1、第第3章章 基因的本质基因的本质 第第 3 节节 DNA 的的复制复制 学学 习习 目目 标标 1.运用假说运用假说演绎法探究演绎法探究 DNA 的复制方式的复制方式,概概 述述 DNA 通过半保留方式进行复制。通过半保留方式进行复制。 2.通过对通过对 DNA 半保留复制方式的学习半保留复制方式的学习,理解理解 DNA 的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。 探究探究一一 DNA 半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据 1.对对 DNA 复制的推测。复制的推测。 结合教材第结合教材第 53 页图页图 3-9,阅读相关内容阅读相关内容,简述沃森和克里克简述沃
2、森和克里克 遗传物质自我复制的假说遗传物质自我复制的假说,探讨全保留复制等不同观点。探讨全保留复制等不同观点。 (1)半保留复制半保留复制 提出者提出者:沃森和克里克。沃森和克里克。 假说内容假说内容: a.解旋解旋:DNA 复制时复制时,DNA 双螺旋解开双螺旋解开,互补的碱基之互补的碱基之 间的间的 断裂。断裂。 b.复制复制 氢键氢键 c.特点特点:新合成的每个新合成的每个 DNA 分子中分子中,都保留了原来都保留了原来 DNA 分子中的一条链分子中的一条链,这种复制方式称作这种复制方式称作 。 (2)全保留复制全保留复制:DNA 复制以复制以 为模板为模板,子代子代 DNA 的双链都是
3、新合成的。的双链都是新合成的。 2.DNA 半保留复制的实验证据。半保留复制的实验证据。 结合教材第结合教材第 54 页“思考页“思考讨论”讨论”,分析“证明分析“证明 DNA 半保半保 留复制的实验” 。留复制的实验” 。 半半保留复制保留复制 DNA 双链双链 (1)实验方法实验方法: 技术和离心技术。技术和离心技术。 (2)实验原理。实验原理。 两条链标记情况两条链标记情况 相对分子质量相对分子质量 离心位置离心位置 都是都是 15N 最大最大 试管的试管的 部部 一条一条 15N,一条 一条 14N 适中适中 试管的试管的 部部 都是都是 14N 最小最小 试管的试管的 部部 同位素同
4、位素标记标记 底底 中中 上上 重重 中中 (3)(3)过程。过程。 (4)(4)实验结果。实验结果。 立即取出立即取出: :提取提取 DNADNA离心离心 带。带。 繁殖一代后取出繁殖一代后取出: :提取提取 DNADNA离心离心 带。带。 繁殖二代后取出繁殖二代后取出: :提取提取 DNADNA离心离心 轻带、 轻带、 中带。 中带。 (5)(5)实验结论实验结论: :实验结果和预期的一致实验结果和预期的一致, ,说明说明 DNADNA 的复制是的复制是 以以 的方式进行的。的方式进行的。 半半保留保留复制复制 阅读阅读结合教材第结合教材第 55 页图页图 3-10,阅读相关内容阅读相关内
5、容,阐明阐明 DNA 复制的相关知识。复制的相关知识。 1.概念。概念。以以 为模板合成子代为模板合成子代 DNA 的过程。的过程。 2.时间。时间。细胞分裂前的细胞分裂前的 。 3.场所。场所。主要是主要是 。 4.过程。过程。 探究探究二二 DNA 复制的过程复制的过程 亲代亲代 DNA 间期间期 细胞核细胞核 5.结果。结果。一个一个 DNA 分子形成了分子形成了 的的 DNA 分子。分子。 6.特点。特点。 (1) ; (2) 。 7.意义。意义。 将将 从亲代细胞传递给子代细胞从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持从而保持 了了 的连续性。的连续性。 8.准确复制的原因。准确复制的原因。
