資源簡介

(共28張PPT)
第3節 DNA的復制
第3章 基因的本質
人教版(2019)必修二遺傳與進化
對DNA復制的推測
沃森和克里克在發表DNA雙螺旋結構的那篇著名短文的結尾處寫道：“值得注意的是，我們提出的這種堿基特異性配對方式，暗示著遺傳物質進行復制的一種可能的機制。”
沃森和克里克緊接著發表了第二篇論文，提出了遺傳物質自我復制的假說：DNA復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈分別作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸根據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結合到作為模板的單鏈上。由于新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此，這種復制方式稱作半保留復制
這一假說提出后，也有人持不同觀點，提出全保留復制等不同假說。全保留復制是指DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的
所謂密度梯度離心法就是用一定的惰性介質(氯化銫、蔗糖或多聚蔗糖)在離心管內形成一系列連續或不連續的密度梯度，將需要分離的物質置于離心管介質的頂部，通過重力或離心力場的作用使物質分層、分離。密度大的物質位于離心管的下部，密度小的物質位于離心管的上部。
DNA半保留復制的實驗證據
密度梯度離心法
1958 年， 美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾以大腸桿菌為實驗材料，運用同位素標記技術，設計了一個巧妙的實驗。
DNA半保留復制的實驗證據
密度
大腸桿菌在含15NH4Cl的培養液中生長若干代
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
低
高
一條重帶
轉移到含14NH4Cl的培養液中
細胞分裂一次
提取DNA，離心
細胞再分裂一次
提取DNA，離心
提取DNA，離心
一條中帶
一條輕帶和一條中帶
第一代只出現一條居中的DNA 條帶，這個結果排除了哪種復制方式？
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
低
高
一條重帶
轉移到含14NH4Cl的培養液中
細胞分裂一次
提取DNA，離心
細胞再分裂一次
提取DNA，離心
提取DNA，離心
一條中帶
一條輕帶和一條中帶
DNA半保留復制的實驗證據
實驗結果證明：DNA的復制是以半保留的方式進行的
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
低
高
一條重帶
轉移到含14NH4Cl的培養液中
細胞分裂一次
提取DNA，離心
細胞再分裂一次
提取DNA，離心
提取DNA，離心
一條中帶
一條輕帶和一條中帶
DNA半保留復制的實驗證據
DNA復制模式的探索
1.人們曾對DNA復制存在三種假設如下圖所示： 1.全保留復制 2.半保留復制 3.彌散復制(片段隨機)，請應用密度梯度離心法設計實驗證明DNA的復制方式
親代DNA
子代DNA
1.全保留復制
2.半保留復制
3.彌散復制
將 N標記的DNA分子，置于只含 N的培養基中培養
1.若DNA復制一次表現為 帶，復制兩次表現為 帶則證明DNA復制方式為全保留復制
2.若DNA復制一次表現為 帶，復制兩次表現為 帶則證明DNA復制方式為半保留復制
3.若 則證明DNA復制方式為彌散復制
重、輕
重、輕
中
中與輕
不符合上述兩種情況
DNA復制的過程
概念：DNA的復制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程
前導鏈
連續合成
岡崎片段
解旋酶
DNA聚合酶
DNA連接酶
滯后鏈
不連續合成
DNA聚合酶
DNA復制的過程
概念：DNA的復制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程
復制開始時，在細胞提供的能量的驅動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開，這個過程叫作解旋。然后，DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板，以細胞中游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，各自合成與母鏈互補的一條子鏈。隨著模板鏈解旋過程的進行，新合成的子鏈也在不斷延伸。同時，每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構。
DNA復制的場所
DNA復制的原料
DNA復制的模板
DNA復制的原則
DNA復制的酶
DNA復制是否需要能量
DNA復制的過程
