1、第第3 3章章 基因的本质基因的本质第第3 3节节 DNADNA的复制的复制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。”核酸的分子结构核酸的分子结构论文节选论文节选碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？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?一、对一、对DNA复制的推测复制的推测半保留复制半保留复制全保留复制全保留复制1、要在实验中直观地标识母链和子链，应采取怎样的方法？同位素标记法同位素标记法2.如果用同位素进行标记,可标记什么元素?可标记可标记C、H
2、、O、N、P等元素等元素二、二、DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔设计实验实验材料：大肠杆菌实验方法：同位素标记法15N 14N（N元素的两种稳定同位素）轻链中链重链利用密度梯度离心技术密度梯度离心技术可在试管中区分含不同N元素的DNA含15N的DNA比含14N的DNA密度大假如半保留复制是正确的，实验的预期会是怎样的？假如半保留复制是正确的，实验的预期会是怎样的？重DNA中DNA1/2轻DNA1/2中DNA半保留演绎推理转移到含14NH4Cl的培养液大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中培养若干代繁繁殖殖一一代代繁繁殖殖一一代代1515N/N
3、/1515N-DNAN-DNA1515N/N/1414N-DNAN-DNA1515N/N/1414N-DNAN-DNA1414N/N/1414N-DNAN-DNA中带中带1/21/2轻带轻带1/21/2中带中带重带重带DNA半保留复制的实验证据（半保留复制的实验证据（实验验证实验验证）二、二、DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据DNA的复制方式为半保留复制假说假说演绎法演绎法1.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA离心分离，如图为可能的结果，下列叙述错误的是()C课堂训练课堂训练 A子一代D
4、NA应为 B子二代DNA应为 C子三代DNA应为 D亲代的DNA应为2、一个用15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的()A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/25C真核生物真核生物主要在主要在细胞核细胞核（在在线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体）原核生物原核生物主要在主要在拟核拟核细胞分裂前的间期细胞分裂前的间期（有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期）（有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期）三、三、DNA复制的过程（完成系统集成复制的过程（完成系统集成P57知识点二）知识点二）2 2、场所、场所：3 3、时间：、时间：1 1、概念：、
5、概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNADNA。模板：模板：DNA的的2条链条链原料：游离的原料：游离的4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸能量：能量：ATP酶：酶：解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶聚合酶4 4、条件：、条件：在在解旋酶解旋酶的作用下，双链的作用下，双链螺旋的螺旋的DNA打开氢键，解开成为打开氢键，解开成为两条单链，每条单链均作为模板两条单链，每条单链均作为模板合成新的合成新的DNA。以以两条母链为模板两条母链为模板，4种脱氧核苷酸为原种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则料，按碱基互补配对原则合成为两条新的子链。合成为两条新的子链。1.解旋解旋解旋酶解旋酶2.合成合成DNA聚合
6、酶聚合酶母链母链(模板链模板链)子链子链(新合成的链新合成的链)四种脱四种脱氧核苷酸氧核苷酸3.复旋复旋一条母链和一条子链一条母链和一条子链盘绕成为一个新的盘绕成为一个新的DNA分子。分子。33535535三、三、DNADNA复制的过程复制的过程边解旋边复制边解旋边复制半保留复制半保留复制三、三、DNA复制的过程复制的过程（1）双螺旋结构）双螺旋结构：为：为DNA复制提供了精确的模板复制提供了精确的模板（2）碱基互补配对原则）碱基互补配对原则：保证了复制的准确进行：保证了复制的准确进行5、特点：、特点：6、复制准确进行的原因：、复制准确进行的原因：将将遗传信息从亲代细胞传给遗传信息从亲代细胞传
7、给子代细胞，从而子代细胞，从而保持遗传信息的连续保持遗传信息的连续性。性。7.7.意义：意义：亲 代第一代第二代第三代15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N四、四、DNADNA分子复制的计算分子复制的计算假设将假设将1个全部被个全部被15N标记的标记的DNA分子分子(0代代)转移到含转移到含14N的培养基中培养的培养基中培养n代代(1)子代子代DNA分子总数？分子总数？(2)含含15N的的DNA分子数？分子数？(3)含含14N的的DNA分子数？分子数？(4)只含只含15N的的DNA分子数？分子数？(5)只含只含14N的的DNA分子数？分子数？思考：思考：2n个个22n个个
