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(共41张PPT)
第3节 DNA的复制
学习目标：
1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式。（科学探究）
2.理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。（生命观念）
3.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。（科学思维）
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
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
1
提出问题
对DNA复制的推测
DNA以什么方式复制？
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：
双链
解开
母链1
母链2
母链1
母链2
子链1
子链2
2
作出假设
对DNA复制的推测
新合成的每个 DNA 分子中,都保留了原来 DNA 分子中的一条链,称为半保留复制。
假设1 ：半保留复制(沃森和克里克提出）（P53）
2
作出假设
(2)全保留复制
子代DNA的双链都是新合成的
(1)半保留复制(沃森和克里克提出）
子代DNA的双链，一半是新的，一半是旧的
对DNA复制的推测
复制
一次
复制一次
科学家们产生不同观点：
活动一：请阅读课本P53-P54，并思考以下问题：
通过实验区分DNA复制方式的两种假说,实验的关键是什么
用什么方法能在实验中直观区分母链和子链？
该实验用什么元素做标记？为什么？
如何测定子代DNA带有同位素的情况
1.要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”
关键思路是什么？
2.肉眼看不见DNA，如何区分亲代和子代的DNA呢？
通过实验区分亲代和子代的DNA，即把复制出的子链和母链区别开，观察它在新DNA中出现的情况。
对DNA复制的推测
同位素标记法
4.该实验用什么元素做标记
15N和14N
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；
3.能用32P，14C等具有放射性的同位素标记吗
不能，用32P，14C等具有放射性的同位素标记无法区分亲代和子代DNA
(重带)
15N/15N—DNA
15N/14N—DNA
(中带)
14N/14N—DNA
(轻带)
密度梯度离心技术
对DNA复制的推测
5.实验中，形成的不同密度的DNA分子是随机混合在一起的， 应如何区分？
密度梯度离心技术是将样品加在惰性梯度介质中进行离心沉降，在一定的离心力下把颗粒分配到梯度中某些特定位置上，形成不同区带的分离方法。
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
假设是半保留复制
3
演绎推理
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
3
演绎推理
画一画按照全保留复制的方式复制两次，DNA中15N和14N的分布情况。
对DNA复制的推测
①实验者：
②实验材料：
③实验方法 ：
梅塞尔森和斯塔尔
大肠杆菌
同位素标记技术、
4
实验验证
（密度梯度）离心技术
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
同位素标记技术
大肠杆菌：
（繁殖快，20min一代）
对DNA复制的推测
4
实验验证
（1）获得15N标记的大肠杆菌DNA
15NH4Cl
14N/ 14N DNA
繁殖若干代
15N/ 15N DNA
目的？
（2）将15N标记的大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再进行离心，记录位置。
15N/ 15N DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA
离心
提取DNA
离心
？
？
？
哪个位置
？
？
？
哪个位置
4
实验验证
DNA复制是 复制。
5
得出结论
亲代
第一代
第二代
15N/ 14N
15N/ 15N
15N/ 14N
14N/ 14N
重带
中带
1/2中带
1/2轻带
半保留
（3）实验结果
对DNA复制的推测
提出问题
作出假设
得出结论
演绎推理
实验验证
DNA以什么方式复制？
DNA以半保留方式复制（全保留）
推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果
DNA以半保留方式进行复制
进行实验
假说演绎法
【小结】
DNA半保留复制的实验证据
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、无放射性
当堂检测
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
活动二：请阅读课本P55-P56，并思考以下问题：
DNA复制的概念、发生的时期、场所？
DNA复制的过程是怎样的？
DNA复制需要哪些基本条件？
DNA复制的有哪些特点
DNA能精确复制的原因是什么？
DNA复制有何意义？
真核细胞：
DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制；
原核细胞：
主要在拟核中，在细胞质（质粒处）也有DNA的复制；
细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成。
1
概念：
2
DNA复制场所
3
发生时期(真核生物)
DNA复制的过程
病毒：
宿主细胞内。
科恩伯格
1959年获诺贝尔奖
资料一：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶等物质，结果并未得到DNA分子。
资料二：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶等物质，又加入了微量的DNA分子。结果有新的DNA产生，且与加入的微量DNA分子相同。
亲代DNA分子中的两条母链
游离的4种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
ATP等
DNA复制的过程
4
条件
DNA复制的过程
5
过程
在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链碱基对氢键解开。
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
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
（一）解旋
DNA复制的过程
①游离的4种脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机
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
形成氢键
（二）合成子链
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。
DNA复制的过程
②在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
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
