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1、第第3 3节：节：DNADNA的复制的复制一、DNADNA分子复制方式的探究分子复制方式的探究（假说（假说演绎法）演绎法）1.1.提出问题提出问题:DNA以什么方式复制？2.2.作出假设作出假设 假说一：全保留全保留复制复制 假说二：半保留半保留复制复制（沃森和克里克）（沃森和克里克）Q1:若要探究DNA是哪种复制方式，关键思路是什么？区分亲代和子代区分亲代和子代DNA)DNA)DNA是肉眼看不可见的，如何做区分亲代和子代的DNA呢？梅塞尔森梅塞尔森斯塔尔斯塔尔1958年同位素标记技术同位素标记技术同位素标记技术同位素标记技术大肠杆菌大肠杆菌（繁殖快，（繁殖快，20min20min一代）一代）
2、资料：资料：1515N N和和1414N N是是N N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子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，质量不同，含含1515N N的的DNADNA比含比含1414N N的的DNADNA密度大。密度大。一、DNADNA分子复制方式的探究分子复制方式的探究（假说（假说演绎法）演绎法）14141414N/N/N/N/14141414N N N NDNADNADNADNA15151515N/N/N/N/14141414N N N NDNADNADNADNA15151515N/N/N/N/15151515N N N NDNADNADNADNA(轻带轻
3、带)(中带中带)(重带重带)密度梯度离心技术密度梯度离心技术利用离心技术可以在试管中区分含有不同利用离心技术可以在试管中区分含有不同质量质量N N元素的元素的DNADNA。一、DNADNA分子复制方式的探究分子复制方式的探究（假说（假说演绎法）演绎法）1、如何让亲代DNA获得15N标记？2、如何让子代DNA获得14N标记？将大肠杆菌放入含有将大肠杆菌放入含有1515NHNH4 4ClCl的培养液中培养若干代。的培养液中培养若干代。将上述亲代大肠杆菌转入含将上述亲代大肠杆菌转入含1414NHNH4 4ClCl的培养液中的培养液中P P。第一代第一代会出现会出现的结果是的结果是如果如果DNADNA
4、复制复制是是全保留复制全保留复制第二代第二代会出现会出现的结果是的结果是1515N N/1515N N-DNA-DNA1414N N1414N N1414N N1414N N/1414N N-DNA-DNA1515N N/1515N N-DNA-DNA1414N N/14 14N N-DNA-DNA1515N N/1515N N-DNA-DNA密度低高1515N N/1515N N-DNA-DNA1515N N/1515N N-DNA-DNA1414N N/1414N N-DNA-DNA1515N N/1515N N-DNA-DNA1414N N/1414N N-DNA-DNA提取DNADNA
5、离心提取DNADNA离心提取DNADNA离心一、DNADNA分子复制方式的探究分子复制方式的探究（假说（假说演绎法）演绎法）3.3.演绎推理演绎推理 重带重带轻带轻带重带重带轻带轻带重带重带亲代第一代第一代会出现会出现的结果是的结果是如果如果DNADNA复制复制是是半保留复制半保留复制第二代第二代会出现会出现的结果是的结果是1414N N/1515N N-DNA-DNA1515N N/1515N N-DNA-DNA1414N N1414N N1414N N1414N N/1414N N-DNA-DNA1414N N/1515N N-DNA-DNA提取DNADNA离心密度低高1515N N/15
6、15N N-DNA-DNA提取DNADNA离心1414N N/1515N N-DNA-DNA1414N N/1515N N-DNA-DNA提取DNADNA离心1414N N/1515N N-DNA-DNA1414N N/1414N N-DNA-DNA亲代一、DNADNA分子复制方式的探究分子复制方式的探究（假说（假说演绎法）演绎法）3.3.演绎推理演绎推理 重带重带中带中带轻带轻带中带中带4.4.实验验证实验验证1515N/N/1515N-DNAN-DNA1515N/N/1414N-DNAN-DNA1414N/N/1414N-DNAN-DNA1515N/N/1414N-DNAN-DNA重重中中
