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(共38张PPT)
第3节 DNA的复制（第1课时）
第3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
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？
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。
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？
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。
课本P53
01
对DNA复制的推测
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
02
DNA半保留复制的实验证据
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）
演绎推理
二、DNA半保留复制的实验证据
问题1：如果用同位素进行标记,用什么元素
含N碱基
脱氧核苷酸
磷酸
五碳糖
P
C H O
N
③ ：
演绎推理
二、DNA半保留复制的实验证据
√
问题2：如果亲代DNA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？
可标记C、H、O、N、P元素
问题2：按此假设（DNA是半保留复制或全保留复制），
复制得到的子一代DNA和子二代DNA的组成将分别是
怎样的 （请用两种颜色的笔，画出子代的情况）
③ ：
演绎推理
子二代
亲 代
全保留复制
半保留复制
子一代
问题2:如何才能在实验中直观地区别、“标识”母链和子链呢？
同位素标记法
二、DNA半保留复制的实验证据
如何在实验中直观区分母链和子链？
同位素标记技术（15N无放射性）
资料：15N和14N是N元素的两种稳定的同位素（无放射性），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。
形成的不同密度的DNA分子应如何区分？
密度梯度离心法
利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA；
（教材P53倒数段1；P54）
密度梯度离心
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。
科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法
密度
低
高
密度梯度离心
DNA半保留复制的实验
3. 研究方法：
2. 实验材料：
4. 实验技术：
二、DNA半保留复制的实验证据
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
假说—演绎法
同位素标记法(N元素的两种稳定同位素：无放射性）、
密度梯度离心法
1. 实 验 者：
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
注意：同位素标记法≠放射性同位素标记法
区分：分离细胞器方法：差速离心法
分离不同密度的DNA分子: 密度梯度离心法
课本P53
笔记
3. 研究方法：
2. 实验材料：
4. 实验技术：
二、DNA半保留复制的实验证据
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
假说—演绎法
同位素标记法(N元素的两种稳定同位素：无放射性）、
密度梯度离心法
5.实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，
一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
6.实验假设：
DNA以半保留的方式复制
1. 实 验 者：
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
高密度带
中密度带
低密度带
15N
14N
15N
15N
14N
14N
15N
14N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
14N
15N
14N
P
F1
F2
15N
15N
15N/15N
重带
15N/14N
14N/14N
15N/14N
轻带中带
中带
第二代
第一代
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
含14N的培养液
演绎推理—假设是半保留复制
第二代
含14N的培养液
第一代
提取DNA离心
提取DNA离心
15N
15N
P
F1
F2
14N
14N
提取DNA离心
重带
轻带重带
轻带
重带
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
15N/15N
14N/14N
15N/15N
14N/14N
15N/15N
演绎推理—假设是全保留复制
P
F1
F2
15N
15N
提出DNA离心
重带
提出DNA离心
中带
提出DNA离心
中带
演绎推理—假设是分散复制
第二代
第一代
含14N的培养液
15N/14N
15N/14N
半保留复制
全保留复制
分散复制
第二代
第一代
15N/14N
中带
15N/14N
中带
实验结果与 推理结果相同。
实验验证
得出结论
半保留复制
DNA复制方式为 。
半保留复制
作出假设
演绎推理
实验验证
【小结】
得出结论
1.DNA是如何复制的
提出问题
2.DNA的复制是半保留复制
3.子代DNA可能的情况及如何设计实验验证这种现象
4.通过实验进行验证
假说 ∣演绎法
5.DNA以半保留的方式复制
当堂检测（5min）
2．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，
以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后
的产物是(　　)
A　　　　 　B　　　 C　　　 　　 D
D
放射性
同位素
总结
稳定
同位素
3H：
标记亮氨酸，研究分泌蛋白合成与运输过程
14C：
标记CO2，研究暗反应中碳的转移途径
32P：
35S：
标记DNA
标记蛋白质
噬菌体的遗传物质
18O：
标记H2O、CO2研究光合作用产物O2氧原子
的来源
15N：
标记DNA ，研究DNA复制方式
检测
放射性：
检测
密度或相对分子质量
同位素
标记
研究转移路径
重点：15N、18O、12C无放射性
荧光
标记法
用荧光染料标记小鼠和人细胞表面的蛋白质，诱导细胞融合，证明
现代分子生物学技术利用该技术证明
基因在染色体上呈线性排列
细胞膜具有一定的流动性
人鼠细胞融合实验（荧光标记技术）
融合细胞
细胞
融合
37℃
40min
正在融合的细胞
红色荧光染料标记膜蛋白
绿色荧光染料标记膜蛋白
人细胞
小鼠细胞
这一实验以及相关的其他实验证据表明，
