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第2節 DNA分子的結構和復制
第2課時
闡明DNA分子復制的條件、過程和特點，通過對DNA復制過程的理解和應用培養分類歸納總結的科學思維。
01
02
了解DNA分子半保留復制的實驗證據，基于對DNA半保留復制過程的理解進一步形成結構與功能相適應的觀念
　　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。”
《核酸的分子結構》論文節選
DNA的復制發生在什么時期？
DNA分子是怎樣進行復制的呢
復制一次
親代DNA
子代DNA
全保留復制模型：即親代的雙螺旋形態結構完全不變，
子代只是全新的復制品。
模型1
一、對DNA復制的推測
模型2
分散復制模型：即親代的DNA會分散進入子代復制品的每條鏈中，親代和子代的DNA都是舊DNA和新DNA的混合體。
復制一次
親代DNA
子代DNA
半保留復制模型：即以親代DNA的每條鏈為模板合成一條
互補子鏈，再與互補子鏈組成子代DNA
模型3
復制一次
親代DNA
子代DNA
半保留
復制
全保留
復制
需要通過實驗驗證
首要問題，如何區分開親代與子代的DNA？
分散
復制
1.實驗者：
2.實驗材料：
3.實驗方法：
美國生物學家米西爾森和斯塔爾
4.背景知識：
大腸桿菌（繁殖快，20min一代）
同位素標記法
①15N和14N是氮元素的兩種穩定同位素，這兩種同位素的相對原子質量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大；
②利用離心技術可以在盛有氯化銫溶液的試管中區分含有不同氮元素的DNA；
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
輕鏈
中鏈
重鏈
密度梯度離心技術
高密度帶
中密度帶
低密度帶
15N
14N
15N
15N
14N
14N
密度梯度離心法（補充）
親 代
子一代
子二代
細胞再分裂一次
15N
15N
轉移到含14NH4Cl的培養液中
細胞分裂一次
提出DNA離心
提出DNA離心
提出DNA離心
假設DNA的復制是全保留復制
15N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
演繹推理
子一代
子二代
親 代
細胞再分裂一次
15N
15N
轉移到含14NH4Cl的培養液中
細胞分裂一次
提出DNA離心
提出DNA離心
提出DNA離心
假設DNA的復制是分散復制
15N
14N
15N
14N
演繹推理
15N
14N
14N
14N
15N
14N
親 代
子一代
子二代
細胞再分裂一次
15N
15N
轉移到含14NH4Cl的培養液中
細胞分裂一次
提出DNA離心
提出DNA離心
提出DNA離心
假設DNA的復制是半保留復制
演繹推理
證明DNA的復制是半保留復制
排除DNA的復制是全保留復制
排除DNA的復制是分散型復制
實驗驗證
1.細菌在含15NH4Cl的培養基中繁殖數代后，使細菌DNA的含氮堿基均含有15N，然后再移入含14NH4Cl的培養基中培養，抽取其子代的DNA經高速離心分離，如圖①～⑤為可能的結果，下列敘述錯誤的是(　　)
A．第一次分裂的子代DNA應為⑤
B．第二次分裂的子代DNA應為①
C．第三次分裂的子代DNA應為③
D．親代的DNA應為⑤
A
二、DNA復制的過程
1.概念：
以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。DNA→DNA。
2.場所：
真核細胞：細胞核（主要）、葉綠體、線粒體。
原核細胞：細胞質
病毒：宿主細胞內
3.時間：
細胞分裂前的間期。
(有絲分裂前的間期，減數分裂前的間期）
解旋
合成子鏈
螺旋化
①在解旋酶的作用下，氫鍵斷裂，部分DNA雙螺旋的兩條鏈解開。
②DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板，一游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，合成與母鏈互補的一條子鏈。
4.過 程
③每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構。
解旋酶
DNA聚合酶
母鏈(模板鏈)
子鏈(新合成的鏈)
四種脫氧核苷酸
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
1.解旋
2.合成子鏈
3.螺旋化
C.酶：
解旋酶、DNA聚合酶等
B.原料：
四種脫氧核苷酸
A.模板：
親代DNA的兩條母鏈
D.能量：
ATP
5.復制的條件：
7.復制的結果：
半保留復制（結果），
邊解旋邊復制（過程），
多起點雙向復制（真核）
6.復制的特點：
1個DNA→2個DNA
思考：1.DNA為什么能準確復制？
⑴因為它具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供模板；
⑵因為它的堿基互補配對能力，能夠使復制準確無誤。
2.復制后的兩個DNA是如何平均分配到兩個細胞中的？
隨染色單體的分離進入兩個細胞中
3.復制的意義是什么？
DNA通過復制，將遺傳信息從親代傳給了子代，保持親代和子代遺傳信息的連續性
多起點雙向復制
單起點雙向復制
思考：4.真核細胞與原核細胞DNA復制有什么區別？
將含有 15N的DNA分子放在含有14N的培養基上培養，復制n次，則：
(1)DNA分子數：
①子代DNA (含14N)分子數＝
②含有親代DNA鏈的子代DNA(15N)分子數＝
③不含親代鏈的子代DNA(只含14N)分子數＝
2n個
2個
(2n－2)個
(2)脫氧核苷酸鏈數：
①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數＝
②親代脫氧核苷酸鏈數(15N) ＝
③新合成的脫氧核苷酸鏈數(14N) ＝
2n＋1條
2條
(2n＋1－2)條
三、DNA復制的相關計算
①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸 ？
②第n次復制，消耗該脫氧核苷酸數？
(3)消耗的脫氧核苷酸數：
m (2n－1)個
m·2n－1
例、一個具有a個堿基對的DNA，含有b個A，該DNA完成n次復制，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸多少個？
一個DNA含有胞嘧啶脫氧核苷酸：
a-b
完成n次復制，凈增DNA：
2n-1
（2n-1）X
(a-b)
2.將DNA雙鏈都被15N標記的大腸桿菌放在含有14N的培養基中培養，使其分裂3次，下列敘述正確的是（ ）
A. 所有的大腸桿菌都含有15N
B. 含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例1/2
C. 含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例1/4
D. 含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例為1/8
C
3．下列關于DNA復制的敘述正確的是（ ）
A．復制方式為全保留復制
B．復制過程需要核糖核苷酸作為原料
C．復制過程為邊解旋邊復制
D．復制過程需要RNA聚合酶
C
4．如圖為DNA復制過程示意圖，分析該圖不能得出的結論是（ ）
A．該過程需要的原料是核糖核苷酸
B．①和③是DNA復制的兩條模板鏈
C．DNA復制的過程是邊解旋邊復制
D．DNA復制的方式是半保留復制
A
5．已知某DNA分子中共含1000個堿基對，其中腺嘌呤400個，若該DNA分子連續復制2次，則需要游離的鳥嘌呤脫氧核苷酸（ ）
A．600個
B．1600個
C．1800個
D．2400個
C
DNA復制的推測
DNA半保留復制的實驗證據
DNA復制的過程
DNA能準確復制的原因
方法：同位素標記法、密度梯度離心
（2）堿基互補配對原則保證復制準確無誤
（1）DNA分子獨特的雙螺旋結構提供精確的模板
半保留復制、全保留復制和分散復制模型
場所、時間、模板、原料、能量、酶、堿基互補配對、特點

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