7、轻轻中中结果与半保留半保留复制假说复制假说吻合假说成立假说成立实实验验过过程程实验结果实验结果一、DNADNA分子复制方式的探究分子复制方式的探究（假说（假说演绎法）演绎法）同位素标记法+密度梯度离心5.5.得出结论：得出结论：DNADNA的复制方式是半保留复制的复制方式是半保留复制S z L w h知识小结知识小结 提出问题提出问题作出假设作出假设得出结论得出结论演绎推理演绎推理实验验证实验验证假假说说演演绎绎法法DNA是如何复制的？推测可能的复制方式半保留复制全保留复制预测两种复制模式下得到的子代DNA的可能情况及可能的实验结果。实验结果与半保留复制的预期相符。DNA分子复制的方式是半保留
8、复制。1.1.概念：以概念：以 分子为模板合成子代分子为模板合成子代DNADNA分子的过程。分子的过程。2.2.场所：主要在场所：主要在 中，但在中，但在拟核、线粒体、叶绿体拟核、线粒体、叶绿体中也进行。中也进行。3.3.时间：有丝分裂时间：有丝分裂 和减数和减数 。模板：模板：。原料：原料：。能量：能量：。酶：酶：。5.5.复制过程：复制过程：。6.6.精确复制的原因：精确复制的原因：DNADNA的的 结构提供精确模板结构提供精确模板;原则保证了复制的准确进行。原则保证了复制的准确进行。7.7.特点：特点：复制和复制和 。8.8.意义：意义：亲代亲代DNADNA细胞核细胞核间期间期第第次分裂
9、前的间期次分裂前的间期双螺旋双螺旋碱基互补配对碱基互补配对半保留半保留边解旋边复制边解旋边复制二、二、DNADNA分子复制的过程（分子复制的过程（P P55-5655-56）4.4.条件：条件：DNADNA的两条母链的两条母链游离的脱氧核苷酸（游离的脱氧核苷酸（A A、GG、C C、T T）ATPATPDNADNA解旋酶、解旋酶、DNADNA聚合酶等聚合酶等 解旋解旋合成子链合成子链重新螺旋重新螺旋将将遗传信息遗传信息从亲代传给子代，保持遗传信息的从亲代传给子代，保持遗传信息的连续性连续性。二二 DNA DNA复制的过程复制的过程在ATPATP的驱动下，解旋酶解旋酶将氢键断裂氢键断裂使使DNA
10、部分双螺旋部分双螺旋的两条链解开。C CG GT TA AT TA AC CG GGGC CC CGGT TA AT TA AGGC CC CGGA AT TA AT TC CGGA AT TC CGGT TA AT TA AT TA AT TA AC CG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AGGC CC CGGT TA A3 3 5 5 C CC CG GT TA AG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AGGC CC CGGT TA AT TA AC CG GGGC CC CGGT TA AT TA AGGC CC CGGA AT TA
11、 AT TC CGGA AT TC CGGT TA AT TA AT TA AT TA A3 3 5 5 ATPATP解旋酶解旋酶（1 1）解旋）解旋DNA复制的过程以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按按照照碱碱基基互互补补配配对对原原则则,合成与与与母链互补的子链。C CC CG GT TA AG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AGGC CC CGGT TA AT TA AC CG GGGC CC CGGT TA AT TA AGGC CC CGGA AT TA AT TC CGGA AT TC CGGT TA AT TA AT TA AT TA A3 3 5 5
12、A AC CGGC CA AA AGGC CT TA AGGT TC CA AT TT TA AT TA AT TG GC CA AT TGGA AT TC CGGA AGGC CT TT T形成氢键形成氢键（不需酶）（2 2）合成子链）合成子链DNA复制的过程在DNA聚合酶催化下单个的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链C CC CG GT TA AG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AGGC CC CGGT TA AT TA AC CG GGGC CC CGGT TA AT TA AGGC CC CGGA AT TA AT TC CGGA AT TC CGGT TA A
13、T TA AT TA AT TA A3 3 5 5 A AC CGGC CA AA AGGC CT TA AGGT TC CA AT TT TA AT TA AT TG GC CA AT TGGA AT TC CGGA AGGC CT TT TA AC CGGC CA AA AGGC CT TA AGGT TC CA AT TT TA AD DN NA A聚聚合合酶酶5 5 3 3 T TA AT TG GC CA AT TGGA AT TC CGGA AGGC CT TT T5 5 3 3 A AT TP PA AT TP P（2 2）合成子链）合成子链DNA复制的过程方向：子链从方向：子链
