第三章

基因的本質(zhì)

第三節(jié)DNA的復(fù)制1.對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)與證明2.DNA復(fù)制過(guò)程以及堿基運(yùn)算【學(xué)習(xí)目標(biāo)】復(fù)習(xí)：DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子的結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)基本單位——脫氧核苷酸主要特點(diǎn)遵循的原則一分子磷酸一分子脫氧核糖一分子堿基：A、G、C、T外側(cè)的基本骨架：

由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成內(nèi)側(cè)是由堿基通過(guò)

連接成的堿基對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則氫鍵5’端3’端5’端3’端小樣!我們爺倆才是傳奇！親代的遺傳物質(zhì)如何“多出一份”來(lái)傳遞給子代？瞧!我們爺倆長(zhǎng)的，咋就這么像呢？復(fù)制一次親代DNA子代DNA一、對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)1.全保留復(fù)制：新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒(méi)有舊的部分；2.半保留復(fù)制：形成的分子一半是新的，一半是舊的；3.彌散復(fù)制：新復(fù)制的分子中新舊都有，但分配是隨機(jī)組合的；復(fù)制一次復(fù)制一次最早提出的DNA復(fù)制模型有三種：哪一種才是DNA的復(fù)制方式？如何證明？復(fù)制一次需要解決的問(wèn)題1:要在實(shí)驗(yàn)中直觀地區(qū)別、“標(biāo)識(shí)”母鏈或子鏈,可以采取什么辦法？【分析】復(fù)制后得到的子一代DNA和子二代DNA的組成是怎樣的?利用同位素標(biāo)記的方法【提出假說(shuō)】DNA復(fù)制是半保留復(fù)制

需要解決的問(wèn)題2:如果用同位素進(jìn)行標(biāo)記，可標(biāo)記什么元素?假說(shuō)-演繹法C、H、O、N、P問(wèn)題3:如果親代DNA是15N的，放在14N的環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)，則親代、子一代、子二代DNA分別含有哪種N元素？一、對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)學(xué)生活動(dòng)1：演繹推理子一代：子二代：親代：15N/14N-DNA

(全部)15N/14N-DNA(1/2)

14N/14N-DNA(1/2)

15N/15N-DNA

(全部)15N15N15N15N14N14N問(wèn)題3:如果親代DNA是15N的，放在14N的環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)，則親代、子一代、子二代DNA分別含有哪種N元素？一、對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)親代DNA分子【演繹推理】子一代：子二代：親代：15N/14N-DNA

(全部)15N/14N-DNA(1/2)

14N/14N-DNA(1/2)

15N/15N-DNA

(全部)復(fù)制前復(fù)制后問(wèn)題4:要驗(yàn)證上述預(yù)測(cè),就要分別觀察親代和子代的情況,但實(shí)驗(yàn)中,復(fù)制后的DNA分子混合在一起的，不易分離。怎么解決這個(gè)問(wèn)題？密度梯度離心使其發(fā)生分層(15N質(zhì)量大于14N)假說(shuō)-演繹法提取DNA，進(jìn)行密度梯度離心一、對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)問(wèn)題5:按照我們剛才的演繹推理，親代、子一代、子二代應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)怎樣的DNA帶？【演繹推理】重帶中帶輕帶15N/14N15N/14N15N/14N14N/14N14N/14N出現(xiàn)三條帶：重帶（下部）、中帶（中間）、輕帶（上部）子一代：子二代：親代：15N/14N-DNA

(全部)15N/14N-DNA(1/2)

14N/14N-DNA(1/2)

15N/15N-DNA

(全部)假說(shuō)-演繹法一、對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)驗(yàn)證假說(shuō)二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)結(jié)論：DNA的復(fù)制方式：半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)結(jié)果與半保留復(fù)制預(yù)期的一樣重帶中帶輕帶中帶提出假說(shuō)演繹推理驗(yàn)證假說(shuō)假說(shuō)演繹【小結(jié)】4.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論提出問(wèn)題2.DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制1.DNA的復(fù)制如何進(jìn)行復(fù)制3.子代DNA的可能情況5.DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制【課堂活動(dòng)2】如果是全保留復(fù)制,那么離心后應(yīng)該出現(xiàn)怎樣的DNA帶呢?子一代：

子二代：

親

代：

得出結(jié)論：DNA的復(fù)制方式：不是全保留復(fù)制出現(xiàn)兩條帶：重帶、輕帶復(fù)制一次例1.某雙鏈DNA分子，經(jīng)3次復(fù)制后，所得到的第四代DNA分子中，含有原親代DNA鏈的分子數(shù)是（）

A.1

B.

2C.

3

D.

