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ATP
DNA 的复制(1)
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。”
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
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
in the munications.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 genetic 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
目录
一、对DNA 复制的推测
二、DNA 半复制的证据
三、DNA 的复制过程
四、分裂过程中的染色体标记情况
一 、对DNA复制的推测——DNA半保留复制假说
1.提出者
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
2.内容
(1)解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。
(2)复制：解开的两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。
3.特点
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，是半
半保留复制 全保留复制
保留复制
全保留复制：复制完成后，母链全保留，子
代DNA的双链都是新合成的
半保留复制： 子代DNA双链中含有亲代的一
条链
分散复制：复制完成后，亲代DNA会分散进入
子代复制品的每条链中
注意和染色体的画法的区分
子代DNA
早期推测DNA复制的三种方式
点石成金
亲代DNA
十
十
十
5. 实验原理： 只含15N的双链DNA密度大，只含14N的双链DNA密度小，一条链含14N 、 另 一条含15N的双链DNA密度居中。
6. 实验假设： DNA以半保留的方式复制。(做出假说)
7.实验过程
(1)让大肠杆菌在含15NH C1的培养液中繁殖若干代，使其DNA双链充分15N标记。
(2)将部分含15N标记的大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养。
(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。
(4)将提取的DNA进行密度梯度离心， 记 录离心后试管中DNA的位置。
、DNA 半保留复制的实验证据
1.实验者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
2.研究方法：假说-演绎法
3.实验材料：大肠杆菌 (结构简单、繁殖速度快)
4.实验技术：同位素标记技术和密度梯度离心技术
演绎推理
若是全保留复制子 一代和子二代的离 心结果应该是怎样 的
子一代离心管内出现重带和轻带
子二代离心管内出现重带和轻带
若是分散复制子一 代和子二代的离心 结果应该是怎样的
子一代离心管内出现中带
子二代离心管内出现的一个 元素带位于中带和轻带之间
细胞分裂一次 提取DNA,
离 心
细胞再分裂一次
提取DNA,
转移到含
"NH CI 的
培养液中
如果DNA 复 制 是半保留复制
高
NN-DNA
第二代会出
现的结果是
第一代会出 现的结果是
提取DNA,
离心
N/"N-DNA "N/N-DNA
N/"N-DNA N/N-DNA
密度
低
心
N/N-DNA
第一代
第二代
0
"N
9.实验结果——与预期相符(实验验证)
(能排除不是全保留复制，
(1) 5N充分标记后取出，提取DNA→离心→全部重带(15N/15N-DNA)。 不能排除是分散复制)
(2)大肠杆菌分裂一次(即繁殖一代)后取出，提取DNA→ 离心→全部中带(15N/14N-DNA)
(3)大肠杆菌分裂两次(即繁殖两代)后取出，提取DNA→离心 → 1/2轻带(14N/14N-DNA)、
1/2中带(15N/14N-DNA) 。 (排除分散复制)
10. 实 验 结 论 (得出结论)
实验结果和预期结果一致，说明了DNA的复制是以半保留方式进行的。
易错提醒
1. 沃森和克里克以大肠杆菌为材料，运用同位素标记技术证明DNA复和方式是半保留
复 制 ( × )
2.证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说——演绎法( √ )
三、DN的复制过程
1.概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 DNA 的复制实质上是遗传信息的复制。 2.时间
在真核生物中 ，DNA的复制在细胞分裂前的间 期，随着染色体的复制而完成。
3.场所
主要在真核生物的细胞核中
●在真核生物中， DNA的复制主要在细胞核中，也能发生在线粒体或叶绿体中
在原核生物中， DNA复制主要在拟核中，也可以发生在细胞质基质中。
4.过程 Ⅲ重新螺旋
每条新链与其对应 的模板链盘绕成双 螺旋结构。
IⅡ 合 成 子 链
①模 板 ：解开后的每一条母链
②酶：DNA聚合酶等
③原 料：游离的4种脱氧核苷酸
④原 则 ：碱基互补配对 原 则
⑤ 方 向：5' →3' ( 子 链 的延伸方向)
I 解旋
①需要细胞提供能量
②需要解旋酶的作用
③结果：将DNA 双螺旋的两条 链解开
生物体外解旋不需解 旋酶，通过加热解旋
以母链为模板进 行碱基互补配对
3'
解旋
解旋酶
DNA 聚合酶
5'
5.结果
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。
6.DNA复制的特点
(1)半保留复制
(2)边解旋边复制 (3)半不连续复制
7.DNA分子准确复制的原因
(1)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的复制模板。
(2)DNA通过碱基互补配对，保证了复制能够准确的进行。
8.意义
DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了信息的连续性。
DNA复制的起点和方向
(1)原核生物：
(2)真核生物：
复制方向 复制方向 复制方向
点石成金
复制起点
m m
I
DNA复制的相关计算规律
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，
结果如下：
(1)第n代中DNA分子数
①子代DNA分子总数为( 2n ) 个。
②含15N的DNA分子数为( 2 ) 个。
③含14N的DNA分子数为( 2n ) 个。
④只含15N的DNA分子数为( 0 ) 个。
⑤只含14N的DNA分子数为( 2n-2 )个。
点石成金
第2代 II Ⅱ Ⅱ l
第n代 IIII II IIIIⅡ
(2)第n代中脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数=( 2n+1 ) 条。
②亲代脱氧核苷酸链数=( 2 ) 条。
