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(共38张PPT)
第3章 基因的本质
DNA的复制
第3章 第3节
【回顾旧知】
1、DNA的基本组成单位是 ， 根据 的种类不同可分为 种。
2、DNA双螺旋结构的特点有哪些？碱基之间遵循什么原则？
脱氧核苷酸
碱基
4
①两条链以 的方式盘旋成双螺旋结构；
② 和 交替连接排列在外侧，构成基本骨架； 排列在内侧
③两条链上的碱基通过 形成碱基对，遵循碱基互补配对原则
反向平行
脱氧核糖
磷酸
碱基
氢键
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”。
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.
问题探讨
一、对DNA分子复制的推测
1、沃森和克里克提出的遗传物质复制的假说内容：
DNA分子复制时，DNA分子的 将
解开，互补的 之间的 断裂，
解开的两条单链作为复制的 ，游离的
依据 原则，
通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。
双螺旋
碱基
氢键
模板
脱氧核苷酸
碱基互补配对
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，被称做 。
半保留复制
对DNA复制的推测
全保留复制：母链分开，分别复制形成两条子链DNA，此后两条母链彼此结合，恢复原状。子链互补结合形成一条新DNA分子（子代的DNA 双链都是新合成的）。
复制
一次
半保留复制：新形成的DNA分子一条是新的链，一条是旧的链；
复制
一次
DNA半保留复制的实验证据
【合作探究】教材P53-55DNA半保留复制实验
要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？
通过实验区分亲代和子代的DNA
如何在实验中区分亲代和子代的DNA链？
同位素标记法
如果用同位素进行标记,可标记什么元素
可标记C、H、O、N、P等元素
DNA半保留复制的实验证据
15N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；
形成的不同密度的DNA分子应如何区分？
密度梯度离心
15N/15N-DNA
重带
15N/14N-DNA
中带
14N/14N-DNA
轻带
DNA半保留复制的实验证据
实验者：
实验材料：
实验方法 ：
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
同位素标记技术和密度梯度离心技术
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
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，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同N元素的DNA。
DNA半保留复制的实验证据
实验过程 ：
①先用15NH4Cl培养液培养大肠杆菌
②让大肠杆菌繁殖若干代（DNA几乎都是15N标记）
③将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中
④在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA
⑤将提取的DNA进行离心，记录离心管中DNA的位置
DNA半保留复制的实验证据
【合作探究】教材P53-55DNA半保留复制实验
演绎推理绘制DNA的半保留复制、全保留复制实验过程及预期结果
第二代
半保留复制
15N/15N__DNA
15N/14 N__DNA
15N/14N__DNA
14N/14N__ DNA
15N/14N__DNA
大肠杆菌在15N的培养液中培养若干代
提取DNA离心
转移到14N的培养液中
提取DNA离心
提取DNA离心
细胞分裂一次
第一代
细胞分裂两次
如果对亲代、子一代、子二代的DNA都分别进行离心，结果会怎样分布？
重带(下部)
15N/ 15N-DNA
中带(中间)
15N/ 14N-DNA
轻带(上部)
14N/ 14N-DNA
中带(中间)
15N/14N-DNA
DNA半保留复制的实验证据
全保留复制
亲代
子一代
子二代
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
细胞
分裂
转移到14NH4Cl的培养液中
细胞
分裂
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
DNA半保留复制的实验证据
15N
14N
14N
14N
15N
14N
亲代
子一代
子二代
细胞
分裂
15N
15N
转移到14NH4Cl的培养液中
细胞
分裂
提取DNA离心
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
半保留复制
提取DNA离心
提取DNA离心
14N/14N-DNA
全重
全中
14N/14N
15N/14N
15N/15N
亲代 子一代 子二代
轻
中
重
DNA复制方式为 复制。
得出结论
半保留
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
DNA半保留复制过程
【合作探究】教材P55-56完成以下问题
有丝分裂间期、减数第一次分裂前间期（细胞分裂前的间期）
时间：
场所:
真核生物：
原核生物：
病毒：
亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
细胞核
主要在拟核中
宿主细胞内
概念：
过程:
（主要）、叶绿体、线粒体
DNA半保留复制过程
解旋：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
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
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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
解旋酶：使氢键断裂
DNA半保留复制过程
合成子链：游离的4种脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机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。
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
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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'
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
氢键自动形成，不需要酶
DNA半保留复制过程
合成子链：在DNA聚合酶的催化下把单个的脱氧核苷酸连接到子链上。
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
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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
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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：
5'端→ 3'端
形成磷酸二酯键
DNA半保留复制过程
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。
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
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C
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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
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G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
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G
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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
3'
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
过程
DNA半保留复制过程
条件:
原则:
③能量
亲代DNA的两条链
4种游离的脱氧核苷酸
解旋酶（解螺旋，破坏氢键）、DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）等
由细胞代谢提供的ATP
①模板
②原料
④酶
碱基互补配对原则
从子链的5' 端向 3' 端延伸
方向:
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
DNA复制的过程
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。
(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
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　　　
DNA复制相关计算
亲代
第一代
第二代
第n代
….
…….
15N
15N
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
DNA复制相关计算
亲代
第一代
第二代
第n代
….
…….
15N
15N
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
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。
经过n次复制共消耗游离的该种脱氧核苷酸
第n次复制共消耗游离的该种脱氧核苷酸
m×(2n-1) 个
m×2n-1 个
DNA复制相关计算
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,含有母链的DNA分子都只有两个。
看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”,
“含”还是“只含”等关键词,以免掉进陷阱。
DNA复制有关计算注意事项
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。
DNA半保留复制过程
拓展
原核生物与真核生物DNA复制区别
多起点双向复制
单起点双向复制
某DNA分子有碱基200对，已知腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占碱基总数的60%，则该DNA分子连续复制两次所需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为
A．80 B．160 C．240 D．320
将用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中，让其复制二次，则含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例以及含有15N的脱氧核苷酸链占全部DNA单链的比例依次是
A．1/2 1/4 B．1/4 1/4 C．1/4 1/8 D．1/2 1/8
(2022·泰安)一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104
B．复制过程需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．含有放射性的子代DNA分子的两条链都有放射性
D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
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，含有放射性的细胞有2或3或4个。
蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是
A.每条染色体的两条单体都被标记
B.每条染色体中都只有一条单体被标记
C.只有半数的染色体中一条单体被标记
D.每条染色体的两条单体都不被标记
用32P标记了某玉米体细胞(正常体细胞含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，完成了两次细胞分裂。下列有关叙述错误的是
A.在第一次细胞分裂的中期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染
色体数分别是20和20
B.在第二次细胞分裂的后期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染
色体数分别是40和40
C.在第一次分裂完成后，形成的两个子细胞中染色体上的DNA都是有一
条链含32P，另一条链不含32P
D.在第二次分裂完成后，形成的四个子细胞中含32P的染色体数从0到20
都有可能
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。
(2022·吉林通化高一期中)如图A点时用32P标记果蝇精原细胞所有DNA的双链，然后置于只含31P的培养液中培养，发生了a、b连续两个分裂过程。下列相关叙述，正确的是
A.CD段细胞中一定有2条Y染色体
B.GH段细胞中可能有两条Y染色体
C.GH段细胞中含32P的染色体一定有8条
D.IJ段细胞中含32P的染色体可能有8条

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