1、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双螺旋结构的双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：那篇著作短文的结尾处写道：“值得注意的值得注意的是，是，我们提出的这种我们提出的这种碱基特异性配对方式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暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制”1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？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，双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。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“可能”二字？这
2、反应科学研究具有什么特点？科学研究需要大胆的想象，但是得出科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须结论必须建立在确凿的实验证据之上建立在确凿的实验证据之上。问题导学问题导学半保留半保留沃森和克里克沃森和克里克氢键氢键碱基互补配对原则碱基互补配对原则氢键氢键一条链一条链两条单链两条单链一一.对对DNADNA复制的推测复制的推测（1 1）假说：）假说：复制复制（2 2）提出者：）提出者：（3 3）假说内容：）假说内容：解旋：解旋：DNADNA复制时，复制时，DNADNA双螺旋解开，互双螺旋解开，互补的碱基之间的补的碱基之间的 断裂。断裂。复制：解开的复制：解开的 作为模板，游离作为模板，游离的脱氧
3、核苷酸根据的脱氧核苷酸根据 ，通，通过形成过形成 ，结合到作为模板的单链上。，结合到作为模板的单链上。结果：由于新合成的每个结果：由于新合成的每个DNADNA分子中，都分子中，都保留了原来保留了原来DNADNA分子中的分子中的 ，因此，因此，这种复制方式称半保留复制这种复制方式称半保留复制半保留半保留复制复制全保留复制全保留复制弥散弥散复制复制对DNA复制的其他假说半保留复制：半保留复制：形成的分子一半形成的分子一半是新的，一半是是新的，一半是旧的旧的全保留复制：全保留复制：新复制出的分子新复制出的分子直接形成，完全直接形成，完全没有旧的部分；没有旧的部分；分散复制：分散复制：新复制的分子中新
4、复制的分子中新旧都有，但分新旧都有，但分配是随机组合的配是随机组合的思考分析要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”，关键思路是什么？关键思路：关键思路：通过实验通过实验区分亲代和子代的区分亲代和子代的DNADNA。(标记亲代标记亲代DNADNA链，然后观察它们在子代链，然后观察它们在子代DNADNA中的分布中的分布情况。情况。)如何做区分？又如何进行实验观察呢？假如亲代假如亲代DNADNA的两条链被的两条链被1515N N完全标记完全标记，现在，现在提供提供1414N N标记的原料标记的原料让其进行让其进行DNADNA复制。复制。预测预测并画出三种复制方式中子一代和并画出三种复制方式中子一代
5、和子二代中子二代中DNADNA的情况的情况。对DNA复制的演绎推理 15N和和14N是是N元素的两种稳定的元素的两种稳定的同同位素位素，这两种同位素的相对原子质量不，这两种同位素的相对原子质量不同，同，含含15N的的DNADNA比含比含14N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中可以在试管中区分区分含有不同含有不同N元素的元素的DNA。背景知识背景知识 1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔思考分析 二、二、DNADNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据实验者、实验材料、实验方法、实验原理、实验过程、实验结果实验者、实验材料、实验方法、实验原理
6、、实验过程、实验结果1.1.科学家：科学家：梅塞尔森和斯塔尔梅塞尔森和斯塔尔2.2.实验材料：实验材料：。3.3.实验技术：实验技术：。4.4.实验原理：实验原理：1515N N和和1414N N是是N N元素的两种稳定同位素，元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量这两种同位素的相对原子质量 ，含，含1515N N的的DNADNA比含比含1414N N的的DNADNA密度密度 ，因此，利用离心技术可以，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同在试管中分离开含有不同N N元素的元素的DNADNA。大肠杆菌大肠杆菌同位素标记技术和密度梯度离心技术同位素标记技术和密度梯度离心技术不同不