8、0个(2n2)个个1、DNA数数2脱氧核苷酸链数脱氧核苷酸链数(1)子代子代DNA分子中脱氧核苷酸链数是多少？分子中脱氧核苷酸链数是多少？(2)含含15N的脱氧核苷酸链数的脱氧核苷酸链数是多少？是多少？(3)含含14N的脱氧核苷酸链数的脱氧核苷酸链数是多少？是多少？3消耗的脱氧核苷酸数消耗的脱氧核苷酸数设亲代设亲代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：(1)经过经过n次复制次复制（是指由原来的是指由原来的DNA分子复制分子复制n次共需碱基数目次共需碱基数目），共需消耗游离的该种脱氧核苷酸？共需消耗游离的该种脱氧核苷酸？(2)在第在第n次复制时（次复制时（是指所有
9、是指所有DNA只复制第只复制第n次所需的碱基数目次所需的碱基数目），），共需消耗游离的该脱氧核苷酸共需消耗游离的该脱氧核苷酸?2n1条条2条条(2n12)条条m(2n1)个个m2n1个个1 1、一个用、一个用1515N N标记的标记的DNADNA分子，放在没有标记的环境中培分子，放在没有标记的环境中培养，复制养，复制5 5次后标记的次后标记的DNADNA分子占分子占DNADNA分子总数的分子总数的()A.1/10 B.1/5 A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/25C.1/16 D.1/25C2.2.某一个某一个DNADNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为分子的碱基总数中，腺嘌呤为200
10、200个，复制个，复制n n次后，次后，消耗周围环境中含腺嘌呤的脱氧核苷酸消耗周围环境中含腺嘌呤的脱氧核苷酸30003000个，该个，该DNADNA分子已经分子已经复制了几次（复制了几次（）A A三次三次 B B四次四次 C C五次五次 D D六次六次B BDNA复制的过程The process of DNA replication对对DNADNA复制的推测复制的推测半保留复制全保留复制分散(弥散)复制全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的分散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的一、一、DNADNA复制与有丝分裂中的染色体
11、标记问题复制与有丝分裂中的染色体标记问题 用用1515N N标记细胞的标记细胞的DNADNA分子，然后将其放到含分子，然后将其放到含1414N N的培养液中进行的培养液中进行两次有两次有丝分裂丝分裂，情况如图所示，情况如图所示(以一对同源染色体为例以一对同源染色体为例)：由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个细胞中由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个细胞中所有的所有的DNADNA分子都呈分子都呈“杂合状态杂合状态”，即，即1515N/N/1414N NDNADNA；一、一、DNADNA复制与有丝分裂中的染色体标记问题复制与有丝分裂中的染色体标记问题 用用1515N N标记细胞的标记细胞的DN
12、ADNA分子，然后将其放到含分子，然后将其放到含1414N N的培养液中进行的培养液中进行两次有两次有丝分裂丝分裂，情况如图所示，情况如图所示(以一对同源染色体为例以一对同源染色体为例)：第二次有丝分裂形成的子细胞有多种可能性，第二次有丝分裂形成的子细胞有多种可能性，可能子细胞的所可能子细胞的所有染色体都含有染色体都含1515N N，也可能子细胞的所有染色体都不含，也可能子细胞的所有染色体都不含1515N N。即。即子细胞含有子细胞含有1515N N的染色体为的染色体为0 02 2n n条条(体细胞染色体为体细胞染色体为2 2n n条条)。例：1个不含15N的洋葱根尖分生区细胞在含15N标记的
13、胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成一个细胞周期，然后转入不含15N标记的培养液中继续培养至第二个细胞周期的分裂中期，下图能正确表示该细胞分裂中期的是(只考虑其中一条染色体上的DNA分子)D D二二、DNADNA复制与减数分裂中的染色体标记问题复制与减数分裂中的染色体标记问题 用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)：在减数分裂过程中细胞连续分裂两次，在减数分裂过程中细胞连续分裂两次，DNADNA只复制一次只复制一次，所以四个子细胞中所有的，所以四个子细胞中所有的DNADNA分子都呈分子都呈“杂合杂合”状态状态，即，即1515N/N/1414N NDNADNA，子细胞的所有染色体都含，子细胞的所有染色体都含1515N N。例：假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后培养在含14N的培养基中，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为A.0B.2C.4D.8C C
