1、细胞有丝分裂和减数分裂，都要经历一个较长的细胞分裂间期。细胞在分裂间期主要有什么变化？DNA分子是怎样进行复制的呢?完成DNA的复制和有关蛋白质的合成（即染色体复制）知识回顾知识回顾第第3 3节节 DNADNA的复制的复制 问题探讨 沃森和克里克在发表沃森和克里克在发表DNA双螺旋双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：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。复制的一种可能的机制。”in the following communications.We
2、 were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure,which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chemical arguments.It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible c
3、opying mechanism for the gengtic material.Full details of the structure,including the con-ditions assumed in building it,together with a set of co-ordinates for the atoms,will be published elsewhere.核酸的分子结构核酸的分子结构论文节选论文节选 讨论讨论 1.碱基互补配对原则暗示碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的的复制机制可能是怎样的？碱基互补配对原则是指碱基互补配对原则是指DNA两条
4、链的碱基之间有准确的一两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示一对应关系，暗示DNA的复制可能需要先解开的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。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这句话中为什么要用“可能可能”二字？这反映科学研究具二字？这反映科学研究具有什么特点？有什么特点？科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。证据之上。一、对一、对DNA分子复制的推测分子复制的推测1、全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；、全保留复制：新复制出的分子
5、直接形成，完全没有旧的部分；2、半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的、半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；3、分散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的、分散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的复制一次复制一次复制一次复制一次复制一次复制一次一、对一、对DNA复制的推测复制的推测1、半保留复制、半保留复制（1）提出者：）提出者：沃森和克里克沃森和克里克（2）假说内容：）假说内容：DNA复制时，复制时，DNA双螺旋解开双螺旋解开，互补的碱基之间的，互补的碱基之间的氢键断氢键断裂裂，解开的两条单链分别作为复制的模板解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧
6、核苷酸根，游离的脱氧核苷酸根据据碱基互补配对原则碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。（4）半保留复制模型图半保留复制模型图一模一样，一新一旧一模一样，一新一旧（3）特点：）特点：新合成的每个新合成的每个DNA分子中，都保留了原来分子中，都保留了原来DNA分子中一条链。分子中一条链。2、全保留复制、全保留复制一全新，一全旧一全新，一全旧（2）全保留复制全保留复制模型图模型图（1）内容：）内容：以以DNA双链为模板，子代双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的的双链都是新合成的全保留复制半保留复制对DNA 复制的推测？二、二、DNADNA
7、半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据1.科学家：科学家：2.实验材料：实验材料：3.实验技术：实验技术：4.实验原理：实验原理：大肠杆菌大肠杆菌同位素标记技术和密度离心技术同位素标记技术和密度离心技术15N和和14N是是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同相对原子质量不同，含，含15N的的DNA比含比含14N的的DNA密度密度大大；利用密度离心技术可以在试管中区分含有不同利用密度离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的元素的DNA；梅塞尔森和斯塔尔梅塞尔森和斯塔尔用用15NH4Cl的培养液的培养液培养大肠杆菌。培养大肠杆菌。将大肠杆
8、菌转移到含将大肠杆菌转移到含14NH4Cl的普通培养液中培养。的普通培养液中培养。在不同时刻收集大肠杆菌并提取在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。将提取的将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。的位置。6.6.实验预期（演绎推理）实验预期（演绎推理）5.实验过程：实验过程：亲代亲代DNADNADNA复制一次复制一次DNADNA复制两次复制两次(1)假如假如DNA复制是复制是半保留复制半保留复制,实验的预期会是怎样的？实验的预期会是怎样的？14N14N14N15N/15N15N/14N15N/14N15N/14N15N/14N14N/14N14N/14N重
9、带重带DNADNA中中带带DNADNA1/2 1/2 轻带轻带DNADNA1/2 1/2 中带中带DNADNA（2）假如）假如DNA复制是复制是全保留复制全保留复制，实验的预期会是怎样的？，实验的预期会是怎样的？14N14N15N/15N14N/14N亲代亲代DNADNADNADNA复制一次复制一次14N15N/15N14N/14N14N/14NDNADNA复制两次复制两次重带重带DNADNA1/21/2轻带轻带DNADNA1/21/2重带重带DNADNA14N/14N3/43/4轻带轻带DNADNA1/41/4重带重带DNADNA15N/15N7.7.实验结果实验结果(1)亲代离心处理(2)
10、细胞分裂一次（细菌繁殖一代）(3)细胞分裂两次（细菌繁殖两代）15N/15NDNA全部位于重带全部位于中带1/2位于中带,1/2位于轻带8.8.实验结论：实验结论：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假说演绎法作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、探究该复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果推测可能的复制方式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(一一)概念：概念：(二二)时间：时间：(三三)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