7、同大大半保留半保留复制复制全保留全保留复制复制弥散弥散复制复制科学方法一：科学方法一：同位素标记法同位素标记法对DNA复制的演绎推理P F1F2P F1F2P F1F2 再次预测再次预测离心离心处理后，三种复制方式中子一代和处理后，三种复制方式中子一代和子二代中子二代中DNADNA在离心管中的分布情况。在离心管中的分布情况。离心后的结果离心后的结果信息提示信息提示对DNA复制的演绎推理3.3.演绎推理演绎推理若为半保留复制若为半保留复制，离心后的离心后的DNADNA分布位置如下分布位置如下若为全保留复制若为全保留复制，离心后的离心后的DNADNA分布位置如下分布位置如下3.3.演绎推理演绎推理
8、若为分散复制若为分散复制，离心后的离心后的DNADNA分布位置如下分布位置如下3.3.演绎推理演绎推理对DNA复制的实验验证1515N/N/1515N-DNAN-DNA大肠杆菌在含大肠杆菌在含1515NHNH4 4ClCl的培养液的培养液中中生长若干代生长若干代1515N/N/1515N-DNAN-DNA提取提取DNADNA，离心，离心转移到含转移到含1414NHNH4 4ClCl的培养液中的培养液中1515N/N/1414N-DNAN-DNA细胞分裂1次细胞再分裂1次1515N/N/1414N-DNAN-DNA1414N/N/1414N-DNAN-DNA提取提取DNADNA，离心，离心提取提
9、取DNADNA，离心，离心继续在含继续在含1414NHNH4 4ClCl的培养液中的培养液中5.5.实验预期（演绎推理）实验预期（演绎推理）大肠杆菌在含大肠杆菌在含1515NHNH4 4ClCl的的培养液中生长若干代培养液中生长若干代假如假如DNADNA复制是半保留复制复制是半保留复制大肠杆菌示意图大肠杆菌示意图及所含及所含N N元素元素收集大肠杆菌并提取收集大肠杆菌并提取DNADNA进行离心进行离心15N/15NDNA15N/14NDNA15N/15NDNA15N/14NDNA14N/14NDNA15N/14NDNA14N/14NDNA15N/14NDNA15N/14NDNA14N/14ND
10、NA转移到含转移到含1414NHNH4 4ClCl的培养的培养液中培养，液中培养，第一代第一代会出会出现的结果现的结果转移到含转移到含1414NHNH4 4ClCl的培养液中培养，的培养液中培养，第二代第二代会出现的会出现的结果结果6.6.实验结果实验结果(1)亲代离心处理(2)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7.7.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当堂检测当堂检测1 1.下列关于下列关于“证明证明DNADNA半保留复制半保留复制”实验
11、的叙述实验的叙述,错误的是错误的是()()A.A.亲代大肠杆菌是在以亲代大肠杆菌是在以1515NHNH4 4ClCl为唯一氮源的培养为唯一氮源的培养液中培养若干代得到的液中培养若干代得到的B.B.实验过程中采用了密度梯度离心法实验过程中采用了密度梯度离心法C.C.实验中的第一代只出现一条居中的实验中的第一代只出现一条居中的DNADNA条带的结条带的结果排除了全保留复制的假说果排除了全保留复制的假说D.D.培养到第三代细胞培养到第三代细胞,离心后才会出现两个条带离心后才会出现两个条带D当堂检测当堂检测2.2.研究人员分别研究人员分别1515NHNH4 4ClCl和和1414NHNH4 4ClCl
12、培养液中培养大肠杆菌，用以研究培养液中培养大肠杆菌，用以研究DNADNA的复制特点。如图是利用密度梯度离心技术将提取到的大肠杆的复制特点。如图是利用密度梯度离心技术将提取到的大肠杆菌菌DNADNA进行检测得到的结果。下列有关说法错误的是进行检测得到的结果。下列有关说法错误的是()A.A.将大肠杆菌将大肠杆菌1515NHNH4 4ClCl培养液中培养很多代后，培养液中培养很多代后，取其取其DNADNA离心检测离心检测,可得可得IIII所示结果所示结果B.B.将大肠杆菌在将大肠杆菌在1414NHNH4 4CICI培养液中培养很多代后培养液中培养很多代后,取其取其DNADNA离心检测离心检测,可得可
13、得I I所示结果所示结果C.C.将将1515N N标记的大肠杆菌置于标记的大肠杆菌置于1414NHNH4 4CICI培养液中培培养液中培养养2 2代后代后,取其取其DNADNA离心检测离心检测,可得可得所示结果所示结果D.D.将将1414N N标记的大肠杆菌置于标记的大肠杆菌置于1515NHNH4 4ClCl培养液中培培养液中培养养2 2代后代后,取其取其DNADNA离心检测离心检测,可得可得所示结果所示结果D当堂检测当堂检测3 3.将在将在1 14 4N N培养基中连续多代培养的细菌转移到培养基中连续多代培养的细菌转移到1515N N培养基培养基中中,培养两代后提取培养两代后提取DNA DN
14、A 进行密度梯度离心进行密度梯度离心,实验结果应实验结果应为为()B作出假设作出假设演绎推理演绎推理验证假设验证假设得出结论得出结论1 1、DNADNA是是如何复制的如何复制的?提出问题提出问题2 2、DNADNA的复制是半保留复制的复制是半保留复制3 3、子代、子代DNADNA可能的情况及如可能的情况及如何设计实验验证这种现象何设计实验验证这种现象4 4、通过实验进行验证、通过实验进行验证5 5、DNADNA以半保留的方式复制以半保留的方式复制【思考】【思考】已知一条全部已知一条全部N N原子被原子被1515N N标记的标记的DNADNA分子（亲代），转移分子（亲代），转移到含到含1414N