③新合成的脱氧核苷酸链数=( 2n+1-2 ) 条。
15N 15N
14N 14N 15N
亲代
第1代
点石成金
15N
(3)消耗某脱氧核苷酸数
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。
II Ⅱ ⅡI
第n代
IIⅡII Ⅱ ⅡII
15N 15N
15N 4N 14N 15N
亲代
第1代
第2代
点石成金
第n-1代
第n代
易错提醒
1.DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同( × )
2.DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制( X )
3.单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链( × )
4.真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中( X)
5.解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键( × )
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的。( × )
2.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( B)
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
即学即练
即学即练
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( ) C
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
DNA 的复制
DNA半保留复
制的实验证据
方法
假说—演绎法 解旋
合成子链
形成子代DNA
全保留复制
半保留复制
DNA复制的 相关计算
对DNA复 制的推测
DNA 复制 的过程
总了个结
ATP
DNA 的复制(2)
上清液的
放射性很高
沉淀物的 放射性很低
细菌裂解
搅拌后离心
离心后
在搅拌器中搅拌、离心，检测上清
液和沉淀物中的放射性物质
上清液的
放射性很低
沉淀物的 放射性很高
细菌裂解
搅拌后离心
在新形成的部 分噬菌体中检 测到 P
S 标记的噬菌
体与细菌混合
用标记的噬菌体侵 染未标记的细菌
T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验
在新形成的噬 菌体中没有检 测到 s
P 标记的噬菌 体与细菌混合
噬菌体分别被
3S 或 P 标 记
S 标记的 噬菌体
P标 记 的 噬菌体
离心后
①第一次有丝分裂过程中以及形成的两个子细胞中所有的DNA分子都为15N/14N-DNA;
②第二次有丝分裂过程中(复制完成后着丝粒分裂之前)每个染色体所含DNA分子有一 半被15N标记；复制完成之后，细胞分裂之前每个细胞中有一半被15N标记；
③第二次有丝分裂形成的子细胞可能所有染色体都含15N, 也可能子细胞的所有染色体都 不含15N。即子细胞含有15N的染色体为0~2n条(体细胞染色体为2n条)。
如图所示(以一对同源染色体为例):
复制
复制 分裂
复制
IHI IHl
这个细胞两次有丝分裂产生的子细胞中含15N 标 记
一 、有丝分裂中染色体的标话 的细胞可能占几分之几 1/2、3/4、1
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
即学即练
例1.1个不含15N的洋葱根尖分生区细胞在含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液
中完成一个细胞周期，然后转入不含15N标记的培养液中继续培养至第二个细胞周期 的分裂中期，下图能正确表示该细胞分裂中期的是(只考虑其中一条染色体上的DNA
无标记的 — DNA链
15N标记的 DNA链
● 着丝粒
C D
分子) ( D )
A
B
即学即练
例2.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
P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的染色体从0到20都有可能
B
细胞
二、减数分裂中染色体的标记情况
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):
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分子都为15N/14N-DNA, 子细胞的所有染色体都今15N
减Ⅱ后期的一个次级性母细胞中含15N 2n 的染色体有多少条(体细胞有2n条)
减数 减数
分裂 I 分裂Ⅱ
IHl
00
00
细胞中的 染色体
Ⅱ IHI IHl
复制
大思考：先有丝分裂一次后减数分
裂，每个细胞中减Ⅱ后期含15N标 记的染色体数有多少条 (体细胞 内有2n条染色体)
①第一次有丝分裂过程中以及形成的细胞中所有的DNA分子都为15N/14N-DNA;
②减数分裂过程中(复制完成后分裂成子细胞之前)一个染色体上有一半的DNA分子被 15N标 记 ；
③最终减数分裂形成8个子细胞，每个子细胞可能所有染色体都含15N, 也可能都不含15N。 即每个子细胞含有15N的染色体为0—n条(体细胞染色体为2n条)。
三、先有丝分裂一次再减数分裂一次
用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中先进行一次有丝分裂再进
||||
00
0|0
行一次减数分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例):
ⅡⅡ Hl Il
细胞中的 染色体
减数
分裂Ⅱ
减数
分裂I
Ⅱ
复制
例3.假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后培养在含14N
基中，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为
A.0 B.2 C.4 D.3
例4.将全部DNA分子双链经32P标记的某雄性动物的1个细胞(正常体细胞染色体数2n=20)
置于不含32P的培养基中培养，经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞。下列有关推 断正确的是( D)
A. 若进行有丝分裂，第二次有丝分裂后期，1个细胞中被32P标记的染色体为40条
B. 若进行减数分裂，减数分裂II 后期，1个细胞中被32P标记的染色体为40条
C. 若进行有丝分裂，则4个子细胞中含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
D. 若进行减数分裂，则4个子细胞中含32P染色体的子细胞比例一定为1
即学即练

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