有不同氮元素使DNA分子密度不同，经离心后会分布在离心管的不同位置。
对DNA复制的推测
15N/15N—DNA
15N/14N—DNA
14N/14N—DNA
如何测定子代DNA带有同位素标记的情况？
利用密度梯度离心技术，由于含有不同氮元素使DNA分子密度不同，经离心后会分布在离心管的不同位置。
对DNA复制的推测
DNA半保留复制的实验证据
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
4.背景知识：
大肠杆菌（繁殖快20 min一代）
同位素标记技术(15N不具有放射性)、(密度梯度)离心技术
①15N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利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
DNA半保留复制的实验证据
15N
15N
15N
15N
半保留复制
全保留复制
15N/15N-DNA（重带）
15N/14N-DNA（中带）
14N/14N-DNA（轻带）
15N
14N
15N
14N
15N
15N
14N
14N
15N/15N-DNA（重带）
15N
14N
14N
14N
15N
14N
14N
14N
15N/14N-DNA（中带）
14N/14N-DNA（轻带）
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
14N/14N-DNA（轻带）
15N/15N-DNA（重带）
如果是弥散复制，后代的结果又会是什么样的？
DNA半保留复制的实验证据
提取DNA离心
②转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
第一代
密度
低
高
15N/15N-DNA
①大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
细胞再分裂一次
提取DNA离心
提取DNA离心
第二代
15N/14N-DNA（中带）
（中带）
（轻带）
实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的
观看DNA的复制过程视频，思考并总结以下问题：
（1）DNA复制的场所在哪里？在什么时间进行？
（2）DNA复制需要哪些条件？
（3）DNA复制的结果如何？
（4）DNA复制的特点有哪些？
DNA半保留复制的过程
4. 条件
模板：
酶：
能量：
原料：
亲代DNA的两条链
解旋酶，DNA聚合酶等
ATP
4种游离的脱氧核糖核苷酸
6. 特点：
边解旋边复制、半保留复制
3. 时间：
细胞分裂前的间期
2.场所：
主要是细胞核
5. 结果：
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子
DNA半保留复制的过程
①需要细胞提供的能量（ATP）
①解旋
DNA聚合酶
②需要解旋酶
③解旋酶的作用：打开_____
解旋酶
氢键
②合成子链
①模板：
②原料：
③能量：
④酶：
**氢键的形成不需要酶的催化！！！
⑤原则：
模板链
③重新螺旋，形成子代DNA：
与其对应的________盘绕成________结构
每条新链
模板链
双螺旋
新链（子链）
解开的每一条母链
游离的4种脱氧核苷酸
细胞提供的能量（dNTP）
DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）
碱基互补配对原则
磷酸二酯键
过程：
→ →
解旋
合成子链
新链和模板链重新盘绕成双螺旋结构
DNA半保留复制的过程
和DNA复制有关的酶：
DNA复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。
①解旋酶：破坏碱基间的氢键。
②DNA聚合酶：连接游离的脱氧核苷酸，形成磷酸二酯键。
③DNA连接酶：连接DNA片段。
注：DNA酶是水解DNA的一类核酸酶。
新链的延伸方向只能是5’-端到3’-端
5.复制方向：
DNA半保留复制的过程
5'
3'
5'
3'
5'
3'
5'
3'
5'
3'
5'
3'
DNA的半不连续复制
复制叉移动方向
（解旋酶移动方向）
前导链的连续合成
复制起点
冈崎片段
后随链的不连续合成
双向复制
（填空一般不填）
①真核生物：多起点双向复制
②原核生物：单起点双向复制
**多起点复制提高了DNA复制的效率
**复制泡大小不同的原因是复制时间有先后，复制泡大的复制开始的早。
【资料】DNA平均每复制109个碱基对才会产生一个错误。
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
②碱基互补配对和半保留复制，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。
1. 如何保证复制具有如此高的准确性？
2. DNA进行高精确性的自我复制有何意义？
DNA复制的意义
一、对DNA复制的推测
二、探究DNA复制的方式
三、DNA复制的过程
四、DNA复制的意义
半保留复制
全保留复制
分散复制
方法：假说——演绎法
结论：DNA复制方式为半保留复制
将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性；为生物进化提供原材料
解旋
合成子链
复旋
课堂小结
专题：DNA复制的相关计算
复制1次
复制2次
复制n次
….
…….
15N
15N
1.DNA分子数
子代DNA分子数
含15N的DNA分子数
含14N的DNA分子数
只含15N的DNA分子数
只含14N的DNA分子数
2n个
2个
2n个
0个
2n-2个
无论DNA复制多少次，含母链的只有2条！
复制1次
复制2次
复制n次
….
…….
15N
15N
2.脱氧核苷酸链数
子代DNA分子中脱氧核苷酸链数
子代含15N的脱氧核苷酸链数
子代含14N的脱氧核苷酸链数
2n+1条
2条
2n+1-2条
专题：DNA复制的相关计算
专题：DNA复制的相关计算
3.复制消耗脱氧核苷酸链数
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个。
1次
复制
2次
复制
n次
复制
3m
m (2n－1)
m
1次、2次...n次
专题：DNA复制的相关计算
3.复制消耗脱氧核苷酸链数
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个。
第1次、第2次...n次
第1次
复制
第2次
复制
第n次
复制
2m
m·2n－1
m
专题：DNA复制的相关计算
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。
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。
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。

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