1、DNA分分子子的的结结构构双螺旋双螺旋结构结构基本单位基本单位 脱氧核苷酸脱氧核苷酸主要主要特点特点遵循的遵循的原则原则一分子磷酸一分子磷酸一分子脱氧核糖一分子脱氧核糖一分子碱基：一分子碱基：A、G、C、T外侧外侧的基本骨架是：的基本骨架是：由脱氧核糖由脱氧核糖和和磷酸交替连接构成磷酸交替连接构成内侧内侧是由碱基通过是由碱基通过 连连接成的碱基对。接成的碱基对。碱基互补配对碱基互补配对原则原则氢键氢键复习回顾复习回顾DNA是主要遗传物质是主要遗传物质绝大多数生物绝大多数生物的的遗传物质遗传物质是是DNADNA。具有具有稳定的结构稳定的结构并且能并且能精确复制精确复制大多呈大多呈双螺旋结构双螺旋
2、结构DNA如何进行如何进行复制复制呢？呢？什么叫什么叫DNA复制复制？DNA的复制就是指以的复制就是指以亲代亲代DNA为模板为模板合成合成子代子代DNA的过程，的过程，1 DNA2 DNA一、对一、对DNADNA分子复制方式的推测分子复制方式的推测 亲代亲代DNADNA子代子代DNADNADNADNA复制复制 子代子代DNADNA分子的分子的两条两条链链全是新合成全是新合成的吗？的吗？一、对一、对DNADNA分子复制方式的推测分子复制方式的推测 最早提出的最早提出的DNADNA复制复制模型有三种模型有三种：1 1、全全保留复制：保留复制：新复制出新复制出的分子直接形成，的分子直接形成，完全没完
3、全没有旧有旧的部分；的部分；2 2、半半保留复制：保留复制：形成的分形成的分子子一半是新的，一半是旧的一半是新的，一半是旧的；3 3、分散分散复制：复制：新复制的分新复制的分子中子中新旧都有新旧都有，但，但分配是随分配是随机机组合的；组合的；复制一次复制一次复制一次复制一次 复制一次复制一次亲代亲代DNADNA子代子代DNADNA沃森和克里克沃森和克里克推测推测是是半保留半保留复制模型复制模型半保留复制半保留复制一、对一、对DNADNA分子复制方式的推测分子复制方式的推测 复制时，复制时，DNADNA的的双螺旋解开双螺旋解开；互补碱基间互补碱基间氢键断裂氢键断裂；分开的分开的两条链作为模板两条
4、链作为模板,以碱基互以碱基互补配对的原则，补配对的原则，合成新的一条链合成新的一条链；由于由于新合成新合成的的每个每个DNA DNA 分子中，都分子中，都保留保留了了原来原来DNADNA分子中的分子中的一条链一条链，这种，这种复复制制方式方式，称做称做半保留复制半保留复制。假说演绎法假说演绎法 提出假设提出假设:演绎推理演绎推理：实验验证实验验证:得出结论：得出结论：假设假设DNA是是半保留复制半保留复制 提出问题提出问题:DNA以哪种方式复制？以哪种方式复制？探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式假说演绎法假说演绎法探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式 假设假设
5、DNA是是半半保留复制保留复制同位素标记法同位素标记法 问题问题1:1:按此假设（按此假设（DNA是是半半保留复制保留复制），），复制得到的复制得到的子一代子一代DNA和和子二代子二代DNA的组成的组成将将分别是分别是怎样的怎样的?问题问题2:2:如何才能在实验中如何才能在实验中直观地直观地区别区别、“标识标识”母链母链和和子链子链呢？呢？提出假设提出假设:演绎推理：演绎推理：亲代亲代DNA分子分子子子一代一代DNA子子二代二代DNA假说演绎法假说演绎法探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式问题问题:如果用如果用同位素同位素进行进行标记标记,用什么元素用什么元素?可用可用C、H、
6、O、N、P元素元素亲代亲代DNA分子分子含含N碱基碱基核苷酸核苷酸磷酸磷酸五碳糖五碳糖PC H ON子子一代一代DNA子子二代二代DNA15N/14N-DNA(全部全部)15N/14N-DNA(1/2)14N/14N-DNA(1/2)子一代子一代：子二代子二代：亲亲 代：代：15N/15N-DNA(全部全部)问题问题:如果亲代如果亲代DNA是是15N的，放在的，放在14N的环境中进行培的环境中进行培养，则养，则亲代、子一代、子二代亲代、子一代、子二代DNA分别分别含有含有哪种哪种N元素？元素？假说演绎法假说演绎法探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式亲代亲代DNA分子分子子子一代
