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第三节
DNA的复制
第三章 基因的本质
目录
1.对DNA复制的推测
2.DNA半保留复制的实验证据
3.DNA复制的过程
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。
【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？
碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示DNA的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
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。
【讨论】
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？
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证据之上。
学习目标
1.运用假说——演绎法探究DNA的复制方式
2.概述DNA通过半保留方式进行复制
3.理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础
对DNA复制的推测
推测一：沃森和克里克——半保留复制
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，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。
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称为半保留复制。
一半新一半旧
对DNA复制的推测
推测二：其他人的观点
（1）全保留复制
以两条母链为模板合成两条DNA子链，子代DNA中母链重新结合，两条子链彼此结合成另一个子代DNA分子。子代DNA的双链都是新合成的。
（2）分散复制
亲代DNA双链被切成片段后合成，然后子、母双链聚集成“杂种链”。
一全新
一全旧
新旧都有随机组合
DNA半保留复制的实验证据
1.科学家：梅塞尔森和斯塔尔
2.实验材料：大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
3.实验方法：同位素标记法和密度梯度离心技术
4.实验过程：让大肠杆菌在15NH4Cl的培养若干代，再放置在14NH4Cl培养
提出问题
DNA以什么方式复制？
作出假说
DNA以半保留方式复制
背景知识
15N和14N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大
DNA半保留复制的实验证据
密度梯度离心技术
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
（轻带）
（中带）
（重带）
DNA半保留复制的实验证据
同位素标记技术
15NH4Cl
14N/ 14N-DNA
繁殖若干代
15N/ 15N-DNA
目的？
得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记
大肠杆菌
DNA半保留复制的实验证据
同位素标记技术
15N/ 15N-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA离心
提取DNA离心
DNA复制一次
DNA再复制一次
哪个位置？
哪个位置？
DNA半保留复制的实验证据
大肠杆菌在含15N的培养液中生长若干代，转移到含14N的培养液，不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，观察离心后试管中DNA的位置。
演绎推理预期实验结果
半保留复制
全保留复制
分散复制
亲代
第一代
第二代
亲代
第一代
第二代
亲代
第一代
第二代
DNA半保留复制的实验证据
半保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
15N
15N
14N复制
14N复制
重带DNA
中带DNA
1/2轻带DNA
1/2中带DNA
DNA半保留复制的实验证据
全保留复制
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N复制
14N复制
14N
14N
15N
15N
重带DNA
1/2轻带DNA
1/2重带DNA
3/4轻带DNA
1/4重带DNA
P:
F1:
F2:
DNA半保留复制的实验证据
分散复制
15N
15N
重带DNA
P:
14N复制
14N
14N
15N
15N
F2:
15N
15N
14N
14N
14N复制
F1:
中带DNA
中带DNA
DNA半保留复制的实验证据
实验验证
第二次
转移到含14NH4Cl的培养液中
第一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
15NH4Cl
DNA的复制是以半保留的方式进行的
实验验证
DNA复制的过程
1.概念：以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程
2.时间：细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成
3.DNA复制场所
（1）真核细胞：主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有
（2）原核细胞：主要在拟核中，质粒也可以
（3）病毒：宿主细胞中（如：噬菌体侵染大肠杆菌）
DNA复制的过程
4.DNA复制的过程
（1）解旋：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链解开
C
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A
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3'
5'
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3'
5'
ATP
解旋酶
DNA复制的过程
（2）合成子链：以游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链
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T
氢键形成不需要酶
DNA复制的过程
