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第三章 基因的本质
、高中生物必修二
第三节
DNA的复制
DNA
核心素养
- 生命观念 -
结合 DNA 双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明 DNA 分子通过复制，传递遗传信息。
分析 DNA 复制过程，归纳 DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。
运用假说－演绎法，探究DNA 分子的复制方式为半保留复制。
分析相关资料，得出基因通常是有遗传效应的 DNA 片段。
- 科学思维 -
- 科学探究 -
- 科学思维 -
课标要求
了解沃森和克里克对 DNA 复制方式的早期推测及 DNA 半保留复制的实验证据。
01.
阐明 DNA 复制的条件、过程和特点。
02.
概述多种生物的基因是 DNA 分子的功能片段，有些病毒的基因在 RNA 分子上。
03.
思考讨论
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。”
- 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？
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？
第一问
思考讨论
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。
第二问
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。
DNA的
半保留复制
假说内容
沃森、
克里克
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，这种复制方式被称作________________。
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：
解开的 ______________ 作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据_____________________原则，通过形成________，结合到作为模板的单链上。
氢键
两条单链
碱基互补配对
氢键
半保留复制
亲代
子代
DNA的
其他复制方法
全保留复制
其他
科学家
亲代
指 DNA 复制以 DNA 双链为模板，子代 DNA 的双链都是 的。
新合成
子代
旧链
新链
DNA的
其他复制方法
分散复制
其他
科学家
亲代
子代DNA的每一条链都是由亲本链的片断与新合成的片断随机拼接而成。
新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。
子代
证明 DNA 半保留复制
假说 — 演绎法
要证明DNA复制是半保留复制，就需要通过实验区分亲代与子代的 。
DNA
时 间
人 物
材 料
技 术
方 法
1958 年
梅塞尔森、斯塔尔
大肠杆菌
同位素标记技术
证明 DNA 半保留复制
实验原理
15N 和 14N 是 N 元素的两种稳定同位素，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。
利用离心技术可以在试管中区分含不同 N 元素的DNA。
含 14N 的在 。
含 15N 的在 。
下层
上层
含有 15NH4CI 的培养液培养大肠杆菌
含有 14NH4CI 的培养液培养大肠杆菌
证明 DNA 半保留复制
实验过程
先用含有 15NH4CI 的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代。
大肠杆菌的 DNA 几乎都是 标记的。
将大肠杆菌转移到含有 14NH4CI 的普通培养液中。
在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
15N
证明 DNA 半保留复制
演绎推理
如果进行半保留复制，每个子代 DNA 均由1 条母链和 1 条子链组成。
亲代
子一代
子二代
亲代
子一代
子二代
证明 DNA 半保留复制
演绎推理
如果亲代 DNA 全部是 15N 的，放在 14N 的环境
中进行培养，则亲代、子一代、子二代 DNA 分
别含有哪种 N 元素？
15N
14N
15N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
15N/14N-DNA
(全部）
15N/14N-DNA
(1/2)
子一代
子二代
亲 代
15N/15N-DNA (全部）
14N/14N-DNA
(1/2）
证明 DNA 半保留复制
演绎推理
通过密度梯度离心使其发生分层，分层的结果应当是怎样的？（ 15N 质量大于 14N ）
15N-15N
15N-14N
14N-14N
三种情况
15N-15N
15N-14N
14N-14N
实验证明
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
实验结果
亲代大肠杆菌DNA经离心处理后，试管中只出现了一条DNA带，靠近试管底部，说明其密度最大，是15N标记的亲代双链DNA(15N/15N-DNA)。
实验结果证明：DNA的复制是以 的方式进行的。
转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条带，位置居中，说明其密度居中，是只有一条单链被15N标记的子代双链DNA(15N/14N-DNA)。
第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条居中，为15N/14N-DNA，另一条带的位置更靠上，说明其密度最小，是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA (14N/14N-DNA)。
半保留
复制过程
定义
以亲代 DNA 分子为模板合成子代 DNA 分子的过程。
思考
DNA 的复制一般在什么时候进行？
DNA 的复制的场所是在哪里进行？
复制时期
复制场所
细胞核(主要场所)、
线粒体、
叶绿体
有丝分裂间期、
减数第一次分裂前的间期
含少量 DNA
复制过程
解旋
复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将 DNA 双螺旋的两条链解开。
DNA 聚合酶以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的 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。
模板链解旋过程的同时，新合成的子链也在不断延伸，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
合成
子链
形成
子代DNA
复制条件
引物
解旋酶、
DNA聚合酶
RNA
原料
4 种
脱氧核苷酸
模板
DNA 的
每一条链
酶
能量
ATP
特点
边解旋边复制
思考讨论
① 二条母链的碱基顺序是否相同？
② 二条子链的碱基顺序是否相同？
③ 新合成的二个DNA碱基顺序是否相同？
不同，互补。
相同。
不同，互补。
思考讨论
DNA 准确复制的原因？
① DNA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，能够使复制准确无误。
思考讨论
DNA 复制有何意义？
一个DNA分子就形成了两个完全相同的 DNA 分子。新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中。
DNA 通过复制，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。
相关计算
亲 代
15N
15N
……
第n代
……
2n
第一代
15N
14N
15N
14N
第二代
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
15N
相关计算
子代 DNA分子共有 2n 个
将 1 个含有 15N 的DNA分子放在含有 14N 的培养基上培养，复制 n 次，则
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
脱氧核苷酸链共有 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
相关计算
DNA 复制过程中消耗脱氧核苷酸数：
若一亲代 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：
第 n 次复制所需该种脱氧核苷酸数目为：
m（2n-1）
m·2n-1
当堂检测
1. 下列有关DNA复制的叙述，正确的是 (　 　)
A. DNA 复制时以 DNA 分子的一条链作为模板
B. 洋葱根尖分生区细胞在减数分裂前的间期进行DNA 复制
C. DNA 复制时先解旋后复制
D. 蓝细菌细胞的拟核可发生 DNA 复制
D
当堂检测
2. 下列关于DNA复制的叙述中，正确的是 ( 　　)
A. DNA 的复制只发生于有丝分裂前的间期
B. DNA 的复制只能发生于细胞核中
C. DNA 的复制需要解旋酶和 DNA 聚合酶，原料是八种游离的核苷酸
D. DNA 复制有精确的模板并严格遵守碱基互补配对原则，所以能准确地将遗传信息传递给子代
D
当堂检测
3. 细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使细菌的DNA皆含有15N，然后再移入含14N的培养基中培养，提取其子代的DNA进行梯度离心，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是 (　 　)
A. 第一次分裂的子代DNA应为②
B. 第二次分裂的子代DNA应为①
C. 第三次分裂的子代DNA应为③
D. 亲代的DNA应为④
D

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