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(共38張PPT)
3.3 DNA的復制(第一課時)
（1）讓恐龍復活的關鍵是什么？
獲得恐龍的DNA分子，讓DNA進行復制。
（2）DNA作為遺傳物質，是如何進行復制的,怎樣保證DNA準確復制？
情境導入
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。”
in the following communications. We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chemical arguments.
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic material.
Full details of the structure, including the con-ditions assumed in building it , together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere.
《核酸的分子結構》論文節選
討論
1.堿基互補配對原則暗示DNA的復制機制可能是怎樣的？
堿基互補配對原則是指DNA兩條鏈的堿基之間有準確的一一對應關系，暗示DNA的復制可能需要先解開DNA雙螺旋的兩條鏈，然后通過堿基互補配對合成互補鏈。
2.這句話中為什么要用“可能”二字？這反映科學研究具有什么特點？
科學研究需要大膽的想象，但得出結論必須建立在確鑿的證據之上。
課本P53
問題探討—教材P53
1、科學的研究方法
（二）推測可能的復制方式
（三）推理、探究幾種復制模式下得到子代DNA的可能情況，預測可能實驗結果
（四）完成實驗
（一）DNA的是如何復制的
假說—演繹法
提出問題
作出假說
演繹推理
實驗驗證
得出結論
探究DNA的復制方式
一、對DNA復制的推測
1、堿基互補配對原則暗示DNA的復制機制可能是怎樣的？
2、這句話中為什么要用“可能”二字？這反映科學研究具有什么特點
in the following communications. We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chemical arguments.
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic material.
Full details of the structure, including the con-ditions assumed in building it , together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere.
《核酸的分子結構》論文節選
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。”
一、對DNA復制的推測
半保留復制
全保留復制
分散復制
這些觀點各有不同，如何來證明那個觀點是正確的？
一、對DNA復制的推測
1、沃森和克里克提出了遺傳物質自我復制的假說：
(1)DNA復制，DNA雙螺旋 ，互補的堿基之間的 斷裂。
(2)解開的兩條單鏈分別作為復制的 ，游離的脫氧核苷酸根據
.原則，通過形成氫鍵，結合到作為模板的單鏈上。
(3)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 。
解開
氫鍵
模板
堿基互補配對
半保留復制
特點：形成的分子一半是新的，一半是舊的
一、對DNA復制的推測
2.其他觀點——全保留復制、分散復制
全保留復制
分散復制
全保留復制模型圖
彌散復制模型圖
特點：一全新，一全舊
特點：新舊都有，隨機組合
以兩條母鏈為模板合成兩條DNA子鏈，子代DNA中母鏈重新結合，兩條子鏈彼此結合成另一個子代DNA分子。
親代DNA雙鏈被切成片段后合成，然后子、母雙鏈聚集成“雜種鏈”。
一、對DNA復制的推測
1.提出問題：
2.提出假說:
DNA以什么方式復制？
（1）半保留復制
（2）全保留復制
（3）分散復制
親代DNA雙鏈被切成片段后合成子鏈，
然后子、母雙鏈聚集成“雜種鏈”。
子代DNA的雙鏈都是新合成的
子代DNA中保留了親代DNA分子中的一條鏈
②.作出假設
①.提出問題
一、對DNA復制的推測
問題1：左圖的母鏈和子鏈如何區分？
（1）半保留復制
（2）全保留復制
（3）分散復制
問題2：現實中DNA有顏色嗎？
母鏈為紅色，子鏈為藍色
沒有，僅做題為了區分人為進行
問題3：要通過實驗“探究DNA復制是哪種方式？”關鍵思路是什么？
關鍵思路：通過實驗區分親代和子代的DNA。
問題4：DNA是肉眼看不可見的，如何做區分親代和子代的DNA,又如何進行實驗觀察區分呢？
二、DNA半保留復制的實驗證據
梅塞爾森
斯塔爾
1958年
同位素標記技術
資料：15N和14N是N元素的兩種穩定的同位素，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。
大腸桿菌（繁殖快，20min一代）
問題5：為什么不用32P，14C等具有放射性的同位素標記呢？形成的不同密度的DNA分子應如何區分？
同位素標記技術
如何在實驗中直觀區分母鏈和子鏈？
二、DNA半保留復制的實驗證據
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(輕帶)
(中帶)
