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1、生物（人教版）第三章基因的本质第3节DNA的复制 亲代的遗传物质通过复制传递给了子代。为什么这样像？何谓DNA的复制？所谓DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，1DNA2DNA。沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“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复制的一种可能的机制。”核酸的分子结构论文节选核酸的分子结构论文节选讨论讨论1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示DNA的复
2、制可能要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的实验证据之上。问题探讨提出者：沃森和克里克提出者：沃森和克里克假说内容假说内容1.DNA1.DNA复制时，复制时，DNADNA双螺旋解开，互补的碱双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。基之间的氢键断裂。2.2.解开的两条单链作为复制的模板，游离解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。过形成氢键，结合到作为模板的单链上。3.3.新合成的每个新合成的每个DNADNA分子中，都保留
3、了原分子中，都保留了原来来DNADNA分子中的一条链，这种复制方式被分子中的一条链，这种复制方式被称作称作半保留复制。半保留复制。假说一：半保留复制假说一：半保留复制一、对DNA复制的推测作出假说对DNA复制的推测对DNA复制的推测假说二：假说二：全保留复制新复制的子代新复制的子代DNADNA分子直接分子直接形成，完全没有旧的部分。形成，完全没有旧的部分。假说三：假说三：分散复制亲代DNA分子将断裂成短片段，以这些亲本短片段为模板合成同样长短的新的DNA片段，再将这些新旧片段混合连接，形成完整的全长DNA分子。对DNA复制的推测 演绎推理15N15N15N15N15N15N半保留复制半保留复制
4、全保留复制全保留复制分散复制分散复制1/2轻带DNA重带DNA1/2重带DNA3/4轻带DNA1/4重带DNA重带DNA中带DNA1/2轻带DNA1/2中带DNA重带DNA中带DNA中带DNA亲代子一代子二代DNA半保留复制的实验证据1.实验材料：大肠杆菌2.实验方法：同位素标记法、密度梯度离心技术3.实验原理：15N和14N是N元素的两种稳定同位素，它们的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。密度低密度高重带中带轻带梅塞尔森和斯塔尔4.4.实验思路实验思路:将将DNADNA是是1515N N标记的大肠杆菌，标记的大
5、肠杆菌，培养在含培养在含1414N N的培养液中，在不同时刻收集大肠杆菌并的培养液中，在不同时刻收集大肠杆菌并提取提取DNADNA进行离心，观察离心后试管中进行离心，观察离心后试管中DNADNA的位置。的位置。15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:细胞再分裂一次15N15N转移到含转移到含1414NHNH4 4ClCl的培的培养液中养液中细胞分裂一次提出DNA离心提出DNA离心提出DNA离心排除排除DNADNA的复制是的复制是全保留复制全保留复制排除排除DNADNA的复制是的复制是分散复制分散复制14N复制14N复制：DNADNA的复制方式是半保留复制的复制方式是半保留复制实验结
6、论对DNA复制的推测 实验验证将大肠杆菌放在将大肠杆菌放在15NH4Cl培养液培养液生长繁殖若干代生长繁殖若干代DNA的两条链的两条链都被都被15N标记标记15N/15N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA分析问题作出假说根据假说演绎推理进行实验验证假说观察现象提出问题分析结果得出结论证明DNA半保留复制方式的科学方法：假说假说演绎法演绎法观察到观察到观察到观察到DNADNADNADNA结构，提出结构，提出结构，提出结构，提出DNADNADNADNA是如何复制的是如何复制的是如何复制的是如何复制的?提出提出提出提出DNADNADNADNA可能的复制方式假说
7、：半保留复制、全保留复可能的复制方式假说：半保留复制、全保留复可能的复制方式假说：半保留复制、全保留复可能的复制方式假说：半保留复制、全保留复制、分散复制。制、分散复制。制、分散复制。制、分散复制。推理、探究几种复制模式下得到子代推理、探究几种复制模式下得到子代推理、探究几种复制模式下得到子代推理、探究几种复制模式下得到子代DNADNADNADNA的可能情况，的可能情况，的可能情况，的可能情况，预测可能实验结果预测可能实验结果预测可能实验结果预测可能实验结果.进行证明进行证明进行证明进行证明DNADNADNADNA半保留复制的实验半保留复制的实验半保留复制的实验半保留复制的实验DNADNA的复
8、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。1 1.沃森和克里克证明了沃森和克里克证明了DNADNA分子的复制方式是半保留复制。分子的复制方式是半保留复制。()2.2.证明证明DNADNA半保留复制的实验运用了同位素标记技术和离心技半保留复制的实验运用了同位素标记技术和离心技术。术。()3.3.DNADNA半保留复制的证明过程使用了假说演绎法。半保留复制的证明过程使用了假说演绎法。()4 4、细菌在含、细菌在含1515N N的培养基中繁殖数代后，细菌的培养基中繁殖数代后，细菌DNADNA的含氮碱基皆含有的含氮碱基皆含有1515N N，然后再将其移入含，然后再将其移入含1414N N的
