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(共27张PPT)
3.3 DNA的复制
对DNA复制的猜测
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material. The structure itself suggested that each strand could separate and act as a template for a new strand, therefore doubling the amount of DNA, yet keeping the genetic information, in the form of the original sequence, intact.
————Watson & Crick 1953
沃森、克里克在提出双螺旋结构时就敏锐地捕捉到半保留复制
沃森和克里克猜测，DNA复制时双螺旋会解开，两条链会分别作为模板复制出新的子链，这样既能使DNA量翻倍，又能保证遗传信息的稳定。
这样新合成的每个DNA中，有一条来自原来的DNA，另一条是复制的子链，因此这种复制方式称为半保留复制。
也有人提出，DNA复制可能是全保留复制。
对DNA复制的猜测
全保留复制
半保留复制
复制一次
复制一次
亲代DNA单链
子代DNA中新合成的单链（子链）
子代DNA中保留的亲代DNA单链（母链）
提出假说：哪种假说是正确的？怎样区分亲代和子代的DNA呢？
用同位素标记法
可以用哪些元素的同位素呢？
可以标记母链还是子链？
DNA半保留复制的实验证据
1958年，梅塞尔森和斯塔尔研究大肠杆菌DNA的复制过程
阅读书本P54，了解科学家用同位素标记法的过程及检测的指标：
(1)亲代大肠杆菌先在含_______的培养液中生长若干代，保证其DNA的两条链都____________。
15NH4Cl
含有15N标记
(2)亲代大肠杆菌转移到含_______的培养液中生长一代，
子代DNA中，母链将___________，子链将__________。
14NH4Cl
含有15N标记
只含有14N
(3)DNA两条链都含有15N标记时，相对分子质量最___，密度最____，在离心管中在最_____的位置。类似地，两条链都只含有14N的DNA将在离心管中最_____的位置，两条链分别含有14N和15N标记的DNA在_____的位置。
大
高
底部
顶部
中部
DNA半保留复制的实验证据
演绎推理：如果DNA是半保留复制，培养两代后能得到什么结果？
复制一次
15N
15N
15N
14N
14N
15N
再复制一次
15N
14N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N/14N
15N/14N
15N/15N
亲代 子一代 子二代
轻
中
重
预测离心结果为：
重
中
轻
中
DNA半保留复制的实验证据
演绎推理：如果DNA是全保留复制，培养两代后能得到什么结果？
复制一次
15N
15N
15N
15N
14N
14N
再复制一次
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
14N/14N
15N/14N
15N/15N
亲代 子一代 子二代
轻
中
重
预测离心结果为：
重
轻
重
轻
重
DNA半保留复制的实验证据
设计实验验证，得出结论：DNA是以半保留的方式进行复制
如果我们用只含14N的大肠杆菌培养在含15N的培养液中呢，半保留或全保留复制一代、两代的结果又将如何？
亲代DNA 子一代DNA 子二代DNA
半保留复制
全保留复制
14N/14N
15N/14N
15N/14N
15N/15N
14N/14N
14N/14N
15N/15N
14N/14N
15N/15N
再画一下离心管中的分离结果。
DNA半保留复制的实验证据
补充：梅塞尔森和斯塔尔的实验结果
在14N培养基中培养的时间
离心管顶部到底部
A
B
C
D
E
F
G
H
J
提取DNA
热变性处理
离心
14N单链
15N单链
14N单链
15N单链
亲代＋子一代
子一代
子二代
子三代
子四代
例题（DNA半保留复制的实验）
将一个用15N标记的DNA放到14N的培养基上培养，让其连续复制三次，将每次复制产
物置于试管内进行离心，图中分别代表复制1次、2次、3次后的分层结果的是( )
A．c、e、f B．c、e、b
C．a、b、d D．c、a、b
A
如果将每次复制后的产物拆成单链后再离心，轻链/重链峰值的比例依次为：
第一次：
第二次：
第三次：
2/2
6/2
14/2
第n次：
(2n+1-2)/2
DNA复制的过程
DNA是如何复制的？在什么场所？需要什么条件？
阅读书本P55-56，寻找并思考这些问题的答案：
（1）DNA复制的场所：
细胞核
拟核（原核）
线粒体和叶绿体
（2）DNA复制的时期：
（真核）细胞分裂的间期（S期）
（3）DNA复制的过程：
解旋
→合成子链
→母链和子链重新盘绕成螺旋
（4）DNA复制的条件：
