1、3.3 DNA的复制问题探讨问题探讨 沃森和克里克在发表沃森和克里克在发表DNA DNA 双螺旋结构双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处道的那篇著名短文的结尾处道:“值得注意值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方的是，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式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。的机制。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的复制的复制机制可能是怎样的机制可能是怎样的?in the following communications.Win the following communications.We e we
2、re were not anot a wareware of the details of the results of the details of the results presonted there when wepresonted there when we d de evised our vised our strustruc cture,which rests mainly though notture,which rests mainly though not e entirely onntirely on published experimental data publish
3、ed experimental data and stereo-chenical argumentsand stereo-chenical arguments.I It has not escoped our notice that the t has not escoped our notice that the spscificspscific p pa airing we have postulated iring we have postulated immedintely immedintely suggests apossible suggests apossible c copy
4、ing opying mechanism for the genetis materialmechanism for the genetis material.Full Full d de etailtails s of the of the s st tructurructure e,in,inc cluding the con-ditions luding the con-ditions assuassum med in building it,together with ed in building it,together with a a setset of co-ordinatof
5、co-ordinate es for the atoms,will s for the atoms,will be publishedbe published e elslse ewhere.where.核酸的分子结构论文节选核酸的分子结构论文节选 一、对DNA复制的推测1.1.沃森和克里克的假说沃森和克里克的假说半保留复制半保留复制 DNADNA复制时，复制时，DNADNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；解开的两条单链解开的两条单链分别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，原则，通
6、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；新合成的每个新合成的每个DNADNA分子中，都保留了原来分子中，都保留了原来DNADNA分子中的一条链，这种复制方式分子中的一条链，这种复制方式被称做被称做半保留复制半保留复制。特点：一模一样，一新一旧特点：一模一样，一新一旧半保留复制模型图半保留复制模型图2.2.其他观点其他观点全保留复制全保留复制、分散复制、分散复制全保留复制 以两条母链为模板合成两条以两条母链为模板合成两条DNADNA子链，子链，子代子代DNADNA中母链重新结合，两条子链中母链重新结合，两条子链彼此彼此结合成结合成另一个子代另一个子代DNADNA
7、分子。分子。分散复制 亲代亲代DNADNA双链被切成片段后合成，双链被切成片段后合成，然后子然后子、母双链聚集成、母双链聚集成“杂种链杂种链”。全保留复制模型图全保留复制模型图弥散复制模型图弥散复制模型图特点：一全新，一全旧特点：一全新，一全旧特点：新旧都有，随机组合特点：新旧都有，随机组合 一、对DNA复制的推测半保留复制全保留复制需要通过实验验证首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？一、对DNA复制的推测科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法 1414N N和和1515N N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量是氮元素的两种稳定同位素