7、一代DNA子子二代二代DNA15/1515/1415/1415/1414/1414/1415/14亲代亲代DNA分子分子假说演绎法假说演绎法探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式半半保留复制保留复制全全保留复制保留复制亲代亲代DNA分子分子子子一代一代DNA子子二代二代DNA15/1515/1415/1415/1414/1414/1415/1415/1515/1514/1415/1514/1414/1414/14假说演绎法假说演绎法探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式如何把这如何把这三种三种DNADNA分子分子区分开区分开？密度梯度离心法密度梯度离心法 不同不同同
8、位素同位素的相对的相对质量质量不同不同，由其，由其组成的组成的DNADNA分子的分子的密度也不同密度也不同。半半保留复制保留复制亲代亲代DNA分子分子子子一代一代DNA子子二代二代DNA15/1515/1415/1415/1414/1414/1415/14密度梯度离心法密度梯度离心法假说演绎法假说演绎法探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式半半保留复制保留复制密度梯度离心法密度梯度离心法轻带轻带(上部上部)14N/14N中带中带(中间中间)15N/14N重带重带(下部下部)15N/15N将出现将出现三种三种DNA带带亲代亲代DNA分子分子子子一代一代DNA子子二代二代DNA15/
9、1515/1415/1415/1414/1414/1415/1415N/14N-DNA(全部全部)15N/14N-DNA(1/2)14N/14N-DNA(1/2)子一代：子一代：子二代：子二代：亲亲 代：代：15N/15N-DNA(全部全部)假说演绎法假说演绎法探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式重重带带(下下部部)15N/15N中中带带(中中间间)15N/14N轻轻带带(上上部部)14N/14N中中带带(中中间间)15N/14N半半保留复制保留复制假说演绎法假说演绎法探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式亲代亲代DNA分子分子全全保留复制保留复制轻带轻带(上部上
10、部)14N/14N重带重带(下部下部)15N/15N只出现只出现两种两种DNA带带15/1515/1514/1415/1514/1414/1414/14假说演绎法假说演绎法 做出假设做出假设:演绎推理演绎推理：实验验证实验验证:得出结论：得出结论：假设假设DNA是是半保留复制半保留复制 提出问题提出问题:DNA以哪种方式复制？以哪种方式复制？探究：探究：DNADNA分子的复制方式分子的复制方式轻带轻带(上部上部)14N/14N中带中带(中间中间)15N/14N重带重带(下部下部)15N/15N同位素标记同位素标记密度梯度离心密度梯度离心二、二、DNADNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证
11、据先用先用15N标记大肠标记大肠杆菌的杆菌的DNA，得，得到到15N/15N的的DNA 将被将被15N标记的标记的大肠杆菌转移到大肠杆菌转移到含含14N的培养液的培养液中培养中培养二、二、DNADNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据 在在不同时刻不同时刻，收，收集大肠杆菌并提取集大肠杆菌并提取DNADNA，记录离心记录离心后后DNADNA的的位置位置。实验实验预期预期：离心后离心后应出现应出现3 3条条DNADNA带带。实验实验结果结果：离心后离心后出现出现3 3条条DNADNA带带。二、二、DNADNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据二、二、DNADNA半保留复制的实验证据半
12、保留复制的实验证据材料：材料：技术：技术：结果结果:大肠杆菌大肠杆菌同位素同位素标记法标记法密度梯度密度梯度离心法离心法结论：结论：DNADNA是是半保留半保留复制复制出现出现3 3条条DNADNA带带研究方法：研究方法：假说假说演绎演绎法法得出结论得出结论（2 2）DNADNA的复制是的复制是半保留复制半保留复制（1 1）DNADNA的复制的复制（3 3）子代）子代DNADNA的可能情况的可能情况 三、三、DNADNA复制的过程复制的过程1.DNA1.DNA分子复制的分子复制的概念概念是什么是什么?2.2.DNADNA分子复制过程分子复制过程需要哪些条件需要哪些条件?3.DNA3.DNA分子