①模板：解开每一条母链
②原料：4种脱氧核苷酸
③能量：ATP（用于解旋等过程）
④酶：解旋酶、DNA聚合酶等
DNA复制的过程
DNA复制是一个边解旋边复制的过程：
Q1:解旋酶是如何工作的？
Q2:DNA聚合酶是如何工作的？
Q3:子链的延伸方向是？
Q4:解旋和复制是同时进行还是先后进行？
DNA复制的过程
DNA复制是一个精确的过程，原因是：
（1）DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板
（2）根据碱基互补配对原则合成子链，能使复制准确无误
DNA的准确复制保证了子代DNA与亲代DNA完全相同，保持了遗传信息在亲代→子代的传递过程中的连续性。
Q1:真核生物体内的所有细胞都会进行DNA的复制吗？
反例1：哺乳动物成熟红细胞；
反例2：人口腔上皮细胞
Q2:哪些因素会影响细胞内DNA的复制？
影响酶活性的因素（温度、pH等）
影响能量供应的因素（温度、O2等）
营养条件（原料的含量）
剧烈的物、化因素（辐射、致癌物诱发突变）
DNA复制的过程
补充：DNA复制是一个半不连续的过程
解旋酶移动方向
后随链
后随链
前导链
由于DNA聚合酶只能沿5’→3 ’的方向延伸子链，两条子链中只有一条的延伸方向与解旋酶移动方向相同，可以连续复制（称作前导链），而另一条子链的延伸方向相反，只能倒退着、不连续地进行复制（称作后随链）。
*后随链合成以后可以拼接在一起形成一条完整的子链。
DNA复制的过程
补充：DNA复制一般是双向复制
复制起点
原核生物的DNA为环状，只有一个复制起点，两个解旋酶从起点出发向两侧分别解旋、引导子链的复制。
电镜下正在复制的原核DNA
复制叉
复制起点
复制泡
DNA复制的过程
补充：DNA复制一般是双向复制
复制起点
复制起点
真核生物的核DNA为线形，有多个复制起点，每个起点也是进行双向复制。
注意：起点不一定同时起始复制，如果某个起点先开始复制，那么它形成的复制泡会比其他起点的复制泡______。
大
电镜下正在复制的果蝇DNA
（书本P56T2）
Q:多个复制起点有什么适应意义？
真核DNA远远长于原核DNA，增加复制起点能提高复制效率。
DNA复制的计算
题型1：一个DNA/染色体的复制
一个被15N标记的DNA转移到14N的培养基中培养，复制了n次：
子代DNA有___个
DNA单链有___条
2n
2n+1
含15N的DNA有___个
2
只含15N的DNA有___个
0
含14N的DNA有___个
2n
只含14N的DNA有____个
2n-2
含15N的单链有___条
2
含14N的单链有_____条
2n+1-2
子代DNA中被15N标记的分子所占的比例为___
子代DNA所有的单链中被15N标记的单链占比为___
1/2n-1
1/2n
要注意是问“DNA分子数”还是“链数”，以及“含”和“只含”。
DNA复制的计算
题型1：一个DNA/染色体的复制
一个被15N标记的DNA转移到14N的培养基中培养，复制了n次，若该DNA一共有m个脱氧核苷酸，其中腺嘌呤脱氧核苷酸有p个：
一共消耗脱氧核苷酸数为_______个
m(2n-1)
在第n次复制中，消耗脱氧核苷酸数为_______个
m·2n-1
一共消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数为____________个
p(2n-1)
一共消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸数为____________个
一共消耗胸腺嘌呤脱氧核苷酸数为__________个
(m/2-p)(2n-1)
p(2n-1)
消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数为_____________个
p·2n-1
消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数为_____________个
(m/2-p)·2n-1
DNA复制的计算 · 例题（题型1）
已知一个完全标记上15N的DNA分子含有100个碱基对，其中腺嘌呤（A）40个，经过
n次复制后，不含15N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为7：1，需游离的
胞嘧啶（C）为m个，则n、m分别是（ ）
A．n=4 m=900 B．n=3 m=900
C．n=4 m=420 D．n=3 m=420
A
用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培
养基中连续复制5次。下列有关判断错误的是（ ）
A．该DNA分子含有260个氢键 B．含有14N的DNA分子占15/16
C．第5次复制需腺嘌呤脱氧核苷酸640个 D．含有15N的DNA单链只有2条
B
DNA复制的计算
题型2：有丝分裂中染色体的标记问题
一个被15N标记的染色体转移到14N的培养基中培养，培养两个细胞周期：
复制后形成2条染色单体