（2）合成子链：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
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DNA聚合酶
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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
（3）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
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3'
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A
5'
3'
DNA复制的过程
5.条件
（1）模板
（2）原料
（3）能量
（4）酶
6.特点
（1）从过程上看：边解旋边复制
（2）从结果上看：半保留复制
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
ATP
7.方向
从子链的5' 端向 3' 端延伸
8.结果
形成两个完全相同的DNA分子
DNA复制的过程
9.原则：碱基互补配对原则
10.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模板
（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行
11.意义
DNA 通过复制，将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性
DNA复制的过程
DNA复制的过程
DNA复制的起点和方向
（1）原核生物：单起点双向复制
（2）真核生物：多起点双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。
DNA复制过程中的相关计算
亲代DNA分子经n次复制后，则
（1）子代DNA分子数： 。
（2）含亲代母链的DNA分子数： 。
（3）只含亲代母链的DNA分子数： 。
（4）不含亲代母链的DNA分子数： 。
（5）含亲代母链的DNA分子数与子代DNA分子数之比为： 。
2n个
2个
2n-2个
2/ 2n
0个
DNA复制过程中的相关计算
亲代DNA分子经n次复制后，则
（1）亲代脱氧核苷酸链数： 。
（2）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数： 。
（3）新合成的脱氧核苷酸链数： 。
2n+1条
2条
2n+1-2条
DNA复制过程中的相关计算
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个
（1）经过n次复制共需要消耗该脱氧核苷酸个数为： 。
（2）第n次复制需要消耗该脱氧核苷酸个数为： 。
m（ 2n-1）
m（ 2n -2n-1）= m × 2n-1
课堂小结
原则 碱基互补配对原则
时间 有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期
场所 真核生物：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
原核生物：拟核、质粒
条件 模板 亲代DNA的两条单链
原料 4种游离的脱氧核苷酸
能量 ATP
酶 解旋酶、DNA聚合酶等
结果 1个DNA→2个完全相同的DNA
特点 半保留复制；边解旋边复制；多起点复制
意义 保证了亲代和子代之间遗传信息的连续性
随堂小测
1.某生物兴趣小组将大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使大肠杆菌DNA的含氮碱基含有15N。然后再将其转入含14N的培养基中培养，提取亲代及子代的DNA，离心分离，如图①~⑤为可能的结果。下列有关叙述，错误的是( )
A.实验过程中，所使用的研究方法是同位素标记法
和密度梯度离心法
B.根据含14N或15N的DNA离心后的位置判断，⑤为亲代DNA离心的结果、②为子一代DNA离心的结果
C.若出现图中③的结果（带宽比3:1），则亲代DNA进行了3次复制
D.若将DNA处理成单链后再离心，也可以证明DNA的复制为半保留复制
D
随堂小测
解析：本实验的研究方法是同位素标记法（用15N标记）、密度梯度离心法，A正确。亲代DNA两条链均含有15N，离心后结果为⑤，在含14N的培养基中增殖一代，则形成的2个DNA均为一条链含15N，一条链含14N，离心后结果为②，B正确。子一代DNA继续增殖，得到的子二代中共4个DNA，离心后应为1/2中带（14N/15N）、1/2轻带（14N/14N），即图①结果；子二代继续增殖形成的子三代共8个DNA，2个DNA的一条链含15N，一条链含14N，其余6个DNA的两条链均为14N，离心后应为1/4中带（14N/15N）、3/4轻带（14N/14N），即图③结果，C正确。若将DNA处理成单链后再离心，不管是全保留复制还是半保留复制都只能得到2个条带（14N条带和15N条带），不能证明DNA的复制为半保留复制，D错误。
随堂小测
2.图表示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。下列相关叙述错误的是( )
A.a、d链是复制的模板链
B.DNA复制所需要的原料是4种脱氧核苷酸
C.真核细胞中，DNA复制主要发生在细胞分裂的间期
D.b、c链的碱基排列顺序相同
解析：A、a、d是复制的模板链，A正确；B、DNA复制所需要的原料是4种脱氧核苷酸，B正确；C、真核细胞中，DNA复制主要发生在细胞分裂的间期，C正确；D、a和c都与d互补，因此a和c的碱基序列相同；a和b的碱基序列互补，则b和c的碱基序列互补，D错误。
D
随堂小测
3.下图为DNA复制中子链的延伸过程，箭头表示酶的移动方向，下列叙述正确的是( )
A.该酶是DNA聚合酶，沿着A链的3′－端向5′－端移动
B.该酶作用下A链和B链之间形成磷酸二酯键连接在一起
C.图中A链的G、C之和与B链的G、C之和一定相等
D.在真核细胞中这一过程通常在细胞分裂前间期完成
解析：A、图示为DNA复制的过程，该酶是DNA聚合酶A链是新合成的子链，是从5'至3端移动的，A错误;B、A链和B链是通过氢键连接在一起，B错误;C、A链和B链的碱基遵循碱基互补配对原则，即AT配对，GC配对，所以A链的G、C之和与B链的G、C之和一定相等，但图中只是A链的一部分，所以不一定相等，C错误;D、DNA的复制过程通常在细胞分裂前的间期完成，D正确。故选D。
D
THANKS
谢谢观看

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