14、从55 3 3双向复制双向复制形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键C CC CG GT TA AG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AGGC CC CGGT TA AT TA AC CG GGGC CC CGGT TA AT TA AGGC CC CGGA AT TA AT TC CGGA AT TC CGGT TA AT TA AT TA AA A5 5 A AC CGGC CA AA AGGC CT TA AGGT TC CA AT TT TA AT TA AT TG GC CA AT TGGA AT TC CGGA AGGC CT TT T5 5 3 3 T TA A
15、GGC CC CGGT TA AT TA AGGC CC CGGA AT TA AT T3 3 5 5 T TT TA AC CGGC CGGT TA AT TA AT TA AT TA A5 5 3 3 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。（3 3）重新螺旋重新螺旋DNA复制的过程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的脱氧核苷酸解旋：解旋：合成子链：合成子链：重新螺旋：重新螺旋：细胞提供细胞提供ATPATP需要需要解旋酶解旋酶的作用的作用结果：结果：氢键氢键断裂，双链打开断裂，双链打开解开的解开的每一条母链
16、每一条母链四种四种脱氧核苷酸脱氧核苷酸DNADNA聚合酶聚合酶等等碱基互补配对原则碱基互补配对原则55端端3 3端端每条每条新链新链和对应的和对应的模板模板链链盘绕盘绕成成双螺旋结构双螺旋结构方向：方向：原则：原则：酶酶 ：原料：原料：模板模板：过程与条件过程与条件（断裂断裂氢键）氢键）（形成磷酸二酯键）（形成磷酸二酯键）DNADNA复制的过程复制的过程T TC CT TT TG GC CT TC CA AG GA AA AC CG GA AG GA AG GA AA AC CG GA AG GT TC CT TT TG GC CT TC CA AG GA AA AC CG GA AG GT
17、TC CT TT TG GC CT TC C+2 2条母链碱基顺序是什么关系？条母链碱基顺序是什么关系？2 2条子链碱基顺序是条子链碱基顺序是什么关系？什么关系？新的新的2 2个个DNADNA碱基顺序是碱基顺序是什么关系？什么关系？互补互补互补互补相同相同1 1个个DNADNA分子形成分子形成2 2个完全相同的个完全相同的DNADNA分子分子结果：结果：原核生物原核生物DNADNA复制复制单起点双向复制单起点双向复制多起点双向复制多起点双向复制真核生物和原核生物真核生物和原核生物DNADNA复制的区别复制的区别使得复制能在较短时间内完成使得复制能在较短时间内完成真核生物真核生物DNADNA复制
18、复制复制泡复制泡1如图为DNA分子复制的两个模型，请据图回答下列问题。(1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中哪个部位？(2)图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链碱基排列顺序相同？a和和c，b和和d的碱的碱基排列顺序相同。基排列顺序相同。解旋酶DNA聚合酶磷酸二酯键氢键【提升练习】亲亲 代代1515N N1515N N1515N N1515N N1414N N1414N N1414N N1414N N1414N N1414N N复制复制1 1次次复制复制2 2次次复制复制3 3次次2 24 48 8=2=21 1=2=22 2=2=23 3三三 DNA DNA分子复制
19、的计算分子复制的计算若将若将双链均被双链均被1515N N标记的标记的DNADNA置于含置于含1414N N的培养的培养基中连续基中连续复制复制n n 代，分析代，分析其结果其结果：亲代亲代第第1 1代代第第2 2代代第第3 3代代第第n n代代复制n次(1)(1)子代子代DNADNA分子数为分子数为 个。个。含含1515N N的的DNADNA分子数为分子数为 个。个。只含只含1414N N的的DNADNA分子数为分子数为 个。个。含含1414N N的的DNADNA有有 个。个。(2)(2)子代脱氧核苷酸链数为子代脱氧核苷酸链数为 条。条。含含1515N N的的脱氧核苷酸链数为脱氧核苷酸链数为