13、复制分子复制过程怎么进行过程怎么进行?思考如下问题：思考如下问题：三、三、DNADNA复制的过程复制的过程 复制开始时，复制开始时，DNADNA分子首先分子首先利用细胞提供的利用细胞提供的能量能量,在在解旋酶解旋酶的作用下，把的作用下，把两条螺旋的双链解开两条螺旋的双链解开，这个过程叫，这个过程叫做做解旋解旋(图图3-13)3-13)。然后，。然后，以解开的每一段母链以解开的每一段母链为为模板模板，在在DNADNA聚合酶等聚合酶等酶酶的作用下，以细胞中的作用下，以细胞中游离的游离的4 4种脱氧核种脱氧核苷酸苷酸为为原料原料，按照，按照碱基互补配对碱基互补配对原则原则，各自，各自合成合成与母链与
14、母链互补的一段子链互补的一段子链。随着模板链。随着模板链解旋过程的进行解旋过程的进行,新合成的新合成的子链也在不断地延伸。子链也在不断地延伸。同时，同时，每条新链每条新链与其对应的与其对应的模板模板链盘绕成双螺旋结构链盘绕成双螺旋结构。这样，复制结束后，。这样，复制结束后，一个一个DNADNA分子分子就就形成形成了了两个两个完全相同的完全相同的DNADNA分子分子。新复制出的两个新复制出的两个子代子代DNADNA分子，通过细分子，通过细胞分裂分配胞分裂分配到子细胞中去。到子细胞中去。解旋酶解旋酶催化，使催化，使氢键氢键断开断开解旋：解旋：模板模板合成子链合成子链:同时进行同时进行组成组成边边解
15、旋解旋边边复制复制亲代亲代DNA解旋酶解旋酶DNA聚合酶聚合酶子链子链子链子链需要需要细胞提供能量细胞提供能量结果：两条螺旋的结果：两条螺旋的双链解开双链解开模板模板：解开的解开的每一段母链每一段母链原料原料：游离游离的的4种种脱氧脱氧核苷酸核苷酸酶：酶：DNA聚合酶聚合酶等酶等酶原则原则：碱基互补配对碱基互补配对每一条每一条新链新链与其对应的与其对应的模板链盘模板链盘绕成绕成双螺旋结构双螺旋结构各自各自合成合成与母链与母链互补互补的一段子链的一段子链 随着随着模板链模板链解旋解旋过程的进行过程的进行,新新合成的合成的子链子链也在也在不断不断地地延伸延伸盘旋形成子代盘旋形成子代DNA:母链（旧
16、链）母链（旧链）子链（新链）子链（新链）DNA聚合酶聚合酶模板模板模板模板新链新链(子链子链)1 1、概念、概念:以以亲代亲代DNADNA为模板为模板合成合成子代子代DNADNA的过程的过程3 3、时间、时间:有丝分裂有丝分裂间间期和减数第一次分裂前的期和减数第一次分裂前的间期间期2 2、场所、场所:细胞核（主要）细胞核（主要）、线粒体线粒体、叶绿体叶绿体4 4、条件、条件:模板模板原料原料 酶酶能量能量DNADNA分子的分子的两条母链两条母链细胞中细胞中游离游离的的4 4种种脱氧核苷酸脱氧核苷酸解旋酶解旋酶(使氢键断开使氢键断开)、DNADNA聚合酶聚合酶ATPATP三、三、DNADNA复制
17、的过程复制的过程不是所有不是所有细胞细胞都都进行进行DNADNA复制复制,只有分裂的细胞才能只有分裂的细胞才能进行进行DNADNA复制。复制。5 5、过程、过程:解旋解旋合成子链合成子链形成子代形成子代DNADNA三、三、DNADNA复制的过程复制的过程解旋酶解旋酶DNADNA聚合酶聚合酶 三、三、DNADNA复制的过程复制的过程思考思考：宫颈瘤细胞的宫颈瘤细胞的DNA长长36mm，DNA复制速度复制速度约为约为4um/min,但复制过程但复制过程仅需仅需40min即可完成，这即可完成，这说明了什么？说明了什么？多多 起起 点点 复复 制制 DNADNA复制复制不是单向不是单向进进行的，行的，
18、而是而是双向多起点双向多起点复复制制,且各个复制起点且各个复制起点并并不是同时开始不是同时开始的。的。真核生物的多起点复制，真核生物的多起点复制，提高提高了复制了复制速率速率 7 7、结果、结果:6 6、特点、特点:边解旋边边解旋边复制复制 半保留半保留复制复制原则：原则：碱基互补配对原则碱基互补配对原则 1 1个个DNADNA分子分子两个两个完全相同的完全相同的DNADNA分子分子5 5、过程、过程:解旋解旋合成子链合成子链形成子代形成子代DNADNA1 2 4 21 2 4 2n n三、三、DNADNA复制的过程复制的过程多起点多起点复制复制 为什么通过为什么通过复制复制能形成能形成两个完