9、培养基中培养，抽取亲代及子代的的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNADNA离心离心分离，如图分离，如图为可能的结果，下列叙述错误的是为可能的结果，下列叙述错误的是()A A子一代子一代DNADNA应为应为 B B子二代子二代DNADNA应为应为C C子三代子三代DNADNA应为应为 D D亲代的亲代的DNADNA应为应为C5.以含有31P标志的大肠杆菌放入32P的培养液中，培养2代。离心结果如右：、G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的：G0 、G1 、G2 。ABD、G2代在、三条带中DNA数的比例是 。、图中 、两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：，。0:2:231P31P
10、 和32P拓展延伸二、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第一步：解旋第一步：解旋第一步：解旋第一步：解旋（1 1）配对）配对（2 2）连接）连接第二步：合成子链合成子链母链第三步：复旋第三步：复旋子链子链第三步：复旋第三步：复旋解解旋旋：复复制制开开始始时时，在在细细胞胞提提供供的的能能量量的的驱驱动动下下，解解旋旋酶酶将将DNADNA双双螺旋的两条链解开。螺旋的两条链解开。合合成成子子链链：DNADNA聚聚合合酶酶等等以以解解开开的的每每一一条条母母链链为为模模板板，以以细细胞胞中中
11、游游离离的的4 4种种脱脱氧氧核核苷苷酸酸为为原原料料，按按照照碱碱基基互互补补配配对对原原则则，各各自自合合成成与与母母链链互互补补的的一一条条子子链链。随随着着模模板板链链解解旋旋过过程程的的进进行行，新合成的子链也在不断延伸。新合成的子链也在不断延伸。形形成成子子代代DNADNA：同同时时，每每条条新新链链与与其其对对应应的的模模板板链链盘盘绕绕成成双双螺旋结构。螺旋结构。1、概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程3、时间:有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期，随着染色体的复制而完成（真核生物）2、场所:主要是细胞核，其次在线粒体、叶绿体（真核生物）4、条件:模板模板原料原料
12、酶酶能量能量DNA分子的两条母链细胞中4种游离的脱氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶等ATP直接提供 9、结果:7、特点:边解旋边复制半保留复制8、原则：碱基互补配对原则1个DNA分子两个完全相同的DNA分子5、过程:解旋合成子链复旋1 2 4 2n10、方式：半保留复制6 6、复制方向：、复制方向：新链的延伸方向新链的延伸方向只能是只能是5-5-端到端到3-3-端端(从过程上看从过程上看)(从结果上看从结果上看)DNA分子内氢键是复制时自动形成的,不需要酶1 1蛙的红细胞和哺乳动物成熟红细胞，是否都能进行上图所示的DNADNA分子的复制？2.画出染色体中画出染色体中DNA复制结果。（要画出染色体复
13、制结果。（要画出染色体及体现及体现DNA半保留复制的特点）半保留复制的特点）3.说明上述复制形成的两个说明上述复制形成的两个DNA分开的时期及分分开的时期及分开的原因。开的原因。深度思考深度思考DNA分子复制的过程分析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，哪些链的碱基排列顺序是相同的？a和c，b和d的碱基排列顺序相同。解旋酶DNA聚合酶磷酸二酯键氢键2已知果蝇的基因组大小为1.8108 bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的效率一般为50100 bp/s。下图
14、为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因是什么？说明什么？DNA复制的起点和方向复制的起点和方向(1)原核生物：单起点双向复制原核生物：单起点双向复制(2)真核生物：多起点分段复制、双向复制真核生物：多起点分段复制、双向复制在在复复制制速速率率相相同同的的前前提提下下，图图中中DNA是是从从其其最最右右边边开开始始复复制制的的，这这种种复复制方式提高了制方式提高了DNA复制的效率。复制的效率。【资料】DNA平均每复制109个碱基对才会产生一个错误。DNA具有独特的双
15、螺旋结构，能为复制提供精确的模板。碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。使遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。1.如何保证复制具有如此高的准确性？2.DNA进行高精确性的自我复制有何意义？4 4.DNA.DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同()5.5.DNADNA双螺旋结构全部解旋后，开始双螺旋结构全部解旋后，开始DNADNA的复制的复制()6.6.单个脱氧核苷酸在单个脱氧核苷酸在DNADNA酶的作用下连接合成新的子链酶的作用下连接合成新的子链()7.7.真核细胞的真核细胞的DNADNA复制只发生在细