15、 N的培养基上培养的培养基上培养n n代代,其结果如下，回答下列问题其结果如下，回答下列问题分子总数分子总数_只含只含1515N N的分子的分子_含含1515N N /1414N N的分子的分子_只含只含1414N N的分子的分子_含含1414N N的分子的分子_脱氧核苷酸链总数脱氧核苷酸链总数_含含1515N N的链为的链为_含含1414N N的链为的链为_2n022n-22n+122n+1-22n亲代亲代子一代子一代子二代子二代亲代亲代子一代子一代子二代子二代2.2.消耗的脱氧核苷酸数消耗的脱氧核苷酸数 若一亲代若一亲代DNADNA分子含有某种脱氧分子含有某种脱氧核苷酸核苷酸m m个，则经
16、过个，则经过n n次次复制后共复制后共需要消耗该脱氧核苷酸个数为：需要消耗该脱氧核苷酸个数为：m（2n1）C C：400400个个C C：400400个个C C：400400个个400400个个400400个个400400个个400400个个 则经过则经过第第n n次次复制后共需要消耗复制后共需要消耗该脱氧核苷酸个数为：该脱氧核苷酸个数为：m（2n2n-1）【讨论讨论】二条母链的碱基顺序是否相同？二条母链的碱基顺序是否相同？二条子链的碱基顺序是否相同？二条子链的碱基顺序是否相同？新合成的二个新合成的二个DNADNA碱基顺序是碱基顺序是否相同？否相同？不同，互补不同，互补相同相同不同，互补不同，
17、互补问题导学问题导学一一.对对DNADNA复制的过程复制的过程1.1.概念：以概念：以 为模板合成为模板合成 的过程。的过程。2.2.发生时间：发生时间：。3.3.场所：场所：真核生物：主要在真核生物：主要在 内，内，和和 也可以进行。也可以进行。原核生物：主要在原核生物：主要在 ，在在质粒质粒处也有处也有DNADNA的复制的复制。DNADNA病毒病毒：活的宿主细胞内活的宿主细胞内4.DNA4.DNA复制的过程是怎样的？复制的过程是怎样的？5.DNA 5.DNA复制的结果是？复制的结果是？6.DNA6.DNA复制的特点是？复制的特点是？7.7.DNADNA复制的条件？复制的条件？8.DNA8.
18、DNA能够准确复制的原因是？能够准确复制的原因是？9.DNA 9.DNA复制的意义是？复制的意义是？亲代亲代DNADNA子代子代DNADNA细胞分裂前的间期细胞分裂前的间期细胞核细胞核线粒体线粒体叶绿体叶绿体拟核拟核CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA354.4.过程：随着染色体的复制而完成。过程：随着染色体的复制而完成。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双螺旋的两条链双螺旋的两条链解开。解开。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCG
19、ATCGTATATATA35ATP解旋酶解旋酶定序：定序：游离的脱氧核苷酸游离的脱氧核苷酸按按碱基互补配对原则碱基互补配对原则随机地与随机地与两条母链的碱基配对两条母链的碱基配对CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT（2 2）合成子链：）合成子链：在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下的催化下从子链的从子链的5 5 端端把把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCC
20、GTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶聚合酶53TATGCATGATCGAGCTT53ATPATP（3 3）形成子代）形成子代DNADNA分子：分子：每条每条新链与新链与其对应的其对应的模板链盘模板链盘绕绕成双螺旋结构。成双螺旋结构。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA35ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT53TAGCCGTATAGCCGATAT35TTA
21、CGCGTATATATA535.DNA5.DNA复制的结果是？复制的结果是？6.DNA6.DNA复制的特点是？复制的特点是？边解旋边复制边解旋边复制,半保留复制半保留复制 1 1个个DNA2DNA2个个DNADNA7.DNA7.DNA复制的条件？复制的条件？C.C.酶：酶：B.B.原料：原料：游离的游离的四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸A.A.模板：模板：亲代亲代DNADNA的两条母链的两条母链D.D.能量：能量：ATPATP等等解旋酶解旋酶（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）8.DNA8.DNA能够准确复制的原因是？能够准确复制的原因是？9.DN