(重帶)
密度梯度離心技術
利用離心技術可以在試管中區分含有不同質量N元素的DNA。
形成的不同密度的DNA分子應如何區分？
二、DNA半保留復制的實驗證據
15NH4Cl
14N/ 14N
-DNA
繁殖若干代
15N/ 15N
-DNA
目的？
得到的大腸桿菌DNA幾乎都是15N標記的
同位素標記技術
二、DNA半保留復制的實驗證據
15N/ 15N
-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA
離心
提取DNA
離心
？
？
？
哪個位置
？
？
？
哪個位置
同位素標記技術
密度梯度離心技術
二、DNA半保留復制的實驗證據
合作探究：若將15N-DNA放在14N的環境中進行培養，則P、F1、F2的DNA分別含有哪種N元素？
嘗試畫出1個DNA分子分別按照半保留復制、全保留復制的方式復制兩次的圖解模型。
一、對DNA復制的推測
1.提出問題：
2.提出假說:
DNA以什么方式復制？
（1）半保留復制
（2）全保留復制
（3）分散復制
親代DNA雙鏈被切成片段后合成子鏈，
然后子、母雙鏈聚集成“雜種鏈”。
子代DNA的雙鏈都是新合成的
子代DNA中保留了親代DNA分子中的一條鏈
②.作出假設
①.提出問題
二、DNA半保留復制的實驗證據
（三）演繹推理
半保留復制
親代
子一代
子二代
細胞再分裂一次
轉移到含14NH4Cl的培養液中
細胞分裂一次
提取DNA離心
提取DNA離心
提取DNA離心
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
重帶
中帶
輕帶
中帶
15N
15N
15N
14N
14N
15N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
大腸桿菌在含15NH4Cl的培養液中生長若干代
(1/2)
(1/2)
二、DNA半保留復制的實驗證據
（三）演繹推理
親代
子一代
子二代
細胞再分裂一次
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
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
重帶
輕帶
輕帶
重帶
重帶
15N
15N
14N
14N
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
大腸桿菌在含15NH4Cl的培養液中生長若干代
(1/2)
(1/2)
(3/4)
(1/4)
全保留復制
二、DNA半保留復制的實驗證據
（三）演繹推理
分散復制
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
子一代
15N/15N-DNA
1514N/1514N-DNA
15N
14N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
1514N/1514N-DNA
子二代
重帶
中帶
中帶
大腸桿菌在含15NH4Cl的培養液中生長若干代
二、DNA半保留復制的實驗證據
結論：
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的復制是分散復制
細胞再分裂一次
轉移到含14NH4Cl
的培養液中
分裂一次
提出DNA離心
提出DNA離心
提出DNA離心
親代
子一代
DNA
復制一次
子二代
DNA
復制一次
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N
14N/ 15N
14N/ 14N
14N/ 14N
15N/ 14N
14N/ 15N
二、DNA半保留復制的實驗證據
提出問題
作出假說
演繹推理
實驗驗證
得出結論
假說—演繹法
推測可能的復制方式
DNA是如何復制的？
根據復制方式，預測實驗結果
實驗結果與半保留復制的預期相符
DNA分子復制的方式是半保留復制
半保留復制
全保留復制
分散型復制
三、DNA復制的過程
三、DNA復制的過程
指以 為模板合成 的過程。
真核細胞：
主要在 中，但在線粒體、葉綠體也有DNA的復制；
原核細胞：
主要在 中，在質粒處也有DNA的復制。
細胞分裂前的 ， 隨著染色體的復制而完成。( 的間期、 的間期)
親代DNA
子代DNA
細胞核
擬核
1、概念：
2、DNA復制場所
3、發生時期（真核生物）
間期
有絲分裂前
減數分裂前
病毒： 。
在宿主細胞
三、DNA復制的過程
在ATP的驅動下，解旋酶將DNA部分雙螺旋的兩條鏈解開。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
（1）解旋
問題1：是什么物質將DNA雙螺旋打開？
解旋酶
問題2：為什么這種物質可將DNA雙螺旋打開？
解旋酶可斷開氫鍵
三、DNA復制的過程
以游離的4種脫氧核苷酸為原料，合成與母鏈互補的子鏈。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
形成氫鍵
（2）合成子鏈
注：氫鍵形成不需酶和能量
三、DNA復制的過程
在DNA聚合酶催化下單個的脫氧核苷酸聚合成脫氧核苷酸鏈
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
DNA聚合酶
5'
3'
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
ATP
ATP
DNA聚合酶形成磷酸二酯鍵
（2）合成子鏈