16、胞核中复制只发生在细胞核中()8.8.解旋酶和解旋酶和DNADNA聚合酶的作用部位均为氢键聚合酶的作用部位均为氢键()亲 代第一代第二代第三代15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N无论无论DNADNA复制多少次，含有复制多少次，含有1515N-N-DNADNA分子分子永远只有个永远只有个两212223三、半保留复制的有关计算亲代亲代DNADNA分子经分子经n n次复制后，则次复制后，则子代子代DNADNA分子数：分子数：含亲代母链的含亲代母链的DNADNA分子数：分子数：不含亲代母链的不含亲代母链的DNADNA分子数：分子数：2 2n n个个2 2个个2 2n n-2-2
17、个个含亲代母链的含亲代母链的DNADNA分子数与子代分子数与子代DNADNA分子数之比为：分子数之比为：2/22/2n n只含亲代母链的只含亲代母链的DNADNA分子数：分子数：0 0个个亲代亲代DNADNA分子经分子经 n n 次复制后，则次复制后，则子代子代DNADNA分子中脱氧核苷酸链数：分子中脱氧核苷酸链数：亲代脱氧核苷酸链数：亲代脱氧核苷酸链数：新合成的脱氧核苷酸链数：新合成的脱氧核苷酸链数：2n+1条2条2n+1-2条若一亲代若一亲代DNADNA分子含有分子含有某种某种脱氧核苷酸脱氧核苷酸m m个，则个，则m（2 2n n-1-1）（1 1）则经过）则经过n n次复制共需要消耗次复
18、制共需要消耗 该该脱氧核苷酸个数为：脱氧核苷酸个数为：（2 2）第第n n次复制次复制需要消耗需要消耗该该脱氧脱氧 核苷酸个数为：核苷酸个数为：m 2 2n-1n-11.1.一个有一个有1515N N标记的标记的DNADNA分子放在没有标分子放在没有标记的环境中培养记的环境中培养,复制复制5 5次后标记的次后标记的DNADNA分子占分子占DNADNA分子总数的分子总数的:A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/322.12.1个个DNADNA分子经过分子经过4 4次复制次复制,形成形成1616个个DNADNA分子分子,其中不含亲代母链的其中不含亲代母链的DNADNA分子为分子为:A.2
19、个 B.8个 C.14个 D.32个C C 3.3.一个有一个有1515N N标记的标记的DNADNA分子放在没有标分子放在没有标记的环境中培养记的环境中培养,复制复制5 5次后次后,DNADNA分子中脱氧核苷酸链数（分子中脱氧核苷酸链数（）不含不含1515N N的脱氧核苷酸链数（的脱氧核苷酸链数（）含含1515N N的脱氧核苷酸链占不含的脱氧核苷酸链占不含1515N N的脱氧核的脱氧核苷酸链的比为多少？（苷酸链的比为多少？（）641/311/31624.已知一条完全被15N标记的DNA分子在只含14N的培养基中复制n次后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为151，则n
20、是()A2 B3 C4 D5D D5.5.若某个若某个DNADNA分子含分子含10001000个碱基，其中个碱基，其中G G占占26%26%，此，此DNADNA分子分子经三次复制，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数经三次复制，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数()()在在第三次复制过程中需消耗第三次复制过程中需消耗()()个胞嘧啶脱氧核苷酸。个胞嘧啶脱氧核苷酸。1040104016801680解析：G=C=1000*26%=260个，A=T=（1000-260*2）/2=240总T=240*(23-1)=1680第三次需要C=260*（23-1）=10406.一个不含放射性元素的噬菌体，在脱氧核苷酸被32
21、P标记及氨基酸被15N标记的细菌内，连续繁殖三代，子代噬菌体中含有32P和15N的噬菌体分别占子代噬菌体总数的百分数为()A.100、100B.25、50C.50、50%D.25、0A7.2016年新课标I卷，T29将一个带有某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（n个）并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为_,原因是一个含有32P标记的双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子，因此在得到的n个噬菌体中只有两个带有标记。2/nC9.一个双链
22、被32P标记的DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，将其置于含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是()A该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是60个B第三次复制过程需要240个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸C复制3次后，子代DNA中含32P的单链与含31P的单链之比为18D复制3次后，子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为14该该DNADNA片段有片段有100100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%20%，则腺嘌呤数目为，则腺嘌呤数目为100220%100220%40(40(个个)，根据碱，根据碱基互补配对原则，基互补配对原则，A AT T、
