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第3章 基因的本质
第 3 节
DNA 的 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：“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 a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis 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
1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
暗示DNA的复制可能要先解开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？这反应科学研究具有什么特点？
科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的实验证据之上。
问题探讨
（1）半保留复制
（2）全保留复制
1、提出问题：
2、提出假说：
DNA以什么方式复制？
+
+
子代DNA的双链都是新合成的
子代DNA中保留了亲代DNA分子中的一条链
一、对DNA复制的推测——假说演绎法
半保留复制
全保留复制
一、对DNA复制的推测——假说演绎法
1953年，James Watson和Francis Crick于Nature杂志上发表了关于DNA双螺旋模型的研究论文，在文末，他们又提示了一种遗传物质可能的复制机制：双螺旋的两条链先解旋，每一条作为合成互补链的模板，即半保留复制模型，每个新的DNA分子含有一条来自亲本分子的链和一条新合成的链。
一、对DNA复制的推测——假说演绎法
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用___________技术，设计了一个巧妙的实验。
同位素标记
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__________________可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
密度梯度离心技术
轻带
中带
重带
二、DNA半保留复制的实验证据
实验原理 ：
实验过程：
（1）用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，培养若干代，得到DNA被15N标记的大肠杆菌。
（2）将大肠杆菌转移至的含14N普通培养基中培养，在不同时刻收集大肠杆菌，提取DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
二、DNA半保留复制的实验证据
15N
14N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
15N
15N
3、演绎推理：
15N/15N
重带
15N/14N
14N/14N
15N/14N
轻带、
中带
中带
若为半保留复制
细胞再分裂一次
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
含14N的培养基
二、DNA半保留复制的实验证据
细胞再分裂一次
含14N的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
15N
15N
P
F1
F2
14N
14N
提出DNA离心
重带
轻带
重带
轻带
重带
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
3、演绎推理：
若为全保留复制
二、DNA半保留复制的实验证据
4、实验验证
二、DNA半保留复制的实验证据
5、得出结论
实验结果与预期相符，证明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
二、DNA半保留复制的实验证据
假说—演绎法
提出假说
演绎推理
实验验证
提出问题
得出结论
DNA以什么方式进行复制？
推理、演练该复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果
假设可能的复制方式
DNA以半保留方式进行复制。
证明DNA半保留复制的实验
二、DNA半保留复制的实验证据
1.概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.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）、质粒；
病毒：宿主细胞中（如：噬菌体侵染大肠杆菌）。
细胞分裂前的间期。
3.场所：
三、DNA复制的过程
三、DNA复制的过程
①解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，氢键断裂。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
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C
G
A
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C
G
T
A
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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
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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'
ATP
解旋酶
三、DNA复制的过程
4.过程：
②合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
从子链的5' 端向 3' 端延伸
复制方向（子链合成方向）:
三、DNA复制的过程
4.过程：
③重新螺旋：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
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G
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G
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C
C
G
A
T
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G
A
T
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G
T
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A
A
3'
5'
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C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
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G
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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、DNA复制的过程
4.过程：
四种脱氧核苷酸
解旋酶（使氢键断裂）
DNA聚合酶（连接磷酸二酯键）
氢键的形成是自发的，不需要能量和酶
ATP(主要由有氧呼吸提供)
亲代DNA的两条链(两条母链)
（1）模板：
（2）原料：
（3）能量：
（4）酶：
三、DNA复制的过程
5.条件：
（1）半保留复制
（2）边解旋边复制
高效
（3）双向复制
（4）真核生物有多起点复制
三、DNA复制的过程
6.特点：
①二条母链的碱基顺序是否相同？
②二条子链的碱基顺序是否相同？
③新合成的二个DNA碱基顺序是否相同？
不同，互补
相同
不同，互补
结果:形成两个完全相同的DNA分子。
三、DNA复制的过程
7.结果：
将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。
三、DNA复制的过程
8.意义：
9.DNA准确复制的原因：
四、DNA复制中的有关计算
亲代DNA复制n代后，DNA分子数为 ____
亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为______
含亲代母链的DNA分子数为_____
完全含亲代母链的DNA分子数为___
不含亲代母链的DNA分子数为__________
2n
2个
2n－2
0
2n-1
DNA复制的推测
DNA复制实验证据
DNA复制
全保留复制
半保留复制
实验过程
实验结果
实验结论
基本条件
过程
特点
用15N标记DNA大肠杆菌放在含有14N的培养液中培养，在不同时刻提取DNA并进行分离
亲代：一条DNA带（底部）
第一代：一条DNA带（中间）
第二代：两条DNA带（中间、上部）
DNA复制是半保留复制
解旋
合成子链
重新螺旋
模板
酶
能量
原料
DNA的
两
条
链
四种脱氧核苷酸
边解旋边复制
解旋酶
DNA聚
合
酶
证明
参与
参与
课堂小结
1．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入含14N的培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　)
A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
课堂练习
A
2、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
课堂练习
3、把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养相当于复制一次的时间，然后放回原环境相当于连续复制两次
的时间后，细菌DNA组成分析结果是(　　)
A．3/4轻氮型、1/4中间型 B．1/4轻氮型、3/4中间型
C．1/2中间型、1/2重氮型 D．1/2轻氮型、1/2中间型
A
课堂练习
课堂练习
4、DNA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
5、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
课堂练习
第3章 基因的本质
谢谢观看

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