已知果蠅的基因組大小為1.8 × 108bp（bp表示堿基對），真核細胞中DNA復制的速率一般為50 ～ 100 bp/s。下圖為果蠅DNA的電鏡照片，圖中的泡狀結構叫作DNA復制泡，是DNA上正在復制的部分。
復制泡
復制泡
復制泡
多起點，不同時
習題精講
1.1958年,美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾以大腸桿菌為實驗材料,設計實驗探究DNA的復制方式是半保留復制還是全保留復制,部分實驗過程如圖所示。下列相關敘述錯誤的是(　　)
C
A.該實驗原理是利用密度梯度離心技術在試管中區分含有不同氮元素的DNA
B.大腸桿菌在含15NH4Cl的培養液中生長若干代,其DNA幾乎均是15N標記的
C.若將試管②中DNA雙鏈分開后再離心,其結果仍能判斷DNA的復制方式
D.若DNA的復制方式是半保留復制,試管③中含15N的DNA與含14N的DNA的比例為1∶2
2.如圖為真核生物染色體上DNA復制過程示意圖，有關敘述錯誤的是(　　)
習題精講
A
A.圖中DNA復制是從多個起點同時開始的
B.圖中DNA復制是邊解旋邊雙向復制的
C.真核生物DNA復制過程中解旋酶作用于氫鍵
D.真核生物的這種復制方式提高了復制速率
習題精講
3.如圖表示DNA復制的過程。結合圖示判斷，下列有關敘述錯誤的是(　　)
D
A.DNA復制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈間的氫鍵，使兩條鏈解開
B.DNA的復制具有雙向進行的特點，生成的兩條子鏈方向相反
C.DNA的復制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段
D.DNA復制形成的兩條子鏈都是連續合成的
習題精講
4.如圖為某真核細胞中DNA復制過程模式圖,下列分析正確的是(　　)
D
A.酶①和酶②均作用于氫鍵
B.該過程的模板鏈是a、d鏈
C.該過程只能發生在細胞有絲分裂前的間期
D.圖中酶①的運動方向為從下到上
DNA復制的相關計算
由于DNA的復制是半保留復制，若將一個被15N標記的DNA轉移到含14N的培養液中培養(復制)n代，其結果如下：
零代
第一代
第二代
第n代
2n個DNA分子
15N
15N
DNA分子總數
含15N的DNA分子數
含14N的DNA分子數
只含15N的DNA分子數
只含14N的DNA分子數
子代DNA中脫氧核苷酸鏈數
含15N的脫氧核苷酸鏈數
含14N的脫氧核苷酸鏈數
DNA復制的相關計算
由于DNA的復制是半保留復制，若將一個被15N標記的DNA轉移到含14N的培養液中培養(復制)n代，其結果如下：
零代
第一代
第二代
第n代
2n個DNA分子
15N
15N
①若一親代DNA分子含某種脫氧核苷酸m個，經過n次
復制需要消耗該種脫氧核苷酸數是？
②若一親代DNA分子含某種脫氧核苷酸m個，經在第n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數是？
習題精講
1.根據 DNA 復制的有關知識回答下列問題。
(1)用15N標記一個含有 100 個堿基對的 DNA 分子,其中有胞嘧啶60個,若該DNA分子在含14N的培養液中連續復制4次,則結果不可能是( )
A.含有15N 的 DNA 分子占 1/8
B.含有14N 的 DNA 分子占 7/8
C.復制過程中需游離的腺嘌呤脫氧核苷酸600個
D.復制后共有 16 個 DNA 分子
(2)具有N個堿基對的一個DNA分子片段中,含有m個腺嘌呤脫氧核苷酸。
①該片段完成n次復制需要 個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸。
②該片段完成第n次復制需要 個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸。
B
(N-m)(2n-1)
(N-m)2n-1
習題精講
2.一個雙鏈均被32P標記的DNA由5000個堿基對組成,其中腺嘌呤占堿基總數的 20%,將其置于只含有31P的環境中復制3次。下列敘述不正確的是( )
A.該DNA中含有氫鍵的數目為1.3x104個
B.復制過程需要2.4x104個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸
C.子代 DNA 中含有32P的單鏈與含有31P的單鏈之比為1:7
D.子代 DNA 中含有32P與只含有31P的分子數之比為
B
習題精講
3.將一個不含放射性同位素32P標記的大腸桿菌(擬核DNA呈環狀,共含有m個堿基,其中有a個胸腺嘧啶)放在含有32P-胸腺嘧脫氧核苷酸的培養液中培養一段時間,檢測到如圖I、Ⅱ兩種類型的DNA(虛線表示含有放射性的脫氧核苷酸鏈)。下列有關該實驗的結果預測與分析,正確的是( )
A.DNA第二次復制產生的子代DNA有I、II兩種類型
比例為1:3
B.DNA 復制后分配到兩個子細胞時，其上的基因的遺
傳遵循基因分離定律