23、G GC C，故该，故该DNADNA片段中含有胞嘧啶的数目是（片段中含有胞嘧啶的数目是（10010022404022）/2/260(60(个个)，A A正正确；第三次复制确；第三次复制DNADNA分子数由分子数由4 4个变为个变为8 8个，增加个，增加4 4个个DNADNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸604604240(240(个个)，B B正确；复制正确；复制3 3次后，共得到次后，共得到8 8个个DNADNA分子，分子，1616条条DNADNA单链，其中只有单链，其中只有2 2条单链含条单链含3232P P，含，含3232P P的单链与含的单链与含313
24、1P P的的单链之比为单链之比为1717，C C错误；由于错误；由于DNADNA的复制为半保留复制，子代的复制为半保留复制，子代DNADNA均含均含3131P P，其中有，其中有2 2个个DNADNA分子含分子含3232P P，所以，所以子代子代DNADNA中含中含3232P P与含与含3131P P的分子数之比为的分子数之比为1414，D D正确。正确。解析：解析：C能量 解旋 两条螺旋的双链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 双螺旋结构 小结：小结：DNA复制过程复制过程 19581958年，赫伯特泰勒用蚕豆(2N=12)(2N=12)根尖细胞作为实验材料，证明了真核细胞染色体DNADNA的复制也
25、符合半保留复制模型。他先用放射性同位素3 3H H标记细胞染色体DNA(DNA(标记双链)，然后让细胞在不含3 3H H的培养液中进行有丝分裂，经放射自显影显示实验结果。拓展拓展 实验实验验证验证利用真核生物为实验材料利用真核生物为实验材料问题问题 :在第在第1 1细胞周期的中期染色体中，每个染色体的细胞周期的中期染色体中，每个染色体的2 2条单体被标记的情况如何？条单体被标记的情况如何？在第1周期的中期染色体中，每个染色体的2条单体都被标记。问题:第2 2细胞周期的中期染色体中，每个染色体的2 2条单体被标记的情况如何？第第2 2周期的中期染色体中，每个染色体仅周期的中期染色体中，每个染色体
26、仅1 1条单体被标记。条单体被标记。DNADNA复制与有丝分裂中的染色体标记问题复制与有丝分裂中的染色体标记问题用用1515N N标标记记细细胞胞的的DNADNA分分子子，然然后后将将其其放放到到含含1414N N的的培培养养液液中中进进行行两两次次有有丝丝分裂分裂，情况如图所示，情况如图所示(以一对同源染色体为例以一对同源染色体为例)：由由图图可可以以看看出出，第第一一次次有有丝丝分分裂裂形形成成的的两两个个细细胞胞中中所所有的有的DNADNA分子都呈分子都呈“杂合状态杂合状态”，即，即1515N/N/1414N NDNADNA；用用1515N N标标记记细细胞胞的的DNADNA分分子子，然
27、然后后将将其其放放到到含含1414N N的的培培养养液液中中进进行行两两次次有有丝分裂丝分裂，情况如图所示，情况如图所示(以一对同源染色体为例以一对同源染色体为例)：第二次有丝分裂形成的子细胞有多种可能性，可能子细胞的所有染色体第二次有丝分裂形成的子细胞有多种可能性，可能子细胞的所有染色体都含都含1515N N，也可能子细胞的所有染色体都不含，也可能子细胞的所有染色体都不含1515N N。即子细胞含有。即子细胞含有1515N N的染色的染色体为体为0 02 2n n条条(体细胞染色体为体细胞染色体为2 2n n条条)。1.1个不含15N的洋葱根尖分生区细胞在含15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培
28、养液中完成一个细胞周期，然后转入不含15N标记的培养液中继续培养至第二个细胞周期的分裂中期，下图能正确表示该细胞分裂中期的是(只考虑其中一条染色体上的DNA分子)DNADNA复制与减数分裂中的染色体标记问题复制与减数分裂中的染色体标记问题用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)：在在减减数数分分裂裂过过程程中中细细胞胞连连续续分分裂裂两两次次，DNADNA只只复复制制一一次次，所所以以四四个个子子细细胞胞中中所所有有的的DNADNA分分子子都都呈呈“杂杂合合”状状态态，即即1515N/N/1414N NDNADNA，子子
29、细细胞胞的的所所有有染染色体都含色体都含1515N N。2.假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后培养在含14N的培养基中，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为A.0B.2C.4D.8解析根根据据DNA分分子子复复制制的的过过程程可可知知，模模板板链链是是含含15N的的DNA链链，原原料料是是含含14N的的脱脱氧氧核核苷苷酸酸，复复制制一一次次后后，每每个个DNA分分子子都都是是一一条条链链含含有有15N，另另一一条条链链含含有有14N，因因此此在在减减数数分分裂裂产产生生的的四四个个精精子子中中，每每一一个个精精子子中中的的DNA组组成成都都是是一一条条链链含含15N，另另一一条条链链含含14N，所所以以减减数数分分裂裂形形成成的的四四个个精精子中所有的子中所有的DNA均含有均含有15N，C正确。正确。