6、 (1)DNA 独特的独特的 ,为复制提供了精确的模板。为复制提供了精确的模板。 (2)通过通过 ,保证了复制能够准确地进行。保证了复制能够准确地进行。 两个两个完全完全相同相同 边边解旋解旋边边复制复制 半半保留保留复制复制 遗传信息遗传信息 遗传信息遗传信息 双螺旋双螺旋结构结构 碱基互补配对碱基互补配对 探究探究一一 DNA 半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据 1.下图为证明下图为证明DNA复制方式的实验示意图复制方式的实验示意图,请回答下列问请回答下列问 题。题。 (1)将图中实验结果与相应步骤进行连接。将图中实验结果与相应步骤进行连接。 提示提示: a a; ;b b; ;c
7、c。 (2)该实验用到哪些技术手段该实验用到哪些技术手段? 提示提示: 同位素标记技术和离心技术。同位素标记技术和离心技术。 (3)如果继续繁殖三代后如果继续繁殖三代后,取出细菌提取取出细菌提取 DNA,则实验结果则实验结果 会发生什么变化会发生什么变化? 提示提示: 试管中仍存在中带和轻带试管中仍存在中带和轻带, ,但轻带宽度要增加但轻带宽度要增加( (中中 带与轻带比例为带与轻带比例为 1313) )。 2.资料资料:图示为对于图示为对于 DNA 复制方式最初的三种假设复制方式最初的三种假设 (1)全保留复制全保留复制:以亲代为模板以亲代为模板,复制后两条新生成的子复制后两条新生成的子 链
8、全部从亲代脱落链全部从亲代脱落,形成全新的子链形成全新的子链,而亲代又恢复原样。而亲代又恢复原样。 (2)半保留复制半保留复制:一种双链脱氧核糖核酸一种双链脱氧核糖核酸(DNA)的复制模的复制模 型型,其中亲代双链分离后其中亲代双链分离后,每条单链均作为新链合成的模板。每条单链均作为新链合成的模板。 因此因此,复制完成时将有两个子代复制完成时将有两个子代 DNA,每个每个 DNA 的一条链来的一条链来 自亲代分子。自亲代分子。 (3)分散保留复制分散保留复制:以亲代为模板进行的部分复制以亲代为模板进行的部分复制,在复在复 制过程中亲本制过程中亲本 DNA 双链被切割成小片段双链被切割成小片段,
9、分散在新合成的分散在新合成的 两条两条 DNA 双链中。双链中。 请思考回答下列问题。请思考回答下列问题。 (1)假如假如DNA复制的方式是全保留复制复制的方式是全保留复制,证明证明DNA复制复制 方式的实验预期会怎样方式的实验预期会怎样? 提示提示: 每代只出现重带和轻带。每代只出现重带和轻带。 (2)假如假如DNA复制的方式是分散保留复制复制的方式是分散保留复制,证明证明DNA复复 制方式的实验预期会怎样制方式的实验预期会怎样? 提示提示: 第一代出现中带第一代出现中带, ,第二代出现略微上移的中带。第二代出现略微上移的中带。 科学方法科学方法差速离心法和差速离心法和密度梯度离心法密度梯度
10、离心法 (1)差速离心法差速离心法:根据颗粒大小和密度的不同存在的沉降根据颗粒大小和密度的不同存在的沉降 速度差别速度差别,分级增加离心力分级增加离心力,从试样中依次分离出不同组分的从试样中依次分离出不同组分的 方法。方法。 (2)密度梯度离心法密度梯度离心法:在密度梯度介质中进行的依密度而在密度梯度介质中进行的依密度而 分离的离心法。 各组分会依其密度分布在与其自身密度相同分离的离心法。 各组分会依其密度分布在与其自身密度相同 的液层中。的液层中。 【例【例 1】科学家运用同位素标记技术】科学家运用同位素标记技术,巧妙地设计实验证实巧妙地设计实验证实 了了 DNA 的半保留复制方式。下列实验
11、方法组合正确的的半保留复制方式。下列实验方法组合正确的是是 ( ) 先用含有先用含有 15N 标记的 标记的 NH4Cl 培养液连续培养大肠杆菌培养液连续培养大肠杆菌 先用含有先用含有 14N 的 的 NH4Cl 标记大肠杆菌标记大肠杆菌 DNA 将大肠杆将大肠杆 菌转移到含菌转移到含 14N 的培养液中 的培养液中,在不同时刻收集大肠杆菌并提在不同时刻收集大肠杆菌并提 取取 DNA 加入解旋酶、加入解旋酶、 DNA 聚合酶以及一定量的脱氧核聚合酶以及一定量的脱氧核 苷酸苷酸 亲代和子代亲代和子代 DNA 经密度梯度离心后经密度梯度离心后,记录并比较记录并比较 不同密度条带的不同密度条带的 D