均带15N标记
分离的2条染色体
均带15N标记
染色体带15N标记
但只有1条染色单体带标记
若只考虑细胞内的一条染色体：
分离的2条染色体
只有1条带15N标记
注意：一个分子有两条链，只要有一条链带标记，该分子便带标记。
一个包含1个或2个DNA分子，只要有一条链带标记，该染色体便带标记。
DNA复制的计算
题型2：有丝分裂中染色体的标记问题
一个被15N标记的细胞转移到14N的培养基中培养，培养两个细胞周期：
考虑细胞内的一对同源染色体（第一次分裂）：
同源染色体
相互独立
母细胞
子一代细胞
15
14
14
15
15
14
14
15
子一代细胞的所有染色体（其中一条链）都带标记
可能
可能
DNA复制的计算
题型2：有丝分裂中染色体的标记问题
一个被15N标记的细胞转移到14N的培养基中培养，培养两个细胞周期：
考虑细胞内的一对同源染色体（第二次分裂）：
子一代细胞
（其中一个）
子二代细胞
15
14
14
14
这两个子二代细胞带标记的数量为________个。
考虑亲代产生的四个子二代细胞，带标记的数量可能为__________个。
1或2
2或3或4
复制后形成2条染色单体
只有一条带15N标记
实际上，细胞内有n对同源染色体，此时带标记的子二代细胞的数量可能为__________个。
2或3或4
可能
可能
DNA复制的计算 · 例题（题型2）
将 分子双链被 标记的蚕豆 根尖细胞移入普通培养液（不含放射性元
素）中，让该细胞连续进行有丝分裂。观察普通培养液中某处于第三次有丝分裂中期
的细胞，根据图示，判断该细胞中染色体的标记情况最可能是( )
A.12个
B. 个，但 和 数目不确定
C.6个 ，6个
D. 个，但 和 数目不确定
D
子一代细胞所有染色体都有一条链带标记，第二次分裂中期所有染色体都为b，但由于
染色单体分离后随机移向两极，子二代细胞中带标记染色体数目不确定（[0,12]）。
第三次分裂中期带标记染色体形成b，不带标记形成c，数目不确定，但总数一定为12。
DNA复制的计算 · 例题（题型2）
现将含有两对同源染色体且核 都已被 标记的一个细胞，放在不含 的培养
基中培养，若该细胞连续进行4次有丝分裂（不考虑互换），则含 的子细胞数量
最少和最多分别是( )
A.2个、16个 B.2个、8个 C.4个、8个 D.4个、16个
B
一个细胞内有2对同源染色体，包含4个DNA分子和8条DNA链，这些都被32P标记。经过
4次分裂后，这8条链会进入不同的DNA分子中，最多分配到8个子细胞中。而根据之前
的分析，最少2个子细胞中会带标记。
DNA复制的计算
题型3：减数分裂中染色体的标记问题
一个被15N标记的精原细胞转移到14N的培养基中培养，正常进行减数分裂：
考虑细胞内的一对同源染色体（减数第一次分裂）：
同源染色体
联会
精原细胞
次级精母细胞
（减数第二次分裂）：
精细胞
精原细胞如果所有DNA链都带标记，那么4个精细胞都会带有标记。
Q1:如果细胞有2对同源染色体，结果是否改变？
Q2:如果精原细胞在培养基上先有丝分裂一次，再进行减数分裂，上述两种情况的结果是否改变？
初级精母细胞
DNA复制的计算
题型3：减数分裂中染色体的标记问题
15N标记的精母细胞转移到14N的培养基中，先有丝分裂一次，再减数分裂：
考虑细胞内的一对同源染色体：
精原细胞
（其中一个）
联会
有丝
分裂
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
只有两个精细胞中带标记，另外两个精细胞不带标记。
如果细胞中有n对同源染色体，有多少个精细胞带标记？
2或3或4个
同源
染色体
DNA复制的计算 · 例题（题型3）
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。下列相关叙述中，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2条Y染色体
C. GH段细胞中含的染色体一定有8条
D. IJ段细胞中含的染色体可能有8条
C
a是有丝分裂及其间期，CD段在后期前只有1条Y染色体，后、末期有2条；
b是减数分裂及其间期。减I着丝粒不分裂，Y染色体只有1条，所有四分
体都只有1个单体被标记，而减II着丝粒分裂前后，标记染色体都只有4条。
（不定项）将核DNA都被32P 标记的精原细胞 (2n=8) 放在31P的环境中，完成如下图所
示的分裂过程。下列叙述正确的是 ( )
A. AB段细胞内所有的染色体都含有32P标记
B. CD段细胞内所有的染色体都含有32P标记
C. EF段细胞内所有的染色体都含有32P标记
D. GH段细胞内所有的染色体都含有32P标记
DNA复制的计算 · 例题（题型3）
ABCD
AB段是有丝分裂前的间期到有丝分裂中期， CD段是有丝分裂后、末期，
EF段是减数分裂前的间期到减I末期，GH段是减II的前、中期，这些时期
的染色体都带有32P标记。那IJ段呢？

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