1、第三节第三节 DNA的复制的复制 沃森和克里克在发表沃森和克里克在发表DNADNA双螺旋结构双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：的那篇著作短文的结尾处写道：“值得注值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对意的是，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方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制能的机制” ” 学科网原创问题探讨问题探讨讨论讨论1 1、碱基互补配对原则暗示、碱基互补配对原则暗示DNADNA的复制机制可能是怎样的？的复制机制可能是怎样的？2 2、这句话中为什么要用、这句话中为什么要用“可能可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？二字？这反应科学研究具有
2、什么特点？ 碱基互补配对原则是指碱基互补配对原则是指DNADNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示暗示DNADNA的复制可能要先解开的复制可能要先解开DNADNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链；对合成互补链； 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；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；一、对一、对DNA复制的推测复制的推测（一）假说（一）假说1半保留复制半保留复制沃森和克里克沃森和克里克紧接着发表第二篇论文，紧接着发表第二篇论文，提出了遗传物质
3、自我复制的假说：提出了遗传物质自我复制的假说： DNA DNA分子复制时，分子复制时，DNADNA分子的双螺旋分子的双螺旋_，互补的碱基之间的氢键互补的碱基之间的氢键_，_分别作为复制的模板，游离的分别作为复制的模板，游离的_根根据据_原则，通过形成原则，通过形成_，结合到，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个作为模板的单链上。由于新合成的每个DNADNA分子分子中，都保留了原来的中，都保留了原来的DNADNA分子中的一条链，因此，分子中的一条链，因此，这种复制方式称这种复制方式称_碱基互补配对碱基互补配对解开解开断裂断裂解开的两条单链解开的两条单链脱氧核苷酸脱氧核苷酸氢键氢键半保留复制半
4、保留复制一、对一、对DNA复制的推测复制的推测（二）假说（二）假说2全保留复制全保留复制全保留全保留复制：是复制：是指指DNADNA复制以复制以DNADNA双链为双链为模板，子代模板，子代DNADNA的双链的双链都是都是_的的新合成新合成半半保保留留复复制制全全保保留留复复制制需要需要通过实验验证通过实验验证首要问题，如何区分开亲代与子代的首要问题，如何区分开亲代与子代的DNADNA？二、二、DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据1.实验者：实验者：2.实验材料：实验材料：3.实验方法实验方法 ：美国生物学家美国生物学家梅塞尔森梅塞尔森和和斯塔尔斯塔尔4.背景知识背景知识：大肠杆菌大肠
5、杆菌（繁殖快，（繁殖快，20min一代一代）同位素标记技术同位素标记技术、（密度梯度、（密度梯度）离心离心技术技术15N和和14N是是N元素的两种元素的两种稳定的同位素稳定的同位素，这两种同位素的，这两种同位素的相相对原子质量不同对原子质量不同，含，含15N的的DNA比含比含14N的的DNA密度大密度大；必修一必修一P51利用利用离心技术离心技术可以在试管中区分含有不同可以在试管中区分含有不同N元素的元素的DNA；5.实验过程实验过程提取提取DNADNA离心离心（2 2）将前面获）将前面获得的大肠杆菌转得的大肠杆菌转移移到含到含1414N NH H4 4Cl Cl 的培养液中的培养液中细胞分裂
