1、3.3 DNA的复制1.怎样证明DNA是半保留复制的?2.DNA的复制过程是怎样的?3.DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义?（2）DNA中的中的_和和_交替连接，排列在交替连接，排列在外侧外侧，构成构成_；_排列排列在在内侧内侧。（3）两条链上的碱基通过）两条链上的碱基通过_连接连接起来，形成起来，形成_，且遵，且遵循循_原则。原则。（1）DNA是由是由_条单链组条单链组成的，这两条链按成的，这两条链按_方方式式盘旋成盘旋成_结构。结构。两两反向平行反向平行双螺旋双螺旋磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖基本骨架基本骨架碱基碱基氢键氢键碱基对碱基对碱基互补配对碱基互补配对作为遗传物质，DNA
2、必需能自我复制，使前后代保持一定的连续性。DNA如何复制？2回顾 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?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?核酸的分子结构论文节选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。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。问题探讨in the fo
3、llowing communications.Win the following communications.We e were not a were not a wareware of of the details of the results presonted there when wethe details of the results presonted there when we d de evised our struvised our struc cture,which rests mainly though notture,which rests mainly though
4、 not e entirely onntirely on published experimental data and stereo-published experimental data and stereo-chenical argumentschenical arguments.I It has not escoped our notice that the spscifict has not escoped our notice that the spscific p pa airing we have postulated immedintely iring we have pos
5、tulated immedintely suggests suggests apossible apossible c copying mechanism for the genetis materialopying mechanism for the genetis material.Full Full d de etailtails s of the s of the st tructurructure e,in,inc cluding the con-luding the con-ditions assuditions assum med in building it,together
6、with ed in building it,together with a a set set of of co-ordinatco-ordinate es for the atoms,will be publisheds for the atoms,will be published e elslse ewhere.where.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，游离的脱氧核苷酸依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上；新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制。沃森和克
7、里克提出DNA自我复制：(阅读教材P53)半保留复制一、对DNA复制的推测全保留复制：是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。有人持不同的观点，提出了其他的假说：一、对DNA复制的推测分散(弥散)复制：是指以亲代为模板进行的部分复制，在复制的过程中亲本DNA双链被切割成小片段，分散在新合成的两条DNA双链中。半保留复制全保留复制分散复制2 2、如果要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？、如果要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？把把复制的单链复制的单链和原来的链和原来的链做上标记做上标记，然后观察它在，然后观察它在新新DNADNA中中出现的情况。出现的情况。1
8、1、这些观点各有不同，如何来证明哪个观点是正确的？、这些观点各有不同，如何来证明哪个观点是正确的？用用实验实验来证明。来证明。一、对DNA复制的推测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。同位素标记背景知识：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。离心技术二、DNA半保留复制的实验证据实验过程：让大肠杆菌在15NH4Cl的培养液培养若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。然后，将大肠杆菌转移到含有14
9、NH4Cl的普通培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。二、DNA半保留复制的实验证据实验预期：(演绎推理)二、DNA半保留复制的实验证据若为半保留复制，离心后的DNA分布位置如下15N/14N-DNA实验预期：(演绎推理)二、DNA半保留复制的实验证据若为全保留复制，离心后的DNA分布位置如下14N/14N-DNA15N/15N-DNA实验预期：(演绎推理)二、DNA半保留复制的实验证据若为分散复制，离心后的DNA分布位置如下15N/14N-DNA亲代半保留复制全保留复制弥散复制子一代子二代小结：(演绎推理)预测进行密度梯度离心后
10、条带情况实验结果与半保留推理结果相同。得出结论：DNA复制方式为半保留复制。二、DNA半保留复制的实验证据实验验证：DNA复制研究过程总结：实施实验，统计结果推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果观察DNA的结构，DNA是如何复制的?半保留复制、全保留复制、弥散复制DNA是半保留复制的假说演绎法步骤观察现象提出问题作出假说演绎推理实验验证得出结论DNA复制研究过程总结：同位素标记技术、密度梯度离心法科学方法：密度梯度离心法:在密度梯度介质中进行的依密度而分离的离心法。各组分会依密度分布在与其自身密度相同的液层中。差速离心法:根据颗粒大小和密度的不同存在的沉降速度差别
11、，分级增加离心力，从试样中依次分离出不同组分的方法。练一练【例1】科学家运用同位素标记技术，巧妙地设计实验证实了DNA的半保留复制方式。下列实验方法组合正确的是（）先用含有15N标记的NH4Cl培养液连续培养大肠杆菌先用含有14N的NH4Cl标记大肠杆菌DNA将大肠杆菌转移到含14N的培养液中，在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA加入解旋酶、DNA聚合酶以及一定量的脱氧核苷酸亲代和子代DNA经密度梯度离心后，记录并比较不同密度条带的DNAA.B.C.D.C练一练细菌在15N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14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，下图