11、DNA_期期(_(_和和_)_)，随着，随着_而完而完成的成的细胞分裂前的间细胞分裂前的间主要在主要在_，其次在，其次在_（_和和_）主要在主要在_，其次在，其次在_（_）_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的宿主细胞活的宿主细胞染色体的复制染色体的复制真核生物真核生物:原核生物原核生物:DNADNA病毒病毒:三、三、DNADNA复制的过程复制的过程有丝分裂前的间期有丝分裂前的间期减数分裂前的间期减数分裂前的间期（四）过程（四）过程：解旋合成互补子链形成子代DNACGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTA
12、TACGGCTAGCCGTA35 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。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35ATP解旋酶解旋酶CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶聚合酶53TATGCATGATCGAGCTT53ATPATP合成互补子链：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
13、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。（3）形成子代DNA分子：每条新链与其对应的模板链每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。盘绕成双螺旋结构。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA35ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT53TAGCCGTATAGCCGATAT35TTACGCGTATATATA53(五五)DNA)DNA复制需要的条件复制需要的条件模板：模板：原料：原料：能量：能量：酶：酶：亲代亲代DNADNA的两条母链的两条母链细胞供能（主要是来自细胞供能（
14、主要是来自ATPATP）解旋酶解旋酶DNADNA聚合酶聚合酶 等等四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸（使氢键断裂）（使氢键断裂）（形成磷酸二酯键）（形成磷酸二酯键）(六六)DNA)DNA复制遵循的规律复制遵循的规律 碱基互补配对原则碱基互补配对原则Q Q：DNADNA的两条链是完全打开后，才开的两条链是完全打开后，才开始合成子链吗？始合成子链吗？不是不是两条母链两条母链完全解开后才完全解开后才合成合成子链，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然后以解开的每一段母链为模板，合成互补的子链；模板，合成互补的子链；(七七)复制方向复制方向 新链的延伸方向新链的延伸方向
15、只能是只能是5-5-端端到到3-3-端端(八八)DNA)DNA复制的特点复制的特点1.1.边解旋边复制；边解旋边复制；2.2.半保留复制；半保留复制；(九九)DNA)DNA复制的结果复制的结果ATCGATAGCTATCGATAGCTTAGCTATCGA1 1个个DNADNA分子分子 2 2个完全相同的个完全相同的DNADNA分子分子(碱基排列顺序相同碱基排列顺序相同)(十十)DNA)DNA能够准确复制的原因能够准确复制的原因1.DNA1.DNA分子分子_，为复制提供了，为复制提供了_的模板的模板；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
16、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(十一十一)DNA)DNA复制的意义复制的意义 DNA DNA分子通过复制，将遗传信息分子通过复制，将遗传信息_，从而保持了从而保持了_。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。拓展时间时间 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（有丝分裂前的间期和
17、减数分裂前的间期）（有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期）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：活的宿主细胞内；病毒：活的宿主细胞内；解旋解旋合成子链合成子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）
18、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；DNAD
19、NA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，从而保持了遗传信息的连续性遗传信息的连续性一个亲代一个亲代DNA分子经分子经 n 次复制后，则次复制后，则（）（）DNA分子数分子数子代子代DNA分子数：分子数：含亲代母链含亲代母链的的DNA分子数：分子数：不含亲代母链不含亲代母链的的DNA分子数：分子数：2n个个2个个2n-2个个规律规律总结总结一个亲代一个亲代DNA分子经分子经 n 次复制后，则次复制后，则（2）脱氧核苷酸链数）脱氧核苷酸链数子代子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：分子中脱氧核苷酸链数：亲代亲代脱氧核苷酸脱氧核苷酸链数：链数：新合
20、成的脱氧核苷酸链数：新合成的脱氧核苷酸链数：2n+1条条2条条2n+1-2条条规律规律总结总结一个一个DNADNA分子无论复制多少次，产生的分子无论复制多少次，产生的子代子代DNADNA分子中含有的母链数总是分子中含有的母链数总是2 2条条，含母链的含母链的DNADNA分子也只有且必有分子也只有且必有两个两个。注意注意能力应用能力应用1.一个有一个有N15标记的标记的DNA分子放在没有分子放在没有 标记的环境中培养标记的环境中培养,复制复制5次后标记的次后标记的 DNA分子占分子占DNA分子总数的分子总数的（）A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/322.1个个DNA分子经过分子经过
21、4次复制次复制,形成形成16DNA分分子子,其中不含亲代母链的其中不含亲代母链的DNA分子为分子为()A.2个个 B.8个个 C.14个个 D.32个个 C C 亲代亲代DNA 123n-1 n 2 21 12 22 22 23 32 2n-1n-12 2n nn n次复制共增加次复制共增加 个个DNADNA。2 2n n-1 1第第n n次复制增加次复制增加 个个DNADNA。2 2n-1n-1【温馨提示】【温馨提示】“DNADNA复制复制”相关题目的三点注意相关题目的三点注意(1)(1)注意注意“DNADNA复制了复制了n n次次”和和“第第n n次复制次复制”的区别的区别,前者包括所有的
22、复制前者包括所有的复制,但后者只包括第但后者只包括第n n次的复制。次的复制。(2)(2)注意碱基的单位是注意碱基的单位是“对对”还是还是“个个”。(3)(3)看清试题中问的是看清试题中问的是“DNADNA分子数分子数”还是还是“链数链数”,“含含”还是还是“只含只含”等等,以免掉进陷阱。以免掉进陷阱。科学思维训练科学思维训练有关有关DNA半保留复制的计算方法半保留复制的计算方法(3)若一个亲代若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸分子含有某种脱氧核苷酸m个，则：个，则：经过连续经过连续n次复制，需消耗游离的该脱氧核苷酸数目为次复制，需消耗游离的该脱氧核苷酸数目为 个。个。第第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸 个。个。m(2n1)m2n1第第n n次需要构建的次需要构建的DNADNA分子数为分子数为2 2n n-2-2n-1n-1个，即个，即2 2n-1n-1