6、一次细胞分裂一次第一代第一代密度密度低低高高1515N/N/1515N-DNAN-DNA（1 1）大肠杆菌）大肠杆菌在含在含1515N NH H4 4Cl Cl 的培养液中生长的培养液中生长若干若干代代，大肠杆菌的大肠杆菌的DNADNA几乎几乎都是都是1515N N标记的；标记的；密度密度低低高高细胞再分裂细胞再分裂一次一次提取提取DNADNA离心离心密度密度低低高高提取提取DNADNA离心离心第二代第二代条带是什么样的？条带是什么样的？（1 1）如何让亲代）如何让亲代DNADNA分子获得分子获得1515N N标记？标记？（2 2）如何让子代）如何让子代DNADNA分子获得分子获得1414N
7、N标记？标记？6.演绎推理演绎推理过程过程 15N15N15N15N半保留复制半保留复制全保留复制全保留复制15N/15N-DNA（重带）（重带）15N/14N-DNA（中带）（中带）14N/14N-DNA（轻带）（轻带）15N14N15N14N15N15N14N14N15N/15N-DNA（重带）（重带）15N14N14N14N15N14N14N14N15N/14N-DNA（中带）（中带）14N/14N-DNA（轻带）（轻带）15N15N14N14N14N14N14N14N14N/14N-DNA（轻带）（轻带）15N/15N-DNA（重带）（重带）7.实验结果实验结果15N/14N-DNA（
8、中带）（中带）15N/14N-DNA（中带）（中带）14N/14N-DNA（轻带）（轻带）实验结果证明：实验结果证明：DNADNA的复制是以半保留的方式进行的的复制是以半保留的方式进行的作出假说作出假说演绎推理演绎推理实验验证实验验证得出结论得出结论提出问题提出问题假说假说演绎法演绎法DNADNA复制方式的探究历程：复制方式的探究历程：巩固练习：大本巩固练习：大本P53第第4题前四问题前四问某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究（已知培养复制的方式进行了探究（
9、已知培养用的细菌大约用的细菌大约每每20 min分裂一次分裂一次，产生子代，实验结果见相关，产生子代，实验结果见相关图示图示），请请回答下列问题：回答下列问题：（1）要得到）要得到DNA中中N全部被放射性标记为全部被放射性标记为15N的细菌，必须经过的细菌，必须经过_代培养，且培养液中的代培养，且培养液中的_是唯一氮源；是唯一氮源；（2）综合分析本实验的）综合分析本实验的DNA离心结果，前三组实验中，第离心结果，前三组实验中，第_组结果对得到的结论起到了关键作用，但需要把它与第组结果对得到的结论起到了关键作用，但需要把它与第_组组和第和第_组的结果进行比较，才能说明组的结果进行比较，才能说明D
10、NA分子的复制方式；分子的复制方式；（3）分析讨论：）分析讨论：若实验三的离心结果为：如果若实验三的离心结果为：如果DNA位于位于1/2重带和重带和1/2轻带位置，则轻带位置，则是是_复制；如果复制；如果DNA位于全中带位置，则是位于全中带位置，则是_复制复制；为了为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：如果如果DNA位于位于_（位置及比例，下同）带位置，则是（位置及比例，下同）带位置，则是全保留复制全保留复制；如果如果DNA位于位于_带位置，则是半保留复制带位置，则是半保留复制（3）分析讨论：）分析讨论：若将实验三得到的若将实验三得到的DNA
11、双链分开后再离心，其结果双链分开后再离心，其结果_（填（填“能能”或或“不能不能”）判断）判断DNA的复制的复制方式方式；为什么为什么？ （4）得出结论：）得出结论：DNA分子的复制方式为半保留复制。分子的复制方式为半保留复制。若若将实验四的实验时间改为将实验四的实验时间改为60min，离心后密度带的数量和位置是，离心后密度带的数量和位置是否发生变化？否发生变化？_若实验三的结果中，子一代若实验三的结果中，子一代DNA的中带比以往实验结果的的中带比以往实验结果的“中带中带”略宽，可能的原因是新合成的略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的单链中的N上有少部分为上有少部分为_1.子代子代DNA分