12、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B.第二次分裂的子代DNA应为C.第三次分裂的子代DNA应为D.亲代的DNA应为 三、DNA复制的过程三、DNA复制的过程有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程1.DNA分子复制的概念?2.DNA分子复制的时间?三、DNA复制的过程第1步：解旋在细胞提供的能量的驱动下,解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开,这个过程叫作解旋。35解旋酶ATPADP+Pi3.DNA分子复制的过程?第2步：合成子链DNA 聚合酶等以解开的每一条母链为模板,以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互
13、补配对原则,各自合成与母链互补的一条子链。第3步：形成子代DNA随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。新合成的子链DNA聚合酶DNA聚合酶解旋酶游离的脱氧核苷酸在在解旋酶解旋酶的作用下，的作用下，双链螺旋的双链螺旋的DNADNA打开氢打开氢键，解开成为两条单键，解开成为两条单链，每条单链均作为链，每条单链均作为模板合成新的模板合成新的DNADNA。以两条母链为模板，以两条母链为模板，4 4种脱氧核苷酸为种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补原料，按碱基互补配对原则合成为两配对原则合成为两条新的子链。条新的子链。一条母链一条母链和和一条子一条
14、子链链螺旋成为一个新螺旋成为一个新的的DNADNA分子。分子。解旋：合成：复旋：三、DNA复制的过程-小结三、DNA复制的过程4.DNA分子复制的场所?真核细胞：主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制；原核细胞：主要在拟核中，在质粒处也有DNA的复制。模板：原料：能量:酶 ：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ATP5.DNA分子复制的条件?三、DNA复制的过程6.DNA分子复制的特点?补充：边解旋边复制、半保留复制多起点复制、双向复制、半不连续复制三、DNA复制的过程7.DNA精确复制的原因?DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。通过碱基互补配对
15、,保证了复制能够准确地进行。将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了遗传信息的连续性。8.DNA复制的意义?DNADNA复制复制 时间时间场所场所条件条件原则原则特点特点 结果结果意义意义有丝分裂的间期 减数第一次分裂前的间期主要在细胞核模板、酶、原料、能量等碱基互补配对原则半保留复制子链与母链结合，构成两个新的DNA分子保持了遗传信息的连续性边解旋边复制练一练A1.下列关于DNA复制的叙述，正确的是（)A.在细胞分裂前的间期发生DNA复制B.DNA复制后，两条母链形成一个DNA分子，两条子链形成一个DNA分子C.DNA双螺旋结构全部解开以后才开始DNA的复制D.DNA聚合酶可以将两个游
16、离的脱氧核苷酸连接形成磷酸二酯键练一练C2.下列关于图示DNA片段的说法，错误的是()A.复制过程中,DNA聚合酶催化所示化学键的形成B.复制过程中解旋酶作用于所示位置 C.DNA以双链中的一条链为模板进行复制D.把此DNA放在含15N的培养液中复制二代,子代中只含15N的DNA占3/4一个被一个被15N15N标记的标记的DNADNA分子分子,含有含有m m对碱基对碱基,其中腺嘌呤为其中腺嘌呤为a a个，个，在含在含14N14N的培养基中复制的培养基中复制n n次。回答下列问题：次。回答下列问题：1.共产生子代DNA分子_个；2.子代DNA分子中，含15N的DNA分子_个；3.子代DNA分子中
17、，含14N的DNA分子_个；4.子代DNA分子中，只含15N的DNA分子_个；5.子代DNA分子中，只含14N的DNA分子_个；31四、DNA复制的相关计算(2)(2)脱氧核苷酸链数：脱氧核苷酸链数：子代DNA分子中脱氧核苷酸链数亲代脱氧核苷酸链数15N新合成的脱氧核苷酸链数14N2n1条2条(2n12)条32四、DNA复制的相关计算（3）若亲代）若亲代DNA分子中含有某种碱基分子中含有某种碱基m个，个，经过经过n次复制需要游离的碱基为：次复制需要游离的碱基为：（4）若亲代）若亲代DNA分子中含有某种碱基分子中含有某种碱基m个，个，第第n次复制需要游离的碱基为：次复制需要游离的碱基为：（2n-
18、1）m2n-1m练一练 1、有15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中复制三次，则含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例_，含15N的链占全部DNA分子单链的比例依次是 _ A.1/4、1/8 B.1/2、1/4 C.1/4、1/16 D.1/8、1/8A2.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？()A40n1 B40n C402n1 D40(2n1)3.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（）
19、A80 B160 C240 D320CC34练一练练习与应用（P56）一、概念检测1.DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。据此判断下列相关表述是否正确。(1)DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。（）(2)在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的。（）2.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A.复制均在细胞核内进行B.碱基互补配对原则保证了复制的准确性C.1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子D.游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链3.将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14
20、N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15NB.含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2C.含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4D.含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8BC二、拓展应用1.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确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。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可能产生多少个错误?这些错误可能产生什么影响?可能有6个碱基发生错误，产生的影响可能很大，也可能没有影响（这一问可由学生作开放式回答）。二、拓展应用2.已知果蝇的基因组大小为18108bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的速率一般为50-100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
