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生物学（新人教版）
必修2 遗传与进化
第三章 第3节 DNA的复制
学习目标：
1、怎样证明DNA是半保留复制的 ？
2、DNA的复制过程是怎样的 ？
3、DNA半保留复制对遗传信息稳定传递有什么意义 ？
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。”
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.
《核酸的分子结构》论文节选
碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
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？
问题探讨
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再合成互补链。
科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。
半保留复制
全保留复制
对DNA复制的推测
如何区分亲代和子代的DNA？？
提出问题
作出假设
DNA以什么方式复制？
DNA以半保留方式复制（或全保留）
如何来证明哪个观点是正确的？
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。
(沃森和克里克)
同位素标记技术
DNA半保留复制的实验证据
科学家： 梅塞尔森 和 斯塔尔 材料：大肠杆菌
实验原理： 14N和15N是氮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，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
不同密度的DNA分子应如何区分 ？？
密度梯度离心技术
假说—演绎法
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(轻带） (低密度带)
(中带) (中密度带)
(重带) (高密度带)
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。
15NH4Cl
繁殖若干代
15N/ 15N-DNA
目的？
放在14NH4Cl 中
分裂第二次
分裂一次
提取DNA离心
提取DNA离心
DNA复制一次
DNA复制第二次
得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记
大肠杆菌
15N/ 15N-DNA
结果？？
15N/ 15N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
亲代
子一代
演绎推理
假设：全保留复制
全部位于
重带
1/2位于轻带
1/2位于重带
3/4位于轻带
1/4位于重带
离心
离心
离心
DNA
复制一次
子二代
DNA
复制第二次
15N/ 15N
14N/ 14N
15N/ 15N
14N/ 14N
15N/ 15N
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N-DNA
14N/ 15N-DNA
15N/ 14N-DNA
14N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
演绎推理
全部位于
重带
全部位于
中带
1/2位于轻带
1/2位于中带
离心
离心
离心
DNA
复制一次
DNA
复制第二次
15N/ 15N
14N/ 15N
14N/ 14N
14N/ 15N
假设：半保留复制
亲代
子一代
子二代
实验结论： DNA的复 制是半保留复制
提出问题
作出假说
演绎推理
实验验证
得出结论
假说—演绎法
可能的复制方式
DNA是如何复制的？
根据复制方式，预测实验结果
实验结果与半保留复制的预期相符
DNA分子复制的方式是 半保留复制
半保留复制
全保留复制
DNA半保留复制的实验证据
假说演绎法
概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间
真核细胞：细胞核（主要）、线粒体和叶绿体；
原核细胞：拟核（主要） 病毒： 宿主细胞中
细胞分裂前的 间期 （真核）
场所
DNA复制的过程
过程
解旋
合成互补子链
恢复螺旋形成子代DNA
条件
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
主要是线粒体提供ATP
解旋酶 （解螺旋，破坏氢键）
DNA聚合酶 （形成磷酸二酯键）
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
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
C
C
G
T
A
T
A
G
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
（1）解旋：
解旋酶可以断开氢键，使DNA的两条链解开。
复制过程：
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
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
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
（2）合成子链
4种脱氧核苷酸为原料，碱基互补配对原则， 氢键自动合成，不需要酶。
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
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
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
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
子链的合成方向是 5'端 → 3'端
DNA聚合酶：将单个的脱氧核苷酸连接到子链上，催化磷酸二酯键合成。
（2）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
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
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
5'
3'
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
子代DNA均含有原来的一条母链和一条新合成的子链
（3）螺旋 成为 子代DNA
半保留复制
解旋
合成子链
恢复双螺旋结构
整体过程
(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？
(2)图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中， 哪些链碱基排列顺序相同？
碱基排列顺序相同 ： a和c ， b和d
解旋酶
DNA聚合酶
磷酸二酯键
氢键
a、d 是 子链
解旋酶
5’
3’
DNA聚合酶
3’
5’
5’
3’
5’
3’
子链均由5’向3’端进行延伸
解旋酶
使氢键断开，两条链解开
连接单个的脱氧核苷酸
形成磷酸二酯键
断开氢键的方式：
解旋酶
加热等
DNA
聚合酶
DNA
聚合酶
简单的过程
过程
边解旋边复制 (从过程上看)
半保留复制 (从结果上看)
形成两个完全相同的DNA分子
特点
结果
方向
子链延伸：
DNA复制的过程
真核生物：
原核生物：
多起点双向复制
单起点双向复制
（起点和方向）
5' 端 → 3' 端
意义
将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。
准确复制的原因
(1)独特的双螺旋结构提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对保证了复制准确地进行。
氢键
解旋
真核
原核
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：
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，链也是 条
两　　　
21
22
23
15N
15N
14N
14N
半保留复制
两　　　
亲代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
21
22
23
15N
15N
14N
14N
假如：全保留复制
以一个DNA分子为例
一个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不含15N的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
⑤含15N的DNA分子数与子代DNA分子数之比为：
2/ 2n
③只含15N的DNA分子数：
0个
DNA复制中的有关计算，以亲代被15N标记为例：
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
② 15N 脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n乘以2 = 2n+1 条
2 条
2n+1-2 条
一个DNA分子经n次复制后，则
一个DNA，有2条链
m ×（ 2n-1）
（1）则经过n次复制共需要消耗
腺嘌呤脱氧核苷酸个数为：
（2）第n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧
核苷酸个数为：
m（ 2n-2n-1） = m × 2n-1
若某DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，则
注意：“复制了n 次”和“第n 次复制”
碱基是“对”和“个”
“DNA分子数”和“链数”
“含”和“只含”
１、含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例是
２、含15N链占全部DNA单链的比例是
３、含有14N的DNA分子占全部DNA分子的比例是
４、只含14N的DNA分子占全部DNA分子的比例是
５、含14N链占全部DNA单链的比例是
1/4
1/8
1
3/4
7/8
练习： 用15N标记的一个DNA分子,放在含有14N的培养基中复制三次，则子代中，
课本p56
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。 （ ）
×
×
2.DNA的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
叶绿体、线粒体、原核生物和DNA病毒无细胞核
2个
DNA聚合酶
DNA的复制发生在间期
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
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31.6×2×108÷109≈6个碱基发生错误，产生的影响可能很大，也可能没有影响。

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