4B【牛刀小試】三、DNA分子復(fù)制的過(guò)程1.DNA復(fù)制的概念？2.DNA復(fù)制的時(shí)期與場(chǎng)所？3.DNA復(fù)制的過(guò)程包括哪幾個(gè)主要環(huán)節(jié)？4.DNA復(fù)制的結(jié)果？5.DNA復(fù)制過(guò)程有何特點(diǎn)？需要哪些條件？6.DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因和意義？【課堂活動(dòng)3】閱讀課本Ｐ54，思考并回答以下問(wèn)題：1.概念：2.復(fù)制的時(shí)間：以親代DNA為模板合成子代DNA的過(guò)程3.復(fù)制的場(chǎng)所：狹義：有絲分裂間期、減數(shù)第一次分裂前的間期等真核生物：原核生物：細(xì)胞核（主要）細(xì)胞質(zhì)（擬核、質(zhì)粒）、葉綠體、線粒體三、DNA分子復(fù)制的過(guò)程廣義：細(xì)胞分裂三、DNA分子復(fù)制的過(guò)程能量（ATP)解旋酶解開(kāi)母鏈脫氧核苷酸DNA聚合酶堿基互補(bǔ)配對(duì)雙螺旋結(jié)構(gòu)4.復(fù)制的過(guò)程：催化形成磷酸二酯鍵斷開(kāi)氫鍵形成___個(gè)與親代_________的DNA。兩完全相同著絲點(diǎn)分裂時(shí)分開(kāi)（有絲后、減Ⅱ后）新復(fù)制兩個(gè)子代DNA分子是在什么時(shí)間分離的？【討論】

1.解旋和復(fù)制是同時(shí)進(jìn)行的么？2.合成兩條子鏈的方向是相同的么？3.二條母鏈的堿基順序是否相同？二條子鏈呢？4.新合成的二個(gè)DNA堿基順序是否相同？相同不同，互補(bǔ)三、DNA分子復(fù)制的過(guò)程合成兩條子鏈的方向相反（因?yàn)樽渔溠由旆较蚬潭?，都?，-3，方向延伸）復(fù)制叉染色體模板DNA游離脫氧核苷酸DNA聚合酶先導(dǎo)鏈解旋酶DNA聚合酶模板DNA鏈ATCG5，3，5，3，5，3，5，3，解旋和復(fù)制同時(shí)進(jìn)行，并非雙螺旋全部解開(kāi)后復(fù)制5’端3’端5’端3’端5.復(fù)制的條件：4）酶：解旋酶、DNA聚合酶等

2）原料：四種脫氧核苷酸1）模板：親代DNA的兩條母鏈3）能量：ATP三、DNA分子復(fù)制的過(guò)程1）邊解旋邊復(fù)制2）半保留復(fù)制6.復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制叉染色體模板DNA游離脫氧核苷酸DNA聚合酶先導(dǎo)鏈解旋酶DNA聚合酶模板DNA鏈ATCG（加快復(fù)制速度）（保證了復(fù)制的準(zhǔn)確進(jìn)行）三、DNA分子復(fù)制的過(guò)程7.準(zhǔn)確復(fù)制的原因1）精確模板：DNA分子獨(dú)特的

2）準(zhǔn)確進(jìn)行：

將遺傳信息從親代傳給子代，從而保持了

。8.意義→

雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基互補(bǔ)配對(duì)遺傳信息的連續(xù)性【課堂訓(xùn)練】1．下列關(guān)于DNA復(fù)制過(guò)程的正確順序是（）①互補(bǔ)堿基對(duì)之間氫鍵斷裂//②互補(bǔ)堿基對(duì)之間形成氫鍵//③DNA分子在解旋酶的作用下解旋//④以解旋后的母鏈為模板進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)//⑤子鏈與母鏈盤(pán)旋成雙螺旋狀結(jié)構(gòu)。A.①③④②⑤B.①④②⑤③C.①③⑤④②D.③①④②⑤D2.以DNA的一條鏈“－A－T－C－”為模板，經(jīng)復(fù)制后的子鏈?zhǔn)牵ǎ〢.“－T－A－G－”B.“－U－A－G－”C.“－T－A－C－”D.“－T－U－G－”A【課堂訓(xùn)練】3.將單個(gè)的脫氧核苷酸連接成DNA分子的主要的酶是（）A.DNA連接酶B.DNA酶C.DNA解旋酶D.DNA聚合酶4.1條染色單體含有1個(gè)雙鏈的DNA分子，那么，四分體時(shí)期中的1條染色體含有（）A.4個(gè)雙鏈的DNA分子B.2個(gè)雙鏈的DNA分子C.2個(gè)單鏈的DNA分子D.1個(gè)雙鏈的DNA分子DB親代第一代第二代第三代15N15N15N15N14N14N尋找規(guī)律四、有關(guān)DNA分子復(fù)制的計(jì)算無(wú)論DNA復(fù)制多少次，含有原來(lái)母鏈的DNA分子永遠(yuǎn)只有兩個(gè)（子代DNA中僅存在兩個(gè)被標(biāo)記的DNA分子）15N15N15N15N規(guī)律1：1個(gè)15N標(biāo)記的DNA分子在14N的培養(yǎng)基復(fù)制n次，產(chǎn)生的子代DNA分子為_(kāi)___個(gè)，含有15N的DNA分子為_(kāi)____個(gè)，含有14N的______個(gè)，只含14N的______個(gè)，只含有15N的_____個(gè)；2n2n2n-220四、有關(guān)DNA分子復(fù)制的計(jì)算子代DNA中脫氧核苷酸鏈數(shù)