22、A9.DNA复制的意义是？复制的意义是？DNADNA独特独特的双螺旋结构的双螺旋结构提供精确的提供精确的模板模板;通过碱通过碱基互补基互补配对配对,保证了复制能够准确地进行保证了复制能够准确地进行。DNA DNA通过复制，通过复制，将遗传信息将遗传信息从从亲代细胞传递给子亲代细胞传递给子代细胞代细胞，保持了，保持了遗传信息的连续性。遗传信息的连续性。1.1.假定某大肠杆菌含假定某大肠杆菌含1414N N的的DNADNA的相对分子质量为的相对分子质量为a,a,若若将其长期培养在含将其长期培养在含1515N N的培养基中，便得到含的培养基中，便得到含1515N N的的DNADNA，相对分子质量为相
23、对分子质量为b b。现将含。现将含1515N N的的DNADNA大肠杆菌再培养在大肠杆菌再培养在含含1414N N的培养基中，那么子二代的培养基中，那么子二代DNADNA的相对分子质量平的相对分子质量平均为均为()()A.(a+b)/2 B.(a+b)/4 A.(a+b)/2 B.(a+b)/4 C.(3a+b)/4 D.(3b+a)/4C.(3a+b)/4 D.(3b+a)/4C C2.2.某基因的一个片段在解旋时，某基因的一个片段在解旋时，a a链发生差错，链发生差错，C C变为变为G G，该基因复制，该基因复制3 3次后，发生突变的基因占次后，发生突变的基因占全部基因的（全部基因的（）A
24、 A100100 B B5050 C C2525 D D12125 5B B3.3.7-7-乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶（乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶（C C）配对而与胸腺）配对而与胸腺嘧啶（嘧啶（T T）配对某）配对某DNADNA分子中腺嘌呤（分子中腺嘌呤（A A）占碱基）占碱基总数的总数的30%30%，其中的鸟嘌呤（，其中的鸟嘌呤（G G）全部被）全部被7-7-乙基化，乙基化，该该DNADNA分子正常复制产生的两个分子正常复制产生的两个DNADNA分子，其中一分子，其中一个个DNADNA分子中胸腺嘧啶（分子中胸腺嘧啶（T T）占碱基总数的）占碱基总数的45%45%，另，另一个一个DNADNA分子中鸟嘌呤（
25、分子中鸟嘌呤（G G）所占比例为（）所占比例为（）A A、10%10%B B、20%C20%C、30%30%D D、45%45%B4.4.5-BrU(5-5-BrU(5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶)既可以与既可以与A A配对，又可配对，又可以与以与C C配对。将一个正常的具有分裂能力的配对。将一个正常的具有分裂能力的细胞，接种到含有细胞，接种到含有A A、G G、C C、T T、5-BrU5-BrU五种五种核苷酸的适宜培养基上，至少需要经过几次核苷酸的适宜培养基上，至少需要经过几次复制后，才能实现细胞中某复制后，才能实现细胞中某DNADNA分子某位点分子某位点上碱基对从上碱基对从TATA到到GCGC的替
26、换（的替换（）A A2 2次次 B B3 3次次 C C4 4次次 D D5 5次次BDNADNA复制复制-拓展拓展DNADNA复制复制-拓展拓展DNADNA复制复制-拓展拓展真核生物真核生物DNADNA的复制从的复制从多个起点不同时双向多个起点不同时双向复制复制，使，使得复制能在较短时间内完成。得复制能在较短时间内完成。半不连续复制半不连续复制 由于由于DNADNA聚合酶具有专一性聚合酶具有专一性(子链从子链从5353延伸延伸)，而而DNADNA的的2 2条链是反向平行的，所以在复制时条链是反向平行的，所以在复制时一条子链一条子链的合成是连续进行的的合成是连续进行的，而，而另一条子链的合成是
27、反向不另一条子链的合成是反向不连续进行的连续进行的,由由DNADNA连接酶将这些片段连成一条子链。连接酶将这些片段连成一条子链。DNADNA复制复制-拓展拓展 DNA复制是一个复制是一个边解旋边复制边解旋边复制的过程，需要的过程，需要模板模板、原料原料、能量能量和和酶酶等等基本条件。基本条件。DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。互补配对，保证了复制能够准确地进行。DNA通过复制，将遗传信息从亲通过复制，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。代细胞传递给子代细胞，从
28、而保持了遗传信息的连续性。思 考：结 合 教 材思 考：结 合 教 材P56页拓展应用页拓展应用2分分析析DNA复制共有哪复制共有哪些特点？些特点？边解旋边复制；边解旋边复制；半保留复制；半保留复制；多起点复制；多起点复制；双向复制。双向复制。复制方向复制方向单起点双向复制单起点双向复制-原核生物原核生物DNADNA复制复制-拓展拓展下图为真核生物染色体上下图为真核生物染色体上DNADNA分子复制过程示意图，分子复制过程示意图，有关叙述错误的是（有关叙述错误的是（）A A.图中图中DNADNA分子复制是从多个起点同时开始的分子复制是从多个起点同时开始的B B.图中图中DNADNA分子复制是边解旋边双向复制的分子复制是边解旋边双向复制的C C.真核生物真核生物DNADNA分子复制过程需要解旋酶分子复制过程需要解旋酶D D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率真核生物的这种复制方式提高了复制速率A