8、，这两种同位素的相对原子质量不同，含不同，含1515N N的的DNADNA比含比含1414N N的的DNADNA密度大密度大，因此，利用，因此，利用离心技术离心技术可以在试管可以在试管中分离开含有不同氮元素的中分离开含有不同氮元素的DNADNA。密度梯度离心密度梯度离心15N15N15N14N14N14N重带重带中带中带轻带轻带亲代亲代DNADNA子一代子一代DNADNA子二代子二代DNADNA半保留复制半保留复制1515N N1515N N1515N N1515N N1414N N1414N N1414N N1414N N1414N N1414N N重带重带(下部下部)1515N N/151
9、5N N中带中带(中间中间)1515N N/1414N N轻带轻带(上部上部)1414N/N/1414N N中带中带(中间中间)1515N N/1414N N亲代亲代DNADNA子一代子一代DNADNA子二代子二代DNADNA全保留复制全保留复制15N15N15N14N15N14N14N14N14N14N重带重带(下部下部)1515N N/1515N N轻带轻带(上部上部)1414N/N/1414N N重带重带(下部下部)1515N N/1515N N轻带轻带(上部上部)1414N/N/1414N N重带重带(下部下部)1515N N/1515N N分散复制分散复制亲代亲代DNADNA子一代子
10、一代DNADNA子二代子二代DNADNA1515N N1515N N重带重带(下部下部)1515N N/1515N N中带中带(中间中间)1515N N/1414N N1515N N1515N N1414N N1414N N1515N N1414N N1515N N1414N N1515N N1414N N1515N N1414N N中带中带(中间中间)1515N N/1414N N 二、DNA半保留复制的实验证据15N14NF1:细胞再细胞再 分裂一次分裂一次P:15N15N转移到含转移到含1414NHNH4 4ClCl的培养液中的培养液中细胞分细胞分裂一次裂一次提出提出DNADNA离心离心
11、提出提出DNADNA离心离心提出提出DNADNA离心离心 重带重带中带中带 轻带轻带 中带中带大肠杆菌在含大肠杆菌在含1515NHNH4 4Cl Cl 的培养液中生长若干代的培养液中生长若干代14N14N15N14NF2:14N14N15N14N排除排除DNADNA的的复制是全保复制是全保留复制留复制排除排除DNADNA复复制 是 分 散制 是 分 散复制复制DNADNA复制方式的探究历程复制方式的探究历程假说假说演绎法演绎法 二、DNA半保留复制的实验证据 细菌在细菌在15N15N培养基中繁殖数代后，使细菌培养基中繁殖数代后，使细菌DNADNA的含氮碱基皆含有的含氮碱基皆含有15N15N，然
12、后再移入然后再移入14N14N培养基中培养，抽取其子代的培养基中培养，抽取其子代的DNADNA经高速离心分离，下图经高速离心分离，下图为可能的结果，下列叙述错误的是为可能的结果，下列叙述错误的是()()A.A.第一次分裂的子代第一次分裂的子代DNADNA应为应为B.B.第二次分裂的子代第二次分裂的子代DNADNA应为应为C.C.第三次分裂的子代第三次分裂的子代DNADNA应为应为D.D.亲代的亲代的DNADNA应为应为 拓展补充拓展补充亲亲 代代复制一次复制一次复制两次复制两次复制三次复制三次15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N2 2=2=21 14 4=2=22 28
13、 8=2=23 3DNADNA复制的相关计算复制的相关计算1.1.共产生子代共产生子代DNADNA分子分子_个；个；子代子代DNADNA分子中，分子中，2 2.含含15N15N的的DNADNA分子分子_个；个；3 3.含含14N14N的的DNADNA分子分子_个；个；4 4.只含只含15N15N的的DNADNA分子分子_个；个；5 5.只含只含14N14N的的DNADNA分子分子_个；个；将含有将含有15N15N的的DNADNA分子放在含有分子放在含有14N14N的培养基上培养，复制的培养基上培养，复制n n次，则：次，则：2 2n nDNADNA复制的相关计算复制的相关计算例例1 1：一个：
14、一个DNADNA被被1515N N标记的大肠杆菌，在只含标记的大肠杆菌，在只含1414N N的培养液中繁的培养液中繁殖殖3 3代，第三代中代，第三代中含有含有1515N N的的DNADNA分子有分子有_个，个，不含不含1515N N的的DNADNA分分子有子有_个，个，含有含有1414N N的的DNADNA分子有分子有_个，个，不含不含1414N N的的DNADNA分子分子有有_个，个，只含有只含有1414N N的的DNADNA分子有分子有_个。个。2 26 68 80 06 66.DNA6.DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数复制中消耗的脱氧核苷酸数若亲代若亲代DNADNA分子含有某种脱氧核苷分子
15、含有某种脱氧核苷酸酸m m个，经过个，经过n n次复制需要消耗该种次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为脱氧核苷酸数为m(2m(2n n1)1)。第第n n次复制需要该种脱氧核苷酸数次复制需要该种脱氧核苷酸数为为m2m2n n1 1。DNADNA复制的相关计算复制的相关计算例例、一个具有、一个具有a a个个碱基对碱基对的的DNADNA，含有，含有b b个个A A，该，该DNADNA完成完成n n次复制，需要次复制，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸多少个？游离的胞嘧啶脱氧核苷酸多少个？（2n-1）X(2a-2b)/2 三、DNA复制1.1.概念：概念：2.2.场所：场所：3.3.时间：时间：指以指以亲代亲代