C.復制n次需要胞嘧啶的數目是(2n-1)(m-a)/2個
D.復制n次形成的放射性脫氧核苷酸單鏈為2n+1-2條
I
II
D
習題精講
4.(不定項)(2024黑龍江齊齊哈爾期中)假設一個雙鏈均被32P標記的噬菌體DNA由5 000個堿基對組成,其中腺嘌呤占全部堿基的20%。用一個含有這樣DNA的噬菌體侵染只含31P的大腸桿菌后,若共釋放出100個子代噬菌體,下列敘述不正確的是(　 　)
A.該過程至少需要3×103個鳥嘌呤脫氧核苷酸
B.噬菌體增殖需要細菌提供模板、原料和酶等
C.含32P與只含31P的子代噬菌體的比例為1∶49
D.子代噬菌體中含有31P的噬菌體為100個
AB
1.DNA 復制遵循半保留復制原則。
2.DNA 分子的兩條單鏈中，只要有一條單鏈有標記，則形成的染色(單)體即認為有標記
3.有絲分裂后期，著絲粒斷裂，染色單體會隨機移向兩極。
雙鏈均被15N標記的DNA分子，在14N培養基中培養，第一次復制
15N標記單鏈
14N標記單鏈
復制標記問題----DNA復制第一次
復制
分裂
1.DNA 復制遵循半保留復制原則。
2.DNA 分子的兩條單鏈中，只要有一條單鏈有標記，則形成的染色(單)體即認為有標記
3.有絲分裂后期，著絲粒斷裂，染色單體會隨機移向兩極。
雙鏈均被15N標記的DNA分子，在14N培養基中培養，第一次復制
15N標記單鏈
14N標記單鏈
復制標記問題----DNA復制第一次
復制
分裂
DNA復制與細胞分裂的相關問題分析
若某體細胞中染色體(假設染色體數為2n＞＞M)全部被15N標記，則該細胞放在不含15N的培養液中培養一代，獲得兩個子細胞中被標記的染色體數是 條，被標記的子細胞是 個；
若某體細胞中染色體(假設染色體數為2n＞＞M)全部被15N標記，則該細胞放在不含15N的培養液中培養兩代，獲得四個子細胞中被標記的染色體數是 條，被標記的子細胞是 個；
有絲分裂中標記情況
減數分裂中標記情況
由于減數分裂DNA復制一次，細胞分裂兩次，所以所得的子細胞中染色體都被標記。
習題精講
1.將某精原細胞(2N=8)的DNA分子用15N標記后置于含14N的培養基中培養，經過連續兩次細胞分裂后，檢測子細胞中的情況。下列推斷正確的是( )。
A.若進行有絲分裂，則含15N染色體的子細胞比例為1/2
B.若進行減數分裂，則含15N染色體的子細胞比例為1
C.若進行有絲分裂，則第二次分裂中期含14N的染色單體有8條
D.若進行減數分裂，則減I中期含14N的染色單體有8條
BCD
習題精講
2:某果蠅精原細胞中8條染色體上的 DNA 已全部被15N標記，其中一對同源染色體上有基因A和 a,現給此精原細胞提供含1N的原料讓其連續進行兩次分裂，產生四個子細胞，分裂過程中無基因突變和染色體變異發生。下列有關敘述錯誤的有( )
A.若子細胞中均含4條染色體，則一定有一半子細胞含有a基因
B.若子細胞中均含8條染色體，則每個子細胞中均含1個A基因和1個a基因
C.若子細胞中的核 DNA均含15N，則每個子細胞均含8條染色體
D.若子細胞中一半的核 DNA含15N，則每個子細胞均含8條染色體
A
習題精講
3.玉米(2n=20)一個體細胞中的每條染色體DNA雙鏈均被32P標記,如果把該細胞放置在不含32P的培養液中培養,使其連續分裂,將會在第幾次分裂中出現每個細胞的中期和后期分別有20條被標記的染色體　(　　)
A.第一次　　　　B.第二次
C.第三次　　　　D.第四次
B
習題精講
4.BrdU能替代T與A配對,而摻入新合成的DNA鏈中。當用姬姆薩染色液染色時,不含BrdU的鏈為深藍色,含BrdU的鏈為淺藍色,深藍色可掩蓋淺藍色。現將植物根尖分生組織放在含有BrdU的培養液中進行培養,圖中a~c依次表示加入BrdU后連續3次細胞分裂中期時,來自同1條染色體的各子代染色體的顯色情況(灰色表示深藍色,白色表示淺藍色)。下列有關說法正確的是(　　)
B
A.a中每條染色單體上的DNA分子的2條脫氧核苷酸鏈都不含BrdU
B.b中每條染色體上的2個DNA分子中僅有1個DNA分子的2條脫氧核苷酸鏈都含BrdU
C.c中有2條染色單體上的DNA分子中2條脫氧核苷酸鏈都含BrdU
D.若繼續分裂,則第4次分裂中期只有1條染色單體出現深藍色
習題精講
4.讓雄果蠅(2n=8)的一個精原細胞(甲)在含有放射性標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液中完成一次有絲分裂,形成2個精原細胞(乙和丙),然后在不含放射性標記的培養液中培養至其完成減數分裂,形成8個精細胞(無染色體互換),下列有關敘述正確的是(　　)
A.甲在有絲分裂后期,只有一半的染色體具有放射性
B.乙在減數分裂Ⅰ后期時,一半的染色體具有放射性
C.丙形成的子細胞在減數分裂Ⅱ后期,每個細胞中含放射性的染色體都占1/2
D.乙和丙在完成減數分裂后,每個精細胞中都一定有一半的染色體具有放射性
C

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