20、 条。条。含含1414N N的脱氧核苷酸链数为的脱氧核苷酸链数为 条。条。2 2(2(2n n-2)-2)2 2n n2 2(2(2n+1n+1-2)-2)2 2n n2 2n+1n+1例：将例：将 1515N N标记的标记的DNADNA分子放在分子放在 1414N N 的培养基上培养，的培养基上培养，经过经过3 3次复制，在次复制，在所形成的子代所形成的子代 DNADNA中，含中，含1515N N 的的DNADNA占总数的比例和含占总数的比例和含1515N N的脱氧核苷酸的脱氧核苷酸链占总数的比例各为（链占总数的比例各为（）和（）和（）A A1/161/16 B Bl l8 8 C C1 1
21、4 4 D D1 12 2子一代子一代子二代子二代亲代亲代子三代子三代C CB B若将若将双链均被双链均被1515N N标记的标记的DNADNA置于含置于含1414N N的的培养基中连续培养基中连续复制复制n n 代，分析其结果：代，分析其结果：亲代亲代第第1 1代代第第2 2代代第第3 3代代第第n n代代复制n次(3 3)DNADNA复制时消耗脱氧核苷酸数的计算方法复制时消耗脱氧核苷酸数的计算方法若亲代若亲代DNADNA分子中含有某种碱基分子中含有某种碱基mm个，个，则则经经 n n 次复制后次复制后需游离的该碱基为：需游离的该碱基为：m2m2n-1n-1m(2m(2n n-1)-1)若亲
22、代若亲代DNADNA分子中含有某种碱基分子中含有某种碱基mm个，个，则则第第 n n 次复制时次复制时需游离的该碱基为：需游离的该碱基为：1414N N复制复制第二次分裂第二次分裂第二次分裂第二次分裂用用1515N N标记标记1 1对对同同源染色体上的源染色体上的2 2个个DNADNA分子分子一次有一次有丝分裂丝分裂分裂形成分裂形成2 2个子细胞，个子细胞，每个每个细胞中的细胞中的每条每条染色体染色体均带有标记均带有标记3 34 41414N N复制复制1 11 12 22 21414N N复制复制3 33 34 44 41 12 21 12 23 34 41 1、有丝分裂：、有丝分裂：四、四
23、、DNA DNA复制与染色体标记问题复制与染色体标记问题1515N N标记标记1414N N标记标记二次有二次有丝分裂丝分裂组合有组合有 个个子细胞带有标记子细胞带有标记组合有组合有 个个子细胞带有标记子细胞带有标记组合有组合有 个个子细胞带有标记子细胞带有标记234 41 1、有丝分裂：、有丝分裂：四、四、DNA DNA复制与染色体标记问题复制与染色体标记问题如果细胞内有如果细胞内有2020条染色体，经有丝分裂产生条染色体，经有丝分裂产生4 4个子细胞中被个子细胞中被标记的染色体最多（或最少）有多少条？标记的染色体最多（或最少）有多少条？002020复制复制1414N N减减减减减减用用15
24、15N N标记标记1 1对对同源染同源染色体上的色体上的2 2个个DNADNA分子分子分裂形成分裂形成4 4个子细胞，个子细胞，全部全部子细胞中的子细胞中的每条每条染色体染色体均带有标记均带有标记。同源染色同源染色体分离体分离姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离2 2、减数分裂：、减数分裂：1515N N标记标记1414N N标记标记四、四、DNA DNA复制与染色体标记问题复制与染色体标记问题拓展拓展DNA复制的过程535353引物引物DNADNA聚合酶聚合酶子链子链合成合成方向：方向：5353前导链前导链DNADNA聚合酶聚合酶不能从头开始合成不能从头开始合成DNADNA，只能将游离的核苷酸加
25、到3端延伸子链，因此DNA复制需要引物引物，其作用是给给DNADNA聚合酶提供聚合酶提供33端端。解旋酶解旋酶拓展拓展DNA复制的过程引物引物DNADNA聚合酶聚合酶5利用酶将利用酶将引物引物切除切除DNADNA聚合酶聚合酶将将“缺口缺口”补齐补齐用用DNADNA连接酶连接酶连接连接DNADNA片段片段53535355特点3：半不连续复制后随链后随链冈崎片段冈崎片段解旋酶解旋酶拓展拓展DNA复制的过程前导链前导链解旋酶解旋酶5 53 33 35 5DNADNA聚合酶聚合酶5 53 3前导链前导链5 53 3冈崎片段冈崎片段DNADNA连接酶连接酶后随链后随链子链延伸方向：子链延伸方向：5533延伸延伸特点3：半不连续复制拓展拓展端粒端粒DNADNA533553正常情况下无法补齐，随着复制次数增加，端粒DNA越来越短。干细胞中存在端粒酶，也可以补齐端粒DNA35拓展拓展DNA复制的过程