16、DNADNA的的两条链两条链为模板合成为模板合成子代子代DNADNA的过程。的过程。真核生物：真核生物：叶绿体、线粒体叶绿体、线粒体原核生物：原核生物：细胞核（主要）细胞核（主要）拟核拟核有丝分裂有丝分裂的间期和的间期和减数第一次分裂前减数第一次分裂前的间期的间期 三、DNA复制4.4.过程：过程：解旋：解旋：在在能量能量的驱动下，的驱动下，解旋酶解旋酶将将DNADNA双螺旋的两条链解开。双螺旋的两条链解开。断开氢键断开氢键CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA35CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGC
17、CGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35ATP解旋酶 三、DNA复制以母链为模板进行碱基配对：以母链为模板进行碱基配对：游离的脱氧核苷酸游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与按碱基互补配对原则随机地与两条母链两条母链的碱基的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。形成氢键形成氢键4.4.过程：过程：CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT 三、DNA复制4.4.过程：过程：合成子链：合成子链：
18、在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下从子链的的催化下从子链的55端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。氧核苷酸链。形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶53TATGCATGATCGAGCTT53ATPATP 三、DNA复制形成子代形成子代DNADNA分子：分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构双螺旋结构。重新螺
19、旋重新螺旋4.4.过程：过程：CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA35ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT53TAGCCGTATAGCCGATAT35TTACGCGTATATATA53 三、DNA复制5.5.条件：条件：模模板板原原料料酶酶能能量量亲代亲代DNADNA的两条链的两条链游离的游离的4 4种种脱氧核苷酸脱氧核苷酸解旋酶解旋酶DNADNA聚合酶等聚合酶等ATPATP新合成的子链新合成的子链DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA解旋酶解旋酶游离的脱氧核苷酸游离
20、的脱氧核苷酸 三、DNA复制6.6.特点：特点：边解旋边复制边解旋边复制 (从过程上看从过程上看)半保留复制半保留复制 (从结果上看从结果上看)7.7.结果：结果：形成两个形成两个完全相同完全相同的的DNADNA分子分子8.8.DNADNA准确复制的原因及意义准确复制的原因及意义：（1 1）DNADNA独特的双螺旋结构独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。为复制提供了精确的模板。（2 2）通过碱基互补配对）通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。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。从而保持了遗传信息
21、的连续性。拓展补充拓展补充DNADNA聚合酶都只能催化聚合酶都只能催化5533延伸延伸复制时，两条子代复制时，两条子代DNADNA的合成的方向？的合成的方向？边解旋边复制、半保留复制边解旋边复制、半保留复制多起点复制、双向复制多起点复制、双向复制拓展补充拓展补充真核生物的多起点双向复制，真核生物的多起点双向复制，提高提高了复制了复制速率。速率。1.1.下列关于下列关于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
22、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结构子链与母链盘旋成双螺旋结构A.A.B.B.C.C.D.D.2.2.已知果蝇的基因组大小为已知果蝇的基因组大小为1.8 1.8 108bp108bp（bp bp 表示碱基对），真核表示碱基对），真核细胞中细胞中DNADNA复制的速率一般为复制的速率一般为50-100bp/s50-100bp/s。下图为果蝇。下图为果蝇DNADNA的电镜的电镜照片，图中的泡状结构叫作照片，图中的泡状结构叫作DNADNA复制泡，是复制泡，是DNADNA上正在复制的部分。上正在复制的部分。请你推测果蝇请你推测果蝇DNADNA形成多个复制泡的原因。形成多个复制泡的原因。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可同时从不同起点开始DNADNA的复制，由此的复制，由此加快加快DNADNA复制的速率，为细胞分裂做好物复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。质准备。
