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3.3 DNA的复制
本节聚焦
●怎样证明DNA是半保留复制的
●DNA的复制过程是怎样的
●DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义
DNA指纹技术
下图中怀疑对象中，谁最可能是嫌疑犯？DNA指纹技术还有哪些用途？
问题探讨
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。”
《核酸的分子结构》论文节选
问题探讨
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？
1.碱基互补配对原则暗示着DNA的复制机制可能是保留复制。
2.因为当时沃森和克里克并没有通过严谨的实验证明DNA的复制机制，因此在论文中用了“可能”二字。这反映出科学研究必须尊重事实。要严谨对待每一种推测。
问题探讨
一 DNA复制推测
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依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新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制。（教材P53）
全保留复制：
指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
半保留复制假说：
半保留
复制
全保留
复制
需要通过实验验证
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？
一 DNA复制推测
二 DNA半保留复制的实验
二 DNA半保留复制的实验
1.作出假设
半保留复制
全保留复制
弥散复制
DNA复制是一种半保留式的复制 。
每个子代DNA均由1条母链和1条子链组成。
问题1:如果要在实验中直观地区别、“标识”母链或子链,可以采取什么办法
2.演绎推理
亲代DNA分子
同位素标记技术
问题2:如果用同位素(放射性)进行标记,用什么元素
可用C、H、O、N、P
问题3:如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境中进行培养，则亲代、子一代、子二代DNA分别含有哪种N元素？
二 DNA半保留复制的实验
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
如果DNA复制是半保留复制
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
2.演绎推理
二 DNA半保留复制的实验
2.演绎推理
15N / 14N-DNA
15N / 15N-DNA
14N / 14N-DNA
15N / 14N-DNA
15N
14N
亲代 DNA
子一代DNA
子二代DNA
15N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
15N
二 DNA半保留复制的实验
提取DNA，离心
密度
低
高
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂1次
提取DNA，离心
提取DNA，离心
15N/15N-DNA
细胞再分裂1次
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
实验结果表明：DNA的复制是以半保留的方式进行的
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
重链
中链
1/2轻链
1/2中链
4.得出结论
3.验证假设
二 DNA半保留复制的实验
作出假说
演绎推理
实验验证
2、推测可能的复制方式
3、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
5、结论：DNA复制是半保留复制
1、DNA是如何复制的
提出问题
半保留复制
全保留复制
假说——演绎法
4、证明DNA半保留复制的实验
得出结论
二 DNA半保留复制的实验
①真核生物主要在细胞核（线粒体、叶绿体）
②原核生物主要在拟核
③病毒在宿主细胞
细胞分裂前的间期（有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期）
2.场所：
3.时间：
1.概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA→DNA。
4.过程:
二 DNA复制的过程
解旋——在能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋解开
合成子链——DNA聚合酶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
复旋——随着解旋进行，子链不断延伸，每条新子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
二 DNA复制的过程
6.DNA复制的特点:
边解旋边复制 (从过程上看)
半保留复制 (从结果上看)
①模板：
②原料：
③能量
④酶 ：
亲代DNA的两条链
4种游离的脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
5.DNA复制的条件
7.DNA复制的结果
ATP
形成两个完全相同的DNA分子
二 DNA复制的过程
8.复制中形成的化学键：_______、___________
9.特点
(1) _____________；(2) _______复制。
10.准确复制的原因
(1)DNA分子独特的双_____结构提供了精确的模板。
(2)通过_____________保证了复制的准确进行。
11.意义
将_________从亲代传给子代，保持了_________的连续性。
边解旋边复制
半保留
碱基互补配对
遗传信息
遗传信息
螺旋
氢键
磷酸二酯键
二 DNA复制的过程
真核生物与原核生物DNA复制的区别
真核生物 DNA 的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。
原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点。
二 DNA复制的过程
亲 代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
复制1次
复制2次
复制3次
2
4
8
=21
=22
=23
三 DNA分子复制的计算
1.亲代DNA分子经 n 次复制后
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
③不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
例1：一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N的培养液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___个，不含15N的DNA分子有___个，含有14N的DNA分子有____个，不含14N的DNA分子有____个，只含有14N的DNA分子有___个。
6
8
0
6
⑤母链和子链的条数分别是：
2条
2n＋1-2 条
④子代DN分子中脱氧核苷酸条数是：
2n＋1 条
2
三 DNA分子复制的计算
将含有 15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
(1)DNA分子数：
①子代DNA (含14N)分子数＝
②含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数＝
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数＝
2n个
2个
(2n－2)个
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝
②亲代脱氧核苷酸链数(15N)＝
③新合成的脱氧核苷酸链数(14N)＝
2n＋1条
2条
(2n＋1－2)条
三 DNA分子复制的计算
2.消耗的脱氧核苷酸数
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制后共需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m（ 2n－1）
C：400个
C：400个
C：400个
400个
400个
400个
400个
亲代中c：400个
F1：共2个400个
F2：共22个400个
F3：共23个400个
Fn：共2n个400个
第n次复制需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m ·2n－1
消耗1个400个
消耗2个400个
消耗3个400个
消耗2n-1个400个
例：将 15N标记的DNA分子放在 14N 的培养基上培养， 经过3次复制，在所形成的子代 DNA中，含15N 的DNA占总数的比例和含15N的脱氧核苷酸链占总数的比例各为（ ）和（ ）
　A．1/16　B．l／8　C．1／4　　D．1／2
①
子一代
②
子二代
亲代
①
③
子三代
C
B
三 DNA分子复制的计算
DNA分子数：
子n代DNA分子总数为2n个。
含15N的DNA分子数为2个。
含14N的DNA分子数为2n个
只含15N的DNA分子数为0个。
只含14N的DNA分子数为（2n-2）个。
3.规律总结：
三 DNA分子复制的计算
例：一个有m个碱基对的DNA分子，其中含有腺嘌呤脱氧核苷酸a个。
1）复制n次，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸；
2）第n次复制，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸。
解：
1） A=T=a G=C=(2m-2a)/2=m-a
(2n-1)(m-a)
2）2n-1(m-a)
三 DNA分子复制的计算

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