12、子总数分子总数： _ 个个；第第n代产生代产生的的DNA总数：总数：_个；个；2. 含含15N的的DNA分子数分子数= _个个3. 含含14N的的DNA分子数分子数= _ 个个4. 只只含含15N的的DNA分子数分子数= _ 个个5. 只只含含14N的的DNA分子数分子数= _个个6. 脱氧核苷酸脱氧核苷酸链数链数= _ 条条7. 含含15N的脱氧核苷酸链数的脱氧核苷酸链数= _条条8. 含含14N的脱氧核苷酸链数的脱氧核苷酸链数= _条条9. 设设亲代亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸分子中含有某种脱氧核苷酸m个个,则：则：经过经过n次复制次复制，共需消耗游离的该种，共需消耗游离的该种脱氧核
13、苷酸脱氧核苷酸_ 个个；在在第第 n次复制时次复制时，需，需消耗游离的该种消耗游离的该种脱氧核苷酸脱氧核苷酸_ 个个；三三、DNA复制的相关计算复制的相关计算假设将一个全部被假设将一个全部被15N标记的标记的DNA分子分子(亲代亲代)转移到含转移到含14N的培养的培养基中基中培养培养n代代，结果如下，结果如下：2n2n-122n全部含有全部含有14N02n - 22n+122n+1- 2m(2n- 1)m2n-1四、四、DNA复制的过程复制的过程1.概念：概念：2.时间：时间：3.场所：场所：以以_为模板合成为模板合成_的过程；的过程；亲代亲代DNA子代子代DNA_期，随着期，随着_而完成的而
14、完成的包括包括_和和_细胞分裂前的间细胞分裂前的间有丝有丝分裂前的间期分裂前的间期减数分裂前的间期减数分裂前的间期真核生物真核生物: :主要在主要在_，其次在，其次在_（_和和_）原核原核生物生物: :主要在主要在_，其次在，其次在_（_）DNADNA病毒病毒: :_内内细胞核细胞核细胞质细胞质线粒体线粒体叶绿体叶绿体拟核拟核细胞质细胞质质粒质粒活活的宿主细胞的宿主细胞染色体的复制染色体的复制4.4.过程：过程：需要需要细胞提供的能量细胞提供的能量（ATPATP）（1 1）解旋解旋DNADNA聚合酶聚合酶_解旋解旋合成子链合成子链新链和模板链重新盘绕成双螺旋结构新链和模板链重新盘绕成双螺旋结构
15、需要需要解旋酶解旋酶解旋酶的作用：打开解旋酶的作用：打开_解旋酶解旋酶氢键氢键（2 2）合成子链合成子链模板：模板：原料：原料：能量：能量：酶：酶：* * *氢键的形成不需要酶的催化！氢键的形成不需要酶的催化！原则：原则：模板链模板链（3 3）重新螺旋，形成子代）重新螺旋，形成子代DNADNA：_与其对应的与其对应的_盘绕成盘绕成_结构结构每条新链每条新链模板链模板链双螺旋双螺旋模板链（母链模板链（母链）新链（子链）新链（子链）解开的每一条母链解开的每一条母链游离的游离的4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸细胞提供的能量细胞提供的能量（d-NTPd-NTP）DNADNA聚合酶聚合酶（形成（形成磷酸二
16、酯键磷酸二酯键）碱基互补配对原则碱基互补配对原则磷酸二磷酸二酯键酯键动画演示动画演示新新链的延伸方向链的延伸方向只能是只能是5-端到端到3-端端5.5.复制方向：复制方向：下列下列关于关于DNADNA复制过程的正确顺序是复制过程的正确顺序是（ ）互补碱基对之间氢键断裂互补碱基对之间氢键断裂 互补碱基对之间形成氢键互补碱基对之间形成氢键 DNADNA分子在解旋酶的作用下解旋分子在解旋酶的作用下解旋 以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对 子链与母链盘旋成双螺旋状结构子链与母链盘旋成双螺旋状结构A A. . B B. .C C. . D D. .D D6.条件：条
17、件：模板：模板：原料：原料：能量：能量：酶：酶：解开的每一条母链解开的每一条母链游离的游离的4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸细胞提供的能量细胞提供的能量（ATPATP、d-NTPd-NTP）解旋酶解旋酶（打开氢键）（打开氢键）DNADNA聚合酶聚合酶（形成（形成磷酸二酯键磷酸二酯键）7.结果：结果：一个一个DNADNA分子就形成了两个分子就形成了两个完全相同完全相同的的DNADNA分子分子；（两个子代（两个子代DNADNA分子，通过分子，通过细胞分裂细胞分裂分配到子细胞中；分配到子细胞中；）8.DNA复制的特点：复制的特点：（1 1）半保留复制：）半保留复制： 新合成的每个新合成的每个DNADN
