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(共33张PPT)
第3章 基因的本质
第三节 DNA的复制
梅塞尔森
斯塔尔
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”
《核酸的分子结构》论文节选
1.复制机制可能是怎样的？
2.为什么用“可能”？
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。
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证据之上。
一:对DNA复制的推测（假说—演绎法）
提出问题
DNA以什么方式复制？
半保留复制(沃森和克里克）
半保留复制
全保留复制
分散复制
有人质疑
这些观点各有不同，如何来证明那个观点是正确的？
提出
任务：阅读课本P53及“证明DNA半保留复制的实验”思考如下问题：
用什么方法能在实验中直观区分母链和子链？
该实验用什么元素做标记？为什么？
通过实验区分DNA复制方式的两种假说,实验的关键是什么
如何测定子代DNA带有同位素的情况
该实验的具体流程是什么
一、DNA半保留复制的实验证据
探究：
1.要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？
2.DNA是肉眼看不可见的，如何区分亲代和子代的DNA呢？
关键思路：区分亲代和子代的DNA
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）
一、DNA半保留复制的实验证据
3.该实验用什么元素做标记 为什么不用32P，14C等具有放射性的同位素标记呢
4.形成的不同密度的DNA分子应如何区分？
15N和14N为稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。
用32P，14C等具有放射性的同位素标记无法区分亲代和子代DNA
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。
密度
低
高
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(轻带)
(中带)
(重带)
一、DNA半保留复制的实验证据
15NH4Cl
14N/ 14N
-DNA
繁殖若干代
15N/ 15N
-DNA
目的？
大肠杆菌繁殖多代后，可认为大肠杆菌DNA都是15N标记的
同位素标记技术
一、DNA半保留复制的实验证据
15N/ 15N
-DNA
再分裂一次
分裂一次
一、DNA半保留复制的实验证据
提取DNA
离心
提取DNA
离心
？
？
？
哪个位置
？
？
？
哪个位置
同位素标记技术
密度梯度离心技术
14NH4Cl
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
如果DNA复制是全保留复制
思考：
假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的（子一代、子二代的DNA双链分别含有哪种N元素？离心后出现的密度带？）？
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
重带
1/2中带
中带
1/2轻带
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
如果DNA复制是全保留复制
思考：
假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的（子一代、子二代的DNA双链分别含有哪种N元素？离心后出现的密度带？）？
证明DNA半保留复制的实验
演绎推理（预期实验结果）：
如果DNA复制是全保留复制
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N—DNA
1/2轻带
1/2重带
3/4轻带
1/4重带
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
重带
实验验证
一、DNA半保留复制的实验证据
探究一.DNA复制的方式
实验验证：
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
细胞再 分裂一次
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
排除
全保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
亲代
子一代
子二代
15N
15N
得出结论：
DNA是
半保留复制
提出问题
作出假设
得出结论
演绎推理
实验验证
DNA以什么方式复制？
DNA以半保留方式复制（全保留、分散复制）
推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果
DNA以半保留方式进行复制
证明DNA半保留复制的实验
假说演绎法
一、DNA半保留复制的实验证据
阅读课本P54思考如下问题：
1.DNA分子复制的概念、时间、场所
2..DNA分子复制过程需要哪些条件
3.DNA分子复制过程怎么进行
4.DNA分子复制的特点、结果、意义？
二、DNA复制的过程
DNA的复制是怎样进行的？
沃森、克里克：DNA双链解开→子链延伸→形成新DNA
过程
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
T
A
G
C
C
G
A
T
A
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C
G
A
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C
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T
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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
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C
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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
二、DNA复制的过程
（一）解旋
①游离的4种脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机
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
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C
C
G
A
T
A
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C
G
A
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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
形成氢键
二、DNA复制的过程
（二）合成子链
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。
②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
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
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A
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T
A
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C
G
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C
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A
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A
T
A
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A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
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C
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A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
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T
T
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
DNA聚合酶
5'
3'
T
A
T
G
C
A
T
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
二、DNA复制的过程
（二）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
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C
G
G
C
C
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A
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C
C
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T
A
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C
G
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T
C
G
T
A
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A
T
A
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
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C
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T
T
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C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
T
A
G
C
C
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T
A
T
A
G
C
C
G
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T
A
T
3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
二、DNA复制的过程
（三）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。
真核细胞：
DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制；
原核细胞：
主要在拟核中，在质粒处也
有DNA的复制。
细胞分裂前的间期(有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期)，随着染色体的复制而完成。
1
概念：
2
DNA复制场所
3
发生时期(真核生物)
4.DNA复制的条件
5.DNA复制的特点:
边解旋边复制
半保留复制
①模板：
②原料：
③能量：
④ 酶：
亲代DNA的两条母链
4种游离的脱氧核苷酸
细胞提供的能量（ATP）
6.DNA复制的方向:
5' 端→ 3' 端（子链）
氢键
解旋
a b c d
DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）
解旋酶（解螺旋，打开氢键）
二、DNA分子复制的过程
7、如何保证复制具有如此高的准确性？
8、DNA进行高精确性的自我复制有何意义？
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。
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。
二.DNA复制的过程
探究：
1．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？为什么需要适宜的温度？
(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？
（3）从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制，为什么？图一的结构特点还有什么？
（4）DNA分子的哪些结构特点保证了其能够精确复制？
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
复制泡
知识拓展：DNA复制的特点
①半保留复制
②边解旋边复制
③半不连续复制
原核生物：单起点双向复制
真核生物：多起点双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率
④多起点(不同时)双向复制
（真核生物）
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
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
三、与DNA复制有关的计算
亲代DNA分子经n次复制后，则
①子代DNA分子数：
②含15N的DNA分子数：
④只含14N的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
⑤含14N的DNA分子数：
2n
③只含15N的DNA分子数：
0个
1、DNA分子数
三、DNA复制过程相关计算
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含15N脱氧核苷酸链数：
③含14N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
三、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
三 、DNA复制过程相关计算
三：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。
有丝分裂中染色体标记情况
拓展题型
DNA复制后DNA分子存在位置与去向
用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，情况如图所示：
过程图解
第一次有丝分裂形成的两个细胞中所有的DNA分子都呈“杂合状态”，即15N/14N－DNA；
第二次有丝分裂形成的子细胞有多种可能性，有15N的细胞有0-4个。
减数分裂中染色体标记情况
拓展题型
DNA复制后DNA分子存在位置与去向
过程图解
用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)：
规律总结：在减数分裂过程中细胞连续分裂两次，DNA只复制一次，所以四个子细胞中所有的DNA分子都呈“杂合”状态，即15N/14N－DNA，子细胞的所有染色体都含15N。

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