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
合成方向：
子链的5'端→ 3'端
形成磷酸二酯键
（二）合成子链
DNA复制的过程
DNA聚合酶作用：将单个的脱氧核苷酸连接到已有的脱氧核苷酸片段上
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
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
3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
（三）重新螺旋形成子代DNA分子
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
DNA复制的过程
1.DNA复制的条件
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
细胞提供的能量（ATP）
2.DNA复制的方向:
5' 端→ 3' 端（子链）
氢键
解旋
多起点双向复制
单起点双向复制
3.DNA复制的起点和方向:
原核生物：
真核生物：
a b c d
DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）
解旋酶（解螺旋，打开氢键）
DNA复制的过程
提高了DNA复制的效率
DNA复制的过程
5
精确复制的原因
（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的 ；
（2） ，保证了复制能够准确地进行。
6
复制的意义
你认为DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？
会出错，可能导致基因突变，引起生物体性状的改变。
将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。
模板
碱基互补配对原则
半保留复制
边解旋边复制
4
特点
加快复制速度，减少DNA突变可能
保证了复制的准确进行
哪些链的碱基排列顺序是相同的哪些是互补的？
半保留
复制
母链1
母链2
母链1
母链2
子链1
子链2
（1）三条DNA的碱基排列顺序 。
相同
（2）单链碱基排列顺序互补： ； 。
单链碱基排列顺序相同： ； 。
子链1和子链2
母链1和母链2
子链1和母链2
子链2和母链1
小试牛刀
1．DNA复制过程中，复制区的双螺旋分开，从此处形成两条子代双链，这两个相接区域形成的“Y”字型结构称为复制叉，如图甲所示。双向延伸的DNA在电镜下呈“θ”型，称为复制泡，如图乙所示。下列叙述错误的是（ ）
A. 在图甲中，两条子链的延伸方向均为5′→3′
B. 由图乙可推知，复制环越大，复制启动的时间越早
C. 由图乙可知，DNA复制起点的两侧都能形成复制叉
D. 图乙片段中有3种解旋酶参与催化DNA分子中氢键的断裂
2、氢键的形成需要酶的催化吗？
巩固练习：
a和c，b和d
的碱基排列顺序相同。
解旋酶
DNA聚合酶
磷酸二酯键
氢键
不需要
DNA复制的过程
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？
3、a、b、c、d 4条单链中，碱基排列顺序相同的是？
冈崎片段
b
（1）已知DNA聚合酶只能从5‘向3’移动，当母链是a时，子链DNA的合成方向是？
（2）当母链是b时，子链DNA还能连续合成吗？
子链DNA的合成方向是5‘到3’（不间断连续合成）
子链DNA按照5‘到3’不连续合成，形成片段
（3）“片段”该怎么连接成完整的DNA链？
DNA连接酶
连接DNA片段
4．如图为DNA分子复制的模型，请据图回答下列问题。
DNA复制的过程
第1节 DNA的复制
——与DNA复制相关的计算
第3章 基因的本质
DNA复制相关计算
亲代
1代
2代
3代
n代
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为 个。
②含15N的DNA分子数为 个。
③含14N的DNA分子数为 个。
④只含15N的DNA分子数为 个。
⑤只含14N的DNA分子数为 个。
2n
2
0
2n－2
2n
取一个全部N被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基中培养(复制)n代
1
DNA分子数
亲代
1代
2代
3代
n代
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝ 条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝ 条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝ 条。
2
2n×2
=2n+1
2n+1－2
针对训练：有15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中复制3次，
则含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例_____，只含14N的DNA分子占全部DNA分子的比例_____，
含15N的链占全部DNA分子单链的比例是 ______。
1/4
2/16
=1/8
2
脱氧核苷酸链数
DNA复制相关计算
取一个全部N被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基中培养(复制)n代
3/4
（2）第1次复制需要 个该游离的脱氧核苷酸
第2次复制需要 个该游离的脱氧核苷酸
第n次复制需要 个该游离的脱氧核苷酸
取一个全部N被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基中培养(复制)n代，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个。
3
消耗的脱氧核苷酸数
DNA复制相关计算
（1）复制1次需 个该游离的脱氧核苷酸
复制2次需 个该游离的脱氧核苷酸
复制n次需要 个该游离的脱氧核苷酸
m
3m
m (2n－1)
m
2m
m·2n－1
DNA复制相关计算
第一
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。
第二
第三
注意碱基的单位是“对”还是“个”。
在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸链的DNA分子仅有2个。
第四
注意问的是“DNA分子数”？还是“链数”？是“含”还是“只含”等关键词。
关于“DNA复制”的四点“注意”
1
有丝分裂中染色体标记问题
DNA复制与细胞中的染色体标记问题
取一个全部N被15N标记的DNA分子，
转移到含14N的培养基中培养(复制)2代
复制
.
.
分裂1次
复制
复制
.
.
.
.
分裂2次
分裂2次
培养一个细胞周期，
产生的子染色体都带有标记
培养2个细胞周期，产生的子染色体一半带有标记
2
减数分裂中染色体标记问题
DNA复制与细胞中的染色体标记问题
将含有15N的DNA转至含14N标记培养液中培养
复制
.
.
.
.
减Ⅰ
.
.
.
.
减Ⅱ
减Ⅱ
减数分裂产生的子染色体都带有标记
一、概念检测 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31.6×108÷109≈3个碱基对发生错误，
产生的影响可能很大，也可能没有影响。
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