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第三章 第3节
DNA的复制
人教版高中生物
高一年级
必修二 《遗传与进化》
学习目标
对DNA复制的推测
DNA半保留复制的探究（假说-演绎法）
DNA复制：①概念 ②场所 ③时间 ④结果 ⑤意义
⑥过程 ⑦特点 ⑧条件 ⑨精确复制的原因
DNA复制-拓展：①多起点复制；②双向复制；
③半不连续复制
有关DNA复制的计算
教学重点：
1.运用假说-演绎法探究DNA的复制方式。
2.DNA复制的条件、过程和特点。
教学难点：
1.DNA复制的过程。
2.有关DNA复制的计算。
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”。
导：
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。
（1）半保留复制
（2）全保留复制
（3）分散复制
一、对DNA复制的推测——假说演绎法
1、提出问题：
2、提出假说：
DNA以什么方式复制？
+
+
+
亲代DNA双链被切成片段后合成子链，
然后子、母双链聚集成“杂合链”。
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
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。
二、DNA半保留复制的实验证据
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。
离心技术
没有放射性
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
3、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。
15N
15N
14N
（亲代DNA）
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
中带、轻带
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
细胞再分裂一次
含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
3、演绎推理
若为全保留复制
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
若为分散复制
P
F1
F2
15N
15N
提出DNA离心
重带
提出DNA离心
中带
提出DNA离心
一条带
（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。
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、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
　实战训练　
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
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
C
三、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：
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：
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
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
三、DNA复制的过程
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）:
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
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'
2.特点：
1.条件：
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)
1.半保留复制
2.边解旋边复制
亲代DNA的两条链(两条母链)
(1)模板：
(2)原料：
(3)能量：
(4)酶：
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。
DNA复制的拓展
1）多起点复制
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。
2）双向复制
多数生物细胞内 DNA 的复制都是从固定的起点开始双向进行的。
3）半不连续复制
由于DNA聚合酶具有专一性(子链从5’→3’延伸)，而 DNA的2条链是反向平行的，所以在复制时一条子链的合成是连续进行的，而另一条子链的合成是反向不连续进行的（冈崎片段）。
DNA复制的拓展
4）子链合成时需要引物
DNA 聚合酶只能延长已存在的 DNA 链，不能从头合成 DNA 链，所以 DNA 复制时，往往先由引物酶(具有RNA 聚合酶活性)在 DNA 模板上合成一段 RNA 作为复制的引物，DNA 聚合酶从引物游离的3’端延伸子链。
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
形成两个完全相同的DNA分子。
3、DNA复制的结果
结果:
4.意义：
使遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。
5.DNA准确复制的原因
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。
　实战训练　
4、某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是（ ）
A.随后细胞中的DNA复制发生障碍
B.随后细胞中的RNA转录发生障碍
C.该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D.可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
活动探究一：
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)分子数是多少？
②含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数是多少？
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数是多少？
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数是多少？
②亲代脱氧核苷酸链数(15N)是多少？
③新合成的脱氧核苷酸链数(14N)是多少？
2n个
2个
(2n－2)个
2n＋1条
2条
(2n＋1－2)条
有关DNA复制的计算
活动探究二：
将普通的大肠杆菌（DNA中含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，
（1）第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（2）第2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（3）第n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
有关DNA复制的计算
m个
2m个
m·2n－1个
14N
15N
14N
15N
15N
15N
15N
15N
14N
14N
亲代
汉水丑生侯伟作品
14N
14N
15N
15N
复制1次：
复制2次：
一个被15N标记的DNA分子，含有m对碱基，其中腺嘌呤为a个，在含14N的培养基中复制n次。
共产生子代DNA分子____个；
子代DNA分子中，含15N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，含14N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，只含15N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，只含14N的DNA分子______个；
复制n次共需要游离（原料）的胞嘧啶_______________个；
7.复制第n次需要游离（原料）的胞嘧啶 ____________个。
2n
2
2n
0
2n - 2
(2n-1)×(m-a)
(2n-1)×(m-a)
有关DNA复制的计算
5、某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后，消耗周围环境中含腺嘌呤的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子已经复制了几次（是第几代）（ ）
A．三次（第四代） B．四次（第五代）
C．五次（第六代） D．六次（第七代）
　实战训练　
6、有100个碱基对的某DNA分子片段，内含60个胞嘧啶脱氧核苷酸，若连续复制n次，则在第n次复制时需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸是多少？(　　)
A．40n－1 B．40n C．40×2n－1 D．40×(2n－1)
7、某DNA分子有碱基200对，已知腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占碱基总数的60%，则该DNA分子连续复制两次所需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为（ ）
A．80 B．160 C．240 D．320
8、一个含有1000个脱氧核苷酸对的双链DNA分子，放在32P标记了脱氧核苷酸的培养基中培养一代后，形成的子代分子其相对分子量比原来增加了（　　）
A.1000　　　　　　 B.2000
C.4000　　　　　 　C.5000
脱氧
核糖
含氮碱基
磷酸
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
边解旋边复制等
解旋酶
DNA聚合酶
证明
参与
参与
DNA复制的计算

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