细胞膜具有流动性
实验结论：细胞膜上的蛋白质分子是可以运动
运用假说——演绎法:
1.孟德尔发现分离定律和自由组合定律
2.摩尔根证明基因在染色体上
3.梅塞尔森和斯塔尔证明DNA复制方式为半保留复制
总结
运用类比推理法：萨顿提出基因在染色体上的假说
当堂检测（5min）
1．同位素示踪技术在生物学发展史上起着重要的作用，下列有关叙述正确的
是（ ）
A．赫尔希和蔡斯用32P和35S将噬菌体的蛋白质和DNA区分开，单独研究各自作用
B．鲁宾和卡门用放射性同位素18O分别标记H2O和CO2，证明了O2中O的来源
C．梅塞尔森利用同位素14N和15N的放射性，证明了DNA复制方式为半保留复制
D．卡尔文利用12C标记CO2，探明了CO2中的C转化为有机物中C的转移路径
A
14C
15N、18O无放射性
稳定性
易错：15N、18O、12C无放射性
当堂检测（5min）
2．同位素标记法是常用的生物学实验方法，下列相关叙述正确的是（ ）
A．用15N标记DNA分子，通过测定放射性，证明DNA分子的复制方式是
半保留复制
B．用小球藻做14CO2示踪实验，不同时间点对放射性进行分析可研究暗
反应的途径
C．将实验用小白鼠放入含有18O2的培养箱中饲养，其呼出的二氧化碳
不含C18O2
D．用35S和32P分别标记T2噬菌体中蛋白质的羧基、DNA的碱基，探索
遗传物质的本质
B
R基 磷酸
14C有放射性
当堂检测（5min）
3．同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。下列有关叙述，错误
的是（　　）
A．用3H标记的亮氨酸注射给胰腺腺泡细胞后，高尔基体中能检测到放射性
物质
B．用15N研究DNA的复制方式，利用差速离心法观察子代DNA的分布
C．用32P或35S标记的噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，证明噬菌体
的遗传物质是DNA
D．用14CO2追踪光合作用中C的转移途径，结果为14CO2→14C3→14C6H12O6
B
密度梯度
14C有放射性
当堂检测（5min）
4．遗传规律和遗传物质的发现经历了漫长的科学探究历程，下列有关说法正确
的是（ ）
A．减数分裂的发现为孟德尔遗传规律的提出提供了理论依据
B．摩尔根利用假说—演绎法证明了基因在染色体上呈线性排列
C．DNA复制方式的发现应用了同位素标记法和密度梯度离心技术
D．沃森和克里克通过构建数学模型发现了DNA分子的双螺旋结构
C
物理
荧光
标记法
用荧光染料标记小鼠和人细胞表面的蛋白质，诱导细胞融合，证明
现代分子生物学技术利用该技术证明
细胞膜具有一定的流动性
基因在染色体上呈线性排列
03
DNA复制的相关计算
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：
DNA复制的相关计算
共产生子代DNA分子____个；
(1)DNA分子数
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
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：
DNA复制的相关计算
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
(2)脱氧核苷酸链数
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：
DNA复制的相关计算
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离
的该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗
游离的该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
15N
14N
亲代 DNA
子一代DNA
子二代DNA
15N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
子三代
14N
15N
14N
14N
当堂训练：10分钟
1. 一个有N15标记的DNA分子放在没有标记的环境中培养,复制5次后标记的
DNA分子占DNA分子总数的（ ）
A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/32
2. 1个DNA分子经过4次复制,形成16个DNA分子,其中不含亲代母链的DNA
分子为( )
3.某DNA分子共有a个碱基，其中含胞嘧啶m个，则该DNA分子复制3次，
需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（ ）
A.7（a-m） B. 7（a/2-m） C. 8（a-m） D.8（2a-m）
A.2个 B.8个 C.14个 D.32个
C
C
B
4.具有1000个碱基对的某个DNA分子区段内有600个腺嘌呤,若连续复制
两次,则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目为( )
A. 400 B. 600 C. 1200 D. 1800
5．某一个DNA分子中，A为200个，复制n次后，消耗周围环境中含A的
脱氧核苷酸3 000个，则该DNA分子已经复制了几次？(　　)
A．4次　　　　　 B．3次 C．5次 D．6次
C
A
6.某DNA分子片段中共含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。现将该
DNA分子片段用15N标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将
全部复制产物进行密度梯度离心，得到图甲结果；如果将全部复制产物
加入解旋酶处理后再离心，则得到图乙结果。下列有关分析正确的是
A.X层与Y层中DNA分子质量比大于1∶3
B.Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3 600个
C.X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍
D.W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1
C
小于
2700
7:1
⑴、G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的：
G0 、G1 、G2 。
A
B
D
⑵、G2代在①、②、③三条带中DNA数的比例是 。
⑶、图中 ① 、 ②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是： ， 。
⑷、上述实验结果证明了DNA的复制方式是 。
0:1:1
31P
31P 和32P
半保留复制
5.以含有31P标志的大肠杆菌放入32P的培养液中，培养2代。离心结果如右：

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