合成方向：
子鏈的5'端→ 3'端
三、DNA復制的過程
問題3：子鏈的合成是以什么為模板
問題4：子鏈的合成需要什么原料？
問題5：子鏈的合成遵循哪一原則？
問題6：將單個脫氧核苷酸連接起來依靠哪一物質？
問題7：DNA的兩條鏈是完全打開后，才開始合成子鏈嗎？
母鏈（親代DNA的兩條鏈）
4種游離的脫氧核苷酸
堿基互補配對原則
DNA聚合酶
邊解旋邊復制
三、DNA復制的過程
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
A
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構。
（3）合成子代DNA
方向：子鏈5’到3’雙向復制
三、DNA復制的過程
新合成的子鏈
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游離的脫氧核苷酸
解旋
合成子鏈
重新螺旋
細胞提供ATP
需要解旋酶的作用
結果：氫鍵斷裂，雙鏈打開
解開的每一條母鏈
四種脫氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
堿基互補配對原則
5′端至3′端
每條新鏈和對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構
方向：
原則：
酶 ：
原料：
模板：
4、過程與條件
（斷裂氫鍵）
（形成磷酸二酯鍵）
（形成磷酸二酯鍵）
三、DNA復制的過程
邊解旋邊復制 半保留復制
（1）DNA分子獨特的 結構，為復制提供了精確的模板；
（2） 原則，保證了復制能夠準確地進行。
將 從親代傳給子代，從而保持遺傳信息的 。
5、復制特點
7、DNA能夠精確復制的原因
9、復制的意義
你認為DNA復制會百分之百準確嗎？如果復制出現錯誤，可能會產生什么影響？
會出錯，可能導致基因突變，引起生物體性狀的改變。
雙螺旋
堿基互補配對
遺傳信息
連續性
6、遵循的原則
堿基互補配對原則
8、復制的結果
一個DNA分子形成了兩個完全相同的DNA分子。
三、DNA復制的過程
1、DNA分子兩條子鏈的合成方向都是5'→3'。
2、加熱可使DNA分子變性，雙鏈打開；降溫后DNA雙鏈又會重新形成
3、真核生物DNA多起點、雙向復制，可明顯縮短復制時間，提高效率
原核生物DNA復制
單起點雙向復制
多起點雙向復制
真核生物DNA復制
復制泡
拓展
三、DNA復制的過程
特點
精確復制的原因
意義
方向
結果
①半保留復制；②邊解旋邊復制；
③雙向復制；④真核生物有多個復制起點
（1）DNA分子獨特的雙螺旋結構，為復制提供了精確的模板；（2）堿基互補配對原則，保證了復制能夠準確地進行。
將遺傳信息從親代傳給子代，從而保持遺傳信息的連續性。
1個DNA分子形成2個完全相同的DNA分子
從子鏈的5' 端向 3' 端延伸
DNA復制的過程
三、DNA復制的過程
1、如圖為DNA分子復制的兩個模型，請據圖回答下列問題。
(1)圖1中的酶1和酶2分別是什么酶？分別作用于圖2中哪個部位？
(2)圖1中的a、b、c、d四條脫氧核苷酸鏈中，哪些鏈堿基排列順序相同？
a和c，b和d的堿基排列順序相同。
解旋酶
DNA聚合酶
磷酸二酯鍵
氫鍵
四、DNA復制中的有關計算
動動手：畫出一個被15N標記的DNA分子在含14N的培養基中培養3代的DNA復制過程
（標出每條鏈是15N還是14N）
親 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
無論DNA復制多少次，含有15N-DNA分子永遠只有　　個
兩　　　
21
22
23
四、DNA復制中的有關計算
親代DNA分子經n次復制后，則
①子代DNA分子數：
②含親代母鏈的DNA分子數：
④不含親代母鏈的DNA分子數：
2n個
2個
2n-2個
⑤含親代母鏈的DNA分子數與子代DNA
分子數之比為：
2/ 2n
③只含親代母鏈的DNA分子數：
0個
1、DNA分子數
四、DNA復制中的有關計算
親代DNA分子經 n 次復制后，則
①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數：
②親代脫氧核苷酸鏈數：
③新合成的脫氧核苷酸鏈數：
2n+1條
2條
2n+1-2條
2、脫氧核苷酸鏈數
四、DNA復制中的有關計算
若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，則
m（ 2n-1）
（1）則經過n次復制共需要消耗該脫氧
核苷酸個數為：
（2）第n次復制需要消耗該脫氧核苷酸
個數為：
m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1
“DNA復制了n次”PK“第n次復制”
堿基是“對”PK“個”
“DNA分子數”PK“鏈數”，
“含”PK“只含”
易錯點拔
3、消耗的脫氧核苷酸數
DNA復制的推測
DNA復制實驗證據
DNA復制
全保留復制
半保留復制
實驗過程
實驗結果
實驗結論
基本條件
過程
特點
用15N標記DNA大腸桿菌放在含有14N的培養液中培養，在不同時刻提取DNA并進行分離
親代：一條DNA帶（底部）
第一代：一條DNA帶（中間）
第二代：兩條DNA帶（中間、上部）
DNA復制是半保留復制
解旋
合成子鏈
重新螺旋
模板
酶
能量
原料
DNA的兩條鏈
四種脫氧核苷酸
邊解旋邊復制
解旋酶
DNA聚合酶
證明
參與
參與

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