18、A分子中，都保留分子中，都保留了原来了原来DNADNA分子中的一条链；分子中的一条链；8.DNA复制的特点：复制的特点：（2 2）边解旋边复制：）边解旋边复制： 不是不是两条母链两条母链完全解开后才合成完全解开后才合成子链，而是先部分解旋，子链，而是先部分解旋，然后以解开的每一段母链为模板，合成互补的子链；然后以解开的每一段母链为模板，合成互补的子链；8.DNA复制的特点：复制的特点：（3 3）双向复制）双向复制（填空一般不填）（填空一般不填）思考思考：宫颈宫颈瘤细胞的瘤细胞的DNA长长36mm，DNA复制速度约为复制速度约为4um/min,但复制过程仅需但复制过程仅需40min即可完成，这说
19、明了什么？即可完成，这说明了什么？真核生物：真核生物：多起点双向复制多起点双向复制原核生物：原核生物：单起点双向复制单起点双向复制* * *多多起点复制提高了起点复制提高了DNADNA复制的效率复制的效率* * *复制泡大小不同的原因是复制时间有先后，复制泡大小不同的原因是复制时间有先后，复制泡复制泡大的复制开始的早大的复制开始的早；开始晚开始晚 开始早开始早9.DNA复制的意义：复制的意义：5 35 35 3 DNA DNA分子通过复制，将分子通过复制，将遗传信息遗传信息_，从而保持从而保持了了_；从亲代传给了子代从亲代传给了子代遗传信息的连续性遗传信息的连续性10.DNA能精确复制的原因：
20、能精确复制的原因：（1 1）DNADNA分子分子_，为复制提供为复制提供了了_的的模板模板；（2 2）_，保证了复制能够准确地进行；保证了复制能够准确地进行；独特的双螺旋结构独特的双螺旋结构精确精确严格的碱基互补配对原则严格的碱基互补配对原则时间时间 场所场所过程过程方向方向原则原则条件条件模板模板原料原料能量能量酶酶结果结果特点特点DNA能精确复能精确复制的原因制的原因意义意义细胞分裂前的细胞分裂前的间期间期（有丝分裂前的（有丝分裂前的间期和间期和减数分裂前的减数分裂前的间期）间期）真核生物：真核生物：主要在细胞核主要在细胞核，还有细胞质（线粒体、叶绿体）；，还有细胞质（线粒体、叶绿体）；原
21、核生物：原核生物：主要在拟核主要在拟核，还有细胞质（质粒）；，还有细胞质（质粒）；DNA病毒：病毒：活的活的宿主细胞内；宿主细胞内；解旋解旋合成子合成子链链新链和模板链重新盘绕形成双螺旋结构新链和模板链重新盘绕形成双螺旋结构新链新链的延伸方向的延伸方向只能是只能是5-端到端到3-端端碱基互补配对碱基互补配对原则原则解开的解开的每一条每一条母链母链游离的游离的4 4种种脱氧核苷酸脱氧核苷酸细胞提供的能量细胞提供的能量（ATPATP、d-NTPd-NTP）解旋酶解旋酶（打开氢键（打开氢键）、）、DNADNA聚合酶聚合酶（形成磷酸二酯键）（形成磷酸二酯键）一个一个DNADNA分子就形成了两个分子就形
22、成了两个完全相同完全相同的的DNADNA分子分子1.1.半保留复制半保留复制；2.2.边解旋边复制边解旋边复制；3.3.双向复制（真核生物多起点双向复制、原核生物单起点双向复制）；双向复制（真核生物多起点双向复制、原核生物单起点双向复制）；1.DNA1.DNA分子分子独特的双螺旋结独特的双螺旋结构，为复制的提供了构，为复制的提供了精确的模板精确的模板；2.2.碱基互补配对原则碱基互补配对原则，保证了复制能够，保证了复制能够准确地进行准确地进行；DNADNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传遗传信息的连续性信息的连续性课本