19、全相同的两个完全相同的DNADNA，并且它们，并且它们都和亲代都和亲代DNADNA一样一样？DNADNA分子独特的分子独特的提供提供精确的模板精确的模板；通过通过 原则，原则，保证了复保证了复制准确无误制准确无误。双螺旋结构双螺旋结构碱基互补配对碱基互补配对三、三、DNADNA复制的过程复制的过程8 8、DNADNA准确复制准确复制的原因：的原因：9 9、意义、意义:使遗传信息使遗传信息从从亲代亲代传给传给子代，子代，保证了保证了遗传信息的连续性遗传信息的连续性。磷酸二酯键磷酸二酯键P脱氧脱氧核糖核糖含氮碱基含氮碱基P脱氧脱氧核糖核糖含氮碱基含氮碱基磷酸二酯键磷酸二酯键脱一个脱一个H2O脱氧核
20、苷酸的脱氧核苷酸的连接连接：5 54 43 32 21 15 54 43 32 21 1P P4 41 13 35 52 2o oP P4 41 13 35 52 20 0P PP PDNADNA聚合酶：聚合酶：连接单个连接单个脱氧核苷酸之间的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键 DNADNA分子的分子的复制复制是一个是一个边解旋边复制边解旋边复制的过程，的过程，复制需要复制需要模板、原料、能量、酶模板、原料、能量、酶等基本等基本条件条件。DNADNA分子独特的分子独特的双螺旋结构双螺旋结构，为复制提供了精确，为复制提供了精确的模板，通过的模板，通过碱基互补配对碱基互补配对，保证了复制能够，保
21、证了复制能够准确地进行。准确地进行。三、三、DNADNA复制的过程复制的过程1414N N1515N N1515N N规律总结规律总结一个一个亲代亲代DNADNA分分子，经子，经复制复制n n次次后后四、四、DNADNA复制有关计算规律总结复制有关计算规律总结 【规律规律1 1】一个一个亲代亲代DNADNA分子，经分子，经复制复制n n次后次后：DNA分子数分子数=2n脱氧脱氧核苷酸链数核苷酸链数=2n+1母链母链数数=子链子链数数=22n+1 2 含母链含母链（15N）的）的DNA分子数分子数=2只含只含母链母链（15N）的）的DNA分子数分子数=0含子含子链（链（14N）的）的DNA数数=
22、2n只含只含子链（子链（14N）的）的DNA数数=2n-2规律总结规律总结四、四、DNADNA复制有关计算规律总结复制有关计算规律总结亲亲 代代子一代子一代子二代子二代子三代子三代半保留复制过程的平面示意图：半保留复制过程的平面示意图：复制三次复制三次复制二次复制二次复制一次复制一次 【规律规律2 2】无论一个无论一个DNADNA分子分子连续复制连续复制n n次次，含有含有最初母链的最初母链的DNADNA分分子子永远永远只有只有 2 2 个个。规律总结规律总结四、四、DNADNA复制有关计算规律总结复制有关计算规律总结思考：思考：若一个若一个DNA分子中有分子中有胸腺嘧啶胸腺嘧啶为为m个个，（
23、1）复制）复制一次一次的时候，的时候，需要游离需要游离的的胸腺嘧啶多少个？胸腺嘧啶多少个？（2）复制）复制两次两次的时候，的时候，需要游需要游离的离的胸腺嘧啶多少个？胸腺嘧啶多少个？m个个3m个个（3）复制）复制三次三次的时候，的时候，需要游需要游离的离的胸腺嘧啶多少个？胸腺嘧啶多少个？7m个个规律总结规律总结四、四、DNADNA复制有关计算规律总结复制有关计算规律总结T=m(2n1)（4）则该）则该DNA复制复制n次次后，形成子代后，形成子代DNA分子分子需游离的需游离的胸腺嘧啶为胸腺嘧啶为多少多少个？个？m2n-1T=规律总结规律总结四、四、DNADNA复制有关计算规律总结复制有关计算规律
24、总结（5）第第N次次，需要的，需要的游离游离胸腺嘧啶呢？胸腺嘧啶呢？思考：思考：若一个若一个DNA分子中有分子中有胸腺嘧啶胸腺嘧啶为为m个个，第第 3 3 节节 DNADNA分子的复制分子的复制一一.对对DNADNA复制方式的推测复制方式的推测二二.DNADNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据三三.DNADNA分子复制的过程分子复制的过程步骤：步骤：条件：条件：特点：特点：意义：意义：解旋解旋 合成子链合成子链 盘旋形成子代盘旋形成子代DNADNA模板模板 原料原料 酶酶 能量能量半保留复制半保留复制 边解旋边复制边解旋边复制通过复制，将遗传信息从亲代传给子代，通过复制，将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性保持了遗传信息的连续性小结：小结：32P32P蛋白质外壳：蛋白质外壳：32S31P35S32P32P32P32P31P31P一一代代32P31P32P31P31P31P31P31P二代二代35S构建模型构建模型31P32P20231P35S32P32P32P32P31P31P一一代代32P31P32P31P31P31P31P31P二代二代35S2n+1 2 2n 2
