第3節(jié)DNA的復制

問題探討

沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那篇著作短文的結(jié)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(zhì)進行復制的一種可能的機制”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(guān)系，暗示DNA的復制可能要先解開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？這反應科學研究具有什么特點？科學研究需要大膽的想象，但是得出結(jié)論必須建立在確鑿的實驗證據(jù)之上。inthefollowingcommunications.Wewerenotawareofthedetailsoftheresultspresentedtherewhenwedevisedourstructure,whichrestsmainlythoughnotentirelyonpublishedexperimentaldataandstereo-chemicalarguments.

Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegengticmaterial.Fulldetailsofthestructure,includingthecon-ditionsassumedinbuildingit,togetherwithasetofco-ordinatesfortheatoms,willbepublishedelsewhere.01無論細胞有絲分裂還是減數(shù)分裂，都要經(jīng)歷一個較長的細胞分裂間期。細胞在分裂間期主要有什么變化？DNA分子是怎樣進行復制的呢?最早提出的DNA復制模型有三種:一、對DNA分子復制的推測半保留復制

全保留復制分散式復制

沃森和克里克推測是半保留復制模型2、如果要你來設(shè)計實驗，你認為最基本的思路是什么？

把復制的單鏈和原來的鏈做上標記，然后觀察它在新DNA中出現(xiàn)的情況。復制一次1、這些觀點各有不同，如何來證明那個觀點是正確的？只能用實驗來證明。15N-15N的DNA離心后處在最下層二、DNA半保留復制的證據(jù):1、Meselson-Stahl實驗過程：P5315N-14N的DNA離心后處在中層15N-14N的DNA離心后處在中層14N-14N的DNA離心后處在上層關(guān)鍵思路：通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。標記親代DNA鏈，然后觀察它們在子代DNA中如何分布。

1958年，美國生物學家梅塞爾森（M.Meselson）和斯塔爾（F.Stahl）以大腸桿菌為材料，利用15N和14N進行同位素標記，將親代DNA全部標記為15N，并將其放入14N的環(huán)境中培養(yǎng)。15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定的同位素，這兩種同位素的相對原子質(zhì)量不同，因此，利用離心技術(shù)可以在試管中區(qū)分含有不同N元素的DNA?？茖W方法：科研方法：二、DNA半保留復制的實驗證據(jù)同位素標記法（N15無放射性）、密度梯度離心法假說-演繹法高密度帶中密度帶低密度帶15N14N15N15N14N14NDNA半保留復制的實驗證據(jù)密度梯度離心法重帶(下部)15N/15N中帶(中間)15N/14N輕帶(上部)14N/14N中帶(中間)15N/14N實驗結(jié)論：DNA的復制是以半保留的方式進行的三、DNA復制的過程⑴解旋：在ATP的驅(qū)動下，解旋酶將DNA部分雙螺旋的兩條鏈解開。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶DNA復制的過程⑵合成子鏈：游離的4種脫氧核苷酸按堿基互補配對原則隨機地與兩條母鏈的堿基配對，確定子鏈的脫氧核苷酸排列順序。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氫鍵DNA復制的過程（2）合成子鏈：在DNA聚合酶的催化下從子鏈的5'端把子鏈的脫氧核苷酸聚合成脫氧核苷酸鏈。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTA5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP

合成方向：子鏈的5'端→3'端形成磷酸二酯鍵DNA復制的過程（3）形成子代DNA分子：每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'DNA復制的過程解旋酶酶5'3'3'5'DNA聚合酶5'3'前導鏈5'3'岡崎片段DNA連接酶DNA聚合酶的底物：脫氧核苷酸DNA連接酶的底物：DNA片段后隨鏈前導鏈與后隨鏈（滯后鏈）：互補配對DNA復制的過程解旋——在能量驅(qū)動下，解旋酶將DNA雙螺旋解開合成子鏈——DNA聚合酶以解開的每一條母鏈為模板，以游離的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復旋（合成子代DNA分子）——隨著解旋進行，子鏈不斷延伸，每條新子鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA復制的過程模板模板母鏈子鏈三、DNA分子的復制1.DNA分子復制的概念，時間，場所?2.DNA分子復制過程怎么進行?3.DNA分子復制過程需要哪些條件?4.DNA分子復制過程有何特點?5.DNA分子復制有何生物學意義?1.概念：2.時間：3.場所：真核生物：細胞核(主要場所)，葉綠體，線粒體；原核生物：細胞質(zhì)。三、DNA分子的復制

細胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂的間期。

是指以親代DNA為模板，合成子代DNA的過程（1DNA→2DNA）。

①模板：親代DNA的兩條母鏈；②原料：游離的4種脫氧核苷酸：③能量：ATP（來自細胞呼吸作用）;④酶：DNA解旋酶（作用于氫鍵），DNA聚合酶（形成磷酸二酯鍵）等。三、DNA分子的復制4.條件AAATTTGGGGCCCATCAGCTCGTAAATTTGGGGCCCATCCAGTCGTAAATTTGGGGCCCATCCTAGTCG8.結(jié)果：1個DNA分子兩個完全相同的DNA分子三.DNA分子的復制9.準確復制的原因：獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復制提供模板堿基互補配對原則使復制準確無誤5.過程：①解旋：②合成子鏈：③形成子代DNA6.特點:半保留復制邊解旋邊復制7.原則:堿基互補配對原則10.意義:使遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性，親代DNA分子

子一代DNA分子（DNA復制一次）

子二代DNA分子（DNA復制兩次）15N/15N14N/14N14N/14N14N/15N15N/14N四、DNA復制計算例1、一個DNA連續(xù)復制n次后，共有DNA()個;脫氧核苷酸鏈()條,其中母鏈()條,子鏈()條;含母鏈的DNA()個,含子鏈的DNA占總的()只含子鏈的DNA（）個。例2、具有100個堿基對的1個DNA分子區(qū)段,內(nèi)含40個胸腺嘧啶,如果連續(xù)復制3次,則需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸（）A.60個

B.180個

C.280個

D.420個

D

1、1個DNA分子經(jīng)過4次復制，形成16個DNA分子，其中含有最初DNA分子長鏈的DNA分子有（）A.2個B.8個C.16個D.32個2、以DNA的一條鏈“－A－T－C－”為模板，經(jīng)復制后的子鏈是（）A.“－T－A－G－”B.“－U－A－G－”C.“－T－A－C－”D.“－T－U－G－”當堂測評3、由15N標記細菌的DNA，然后又將14N來供給這種細菌，于是該細菌便用14N來合成