12、NA A. B. C. D. 解析解析：科学家用含有科学家用含有 1515N N 标记的 标记的 NHNH4 4ClCl 培养液来培养大肠培养液来培养大肠 杆菌杆菌, ,让大肠杆菌繁殖几代让大肠杆菌繁殖几代, ,获得双链均带标记的获得双链均带标记的 DNADNA, ,再再 将大肠杆菌转移到含有将大肠杆菌转移到含有 1414N N 的普通培养液中 的普通培养液中, ,然后在不同然后在不同 时刻收集大肠杆菌并提取时刻收集大肠杆菌并提取 DNADNA, ,再将提取的再将提取的 DNADNA 进行密度进行密度 梯度离心梯度离心, ,记录离心后试管中记录离心后试管中 DNADNA 的位置。的位置。DNA
13、DNA 在大肠杆在大肠杆 菌细胞内进菌细胞内进行复制行复制, ,无需提供酶和原料。正确的实验方法无需提供酶和原料。正确的实验方法 组合为组合为。 答案：答案：C 【例【例 2 2】在氮源为】在氮源为 1414N N 或 或 1515N N 的培养基上生长的大肠杆菌 的培养基上生长的大肠杆菌, ,其其 DNADNA 分别为分别为 1414N N- -DNA( DNA(相对分子质量为相对分子质量为a a) )或或 1515N N- -DNA( DNA(相对分子质相对分子质 量为量为b b) )。将亲代大肠杆菌转移到含。将亲代大肠杆菌转移到含 1414N N 的培养基上 的培养基上, ,连续繁殖连续
14、繁殖 二代二代(和和),),用离心技术分离提取到的大肠杆菌的用离心技术分离提取到的大肠杆菌的 DNA,DNA,得到得到 的结果如下的结果如下图所示。下列对此实验的叙述图所示。下列对此实验的叙述, ,错误的是错误的是 ( ( ) ) A.A.代大肠杆菌代大肠杆菌 DNADNA 中一条链含中一条链含 1414N, N,另一条链含另一条链含 1515N N B.B.代大肠杆菌含代大肠杆菌含 1515N N 的 的 DNADNA 占全部占全部 DNADNA 分子的分子的 C.C.预计预计代大肠杆菌代大肠杆菌 DNADNA 的平均相对分子质量为的平均相对分子质量为( (+) ) D.D.上述实验的结果能
15、证明上述实验的结果能证明 DNADNA 的复制方式为半保留复制的复制方式为半保留复制 答案：答案：B 解析解析: :代大肠杆菌代大肠杆菌 DNADNA 中一条链含中一条链含 1414N, N,另一条链含另一条链含 1515N,A N,A 项项 正确。正确。代大肠杆菌含代大肠杆菌含 1515N N 的 的 DNADNA 占全部占全部 DNADNA 的的 ,B ,B 项错误。项错误。 由于由于 1 1 个含有个含有 1414N N 的 的 DNADNA 的相对分子质量为的相对分子质量为a a, ,则每条链的相对则每条链的相对 分子质量为分子质量为 ;1 ;1 个含有个含有 1515N N 的 的
16、DNADNA 的相对分子质量为的相对分子质量为b b, ,则每则每 条链的相对分子质量为条链的相对分子质量为 ; ;将亲代大肠杆菌转移到含 将亲代大肠杆菌转移到含 1414N N 的培养 的培养 基上基上, ,连续繁殖三代连续繁殖三代, ,共得到共得到 8 8 个个 DNA,DNA,这这 8 8 个个 DNADNA 共共 1616 条链条链, , 其中有其中有 2 2 条链含条链含 1515N,14 N,14 条链含条链含 1414N, N,因此总相对分子质量为因此总相对分子质量为 2+ 2+ 14= 14=b b+7+7a a, ,所以所以 DNADNA 的平均相对分子质量为的平均相对分子质
17、量为+ ,C,C 项项 正确。该实验的结果能证明正确。该实验的结果能证明 DNADNA 的复制方式为半保留复制的复制方式为半保留复制,D,D 项正确。项正确。 探究探究二二 DNA 复制的过程复制的过程 下图是真核生物下图是真核生物 DNA 复制的示意图复制的示意图,从图中你能归从图中你能归 纳出哪些信息纳出哪些信息? 提示提示: ( (1 1) )真核生物的真核生物的 DNADNA 复制是从多个起点开始的复制是从多个起点开始的, ,但但 是各个起点开始的时间不同是各个起点开始的时间不同( (最右边最早最右边最早) )。( (2 2) )真核生物的真核生物的 DNADNA 复制是边解旋边双向复