23、课本P56第二大题拓展应用第二大题拓展应用1.虽然虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，确性，但是，DNA平均每复制平均每复制109个碱基对，就会产生个碱基对，就会产生1个错误，个错误，请根据这一数据计算，约有请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少错误？这些错误可能产生什么影响？可能产生多少错误？这些错误可能产生什么影响？2.已知果蝇的基因组大小为已知果蝇的基因组大小为1.8108bp（bp表示碱基对），真核表示碱基对），真核细胞中细胞中DNA复制的速率一般
24、为复制的速率一般为50-200bp/s，下图为果蝇，下图为果蝇DNA的电的电镜照片，图中的泡状结构叫做镜照片，图中的泡状结构叫做DNA复制泡，是复制泡，是DNA上正在复制的上正在复制的部分，请你推测果蝇部分，请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因形成多个复制泡的原因可能有可能有6 6个碱基发生错误；个碱基发生错误；影响影响可能很大，也可能没有影响；可能很大，也可能没有影响；说明果蝇的说明果蝇的DNADNA有多个复制起点；有多个复制起点；可同时从不同起点开始复制，由可同时从不同起点开始复制，由此加快此加快DNADNA复制的速率，为细胞分复制的速率，为细胞分裂做好准备；裂做好准备；思考：思考：将将
25、15N标记的大肠杆菌，放在标记的大肠杆菌，放在14N为唯一氮源培养基中培养为唯一氮源培养基中培养两代之后，对每一代的大肠杆菌进行两代之后，对每一代的大肠杆菌进行DNA提取并离心，分散复制提取并离心，分散复制假说的离心结果是什么样的假说的离心结果是什么样的？五、补充内容五、补充内容1.新链的延伸方向新链的延伸方向只能是只能是5-端到端到3-端端5 35 35 3535353535353535353535353五、补充内容五、补充内容2.DNA的半不连续复制的半不连续复制复制叉移动方向复制叉移动方向（解旋酶移动方向）（解旋酶移动方向）前导链的连续合成前导链的连续合成复制起点复制起点冈崎片段冈崎片段
26、后随链的不连续合成后随链的不连续合成下图表示下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的叙述错误的是是（ ）ADNA复制过程中首先需要解旋酶破坏复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的双链间的的氢键，使两条链解开的氢键，使两条链解开BDNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子子链链延伸延伸的的方向方向相反相反CDNA分子的复制需要分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成连接成DNA片段片段DDNA的两条子链都会连续合成的的两条子链都会连续合成的 D3.引物引物 引物在生
27、物体内是一段引物在生物体内是一段RNA序列，在体外使用的引物是序列，在体外使用的引物是一段单链一段单链DNA序列；序列； 引物是引物是核苷酸核苷酸聚合的起始点，聚合的起始点，DNA聚合酶不能从零开始聚合酶不能从零开始添加核苷酸，因此需要一段引物作为起始点；添加核苷酸，因此需要一段引物作为起始点；A1T2T1A2G1C2C1G2第一次有丝分裂（第一次有丝分裂（DNA复制一代）复制一代）第一次有丝分裂（第一次有丝分裂（DNA复制一代）复制一代）第第二二次有丝分裂次有丝分裂（DNA复制一代）复制一代）A1T2T1A2G1C2C1G2ATGC明亮荧光明亮荧光无明亮荧光无明亮荧光一半明亮荧光一半明亮荧光
28、无明亮荧光无明亮荧光减数分裂减数分裂（DNA复制一代）复制一代）减数分裂减数分裂（DNA不再复制）不再复制）第一次有丝分裂（第一次有丝分裂（DNA复制一代）复制一代）第二次有丝分裂第二次有丝分裂（DNA复制两代）复制两代）第一次有丝分裂（第一次有丝分裂（DNA复制一代）复制一代）第二次有丝分裂第二次有丝分裂（DNA复制两代）复制两代）减数分裂减数分裂（DNA复制一代）复制一代）减数分裂减数分裂（DNA不再复制）不再复制）减数分裂减数分裂（DNA复制一代）复制一代）减数分裂减数分裂（DNA不再复制）不再复制）第一次有丝分裂（第一次有丝分裂（DNA复制一代）复制一代）第二次有丝分裂第二次有丝分裂（DNA复制两代）复制两代）