18、制的。复制是边解旋边双向复制的。 DNA 的复制是一个边解旋边的复制是一个边解旋边复制的过程复制的过程,复制需要模板、复制需要模板、 原料、能量、酶等基本条件。原料、能量、酶等基本条件。DNA 独特的双螺旋结构独特的双螺旋结构,为复为复 制提供了精确的模板制提供了精确的模板,通过碱基互补配对通过碱基互补配对,保证了复制能够准保证了复制能够准 确地进行。确地进行。 【例【例 3】下列关于】下列关于 DNA 复制的叙述复制的叙述,正确的是正确的是( ) A.在细胞分裂前的间期发生在细胞分裂前的间期发生 DNA 复制复制 B.DNA 复制后复制后,两条母链形成一个两条母链形成一个 DNA 分子分子,
19、两条子链形两条子链形 成一个成一个 DNA 分子分子 C.DNA 双螺旋结构全部解开以后才开始双螺旋结构全部解开以后才开始 DNA 的复制的复制 D.DNA 聚合酶可以将两个游离的脱氧核苷酸连接形成磷聚合酶可以将两个游离的脱氧核苷酸连接形成磷 酸二酯键酸二酯键 解析解析： 细胞分裂前的间期的生理过程是完成细胞分裂前的间期的生理过程是完成 DNADNA 的复制和的复制和 有关蛋白质的合成有关蛋白质的合成, ,A A项正确项正确; ;解解旋后旋后 DNADNA 分别以两条母链分别以两条母链 为模板按照碱基互补配对原则合成两条子链为模板按照碱基互补配对原则合成两条子链, ,所以子代所以子代 DNAD
20、NA中一条为母链中一条为母链, ,一条为子链一条为子链, ,B B项错误项错误; ;DNADNA的复制是边的复制是边 解旋边复制解旋边复制, ,C C 项错误项错误; ;DNADNA 聚合酶促进单个脱氧核苷酸连聚合酶促进单个脱氧核苷酸连 接到正在合成的子链上接到正在合成的子链上, ,形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键, ,D D 项错误。项错误。 答案： 答案：A 【情境迁移】【情境迁移】 下图这个小机器是下图这个小机器是 DNA复印机复印机,也叫作也叫作PCR仪仪,在体外在体外 完成完成DNA复制复制,使使DNA片段在数量上呈指数增加片段在数量上呈指数增加,可以在短可以在短 时间内获得大量的特定基
21、因片段。时间内获得大量的特定基因片段。DNA 复印机完成复印机完成 DNA 复制需要加入哪些物质复制需要加入哪些物质? 提示提示: 模板模板 DNADNA、4 4 种脱氧核苷酸、种脱氧核苷酸、DNADNA 聚合酶等。聚合酶等。 【例【例 4 4】下列关于图示】下列关于图示 DNADNA 片段的说法片段的说法, ,错误的是错误的是 ( ( ) ) A.A.复制过程中复制过程中,DNA,DNA 聚合酶催化聚合酶催化所示化学键的形成所示化学键的形成 B.B.复制过程中解旋酶作用于复制过程中解旋酶作用于所示位置所示位置 C.DNAC.DNA 以双链中的一条链为模板进行复制以双链中的一条链为模板进行复制
22、 D.D.把此把此 DNADNA 放在含放在含 1515N N 的培养液中复制二代 的培养液中复制二代, ,子代中只子代中只 含含 1515N N 的 的 DNADNA 占占 答案：答案：C 解析解析: :复制过程中复制过程中, ,DNADNA 聚合酶催化聚合酶催化磷酸二磷酸二 酯键的形成酯键的形成, ,A A 项正确项正确; ;复制过程中解旋酶作用复制过程中解旋酶作用 于于氢键氢键, ,B B 项正确项正确; ;DNADNA 的复制是以的复制是以 DNADNA 的两的两 条链为模板进行的条链为模板进行的, ,C C 项错误项错误; ;由于由于 DNADNA 是半保是半保 留复制方式留复制方式, ,将该将该 DNADNA 放在含放在含 1515N N 的培养液中 的培养液中 复制二代复制二代, ,子代共有子代共有 4 4 个个 DNADNA, ,其中其中 1 1 个个 DNADNA 的一条链含的一条链含 1515N N, ,另一条链含 另一条链含 1414N N, ,另外 另外 3 3 个个 DNADNA 的两条链全含的两条链全含 1515N N, ,所以子代中只含 所以子代中只含 1515N N 的 的 DNADNA 占占 , ,D D 项正确。 项正确。 课堂建构