條含15N的脫氧核苷酸鏈數(shù)

條含14N的脫氧核苷酸鏈數(shù)

條規(guī)律2：2n+122n+1-2例3.

一個(gè)DNA分子經(jīng)過(guò)3次復(fù)制后，保留有原來(lái)母鏈的子代DNA分子占全部子代DNA分子的比例為（）;原來(lái)的母鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例為()。A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16BC2/23=1/42/（23×2）=1/8四、有關(guān)DNA分子復(fù)制的計(jì)算例4.一個(gè)DNA分子中有1000個(gè)堿基，其中腺嘌呤占全部堿基的20%，該DNA連續(xù)復(fù)制4次，環(huán)境中消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸的數(shù)目為()A.1600個(gè)B.3200個(gè)C.4500個(gè)D.4800個(gè)2.求出復(fù)制4次需多少個(gè)胞嘧啶脫氧核苷酸：C四、有關(guān)DNA分子復(fù)制的計(jì)算1.求出該DNA分子中含有多少個(gè)胞嘧啶脫氧核苷酸：【解析】（24－1）×300=4500(個(gè))［1000-(200×2)］/2=300(個(gè))多了幾個(gè)？：124300(2n-1)復(fù)制n次：第n次：300×2n-1一個(gè)DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后：1.DNA分子總數(shù)為

個(gè)，含母鏈的DNA分子數(shù)為

個(gè)。2.脫氧核苷酸鏈數(shù)為

條，母鏈?zhǔn)冀K為

條。3.一個(gè)DNA分子中含腺嘌呤m個(gè)，DNA復(fù)制n次，則需消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)

個(gè),復(fù)制第n次，則需消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)

個(gè)。總結(jié)規(guī)律22n+1m(2n-1)2n2m×2n-1★時(shí)間：有絲分裂分裂間期、減數(shù)第一次分裂前的間期★過(guò)程：解旋合成子鏈模板：親代DNA提供原料：原則：條件：游離的脫氧核苷酸堿基互補(bǔ)配對(duì)原則能量:酶:★特點(diǎn)：邊解旋邊復(fù)制半保留復(fù)制★意義：保持前后代遺傳信息的連續(xù)性復(fù)旋課堂小結(jié)ATP解旋酶、DNA聚合酶【效果檢測(cè)】1．DNA復(fù)制的基本條件是()A．模板，原料，能量和酶

B．模板，溫度，能量和酶C．模板，原料，溫度和酶

D．模板，原料，溫度和能量2．下列屬于DNA分子復(fù)制能準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行的原因的是()A．堿基之間由氫鍵相連B．DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)及堿基有嚴(yán)格的互補(bǔ)配對(duì)原則C．DNA的半保留復(fù)制D．DNA的邊解旋邊復(fù)制特點(diǎn)AB【效果檢測(cè)】3.下列關(guān)于DNA復(fù)制過(guò)程的說(shuō)法中，不正確的是()A.DNA復(fù)制過(guò)程需要酶的催化B.DNA復(fù)制過(guò)程所需的能量直接由糖類提供C.DNA分子是邊解旋邊復(fù)制的D.DNA復(fù)制過(guò)程中兩條鏈均可作模板B4．一個(gè)DNA連續(xù)復(fù)制3次后，共有_____個(gè)DNA,有_____條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈，母鏈有_____條，占_____，子鏈有_____條，占_____。81621/8147/86.某DNA分子有2000個(gè)脫氧核苷酸，已知它的一條單鏈上堿基A：G：T：C＝1：2：3：4，若該分子復(fù)制一次，則需腺嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)量是（）A．200B．300C．400D．800【效果檢測(cè)】5.具有100個(gè)堿基對(duì)的1個(gè)DNA分子區(qū)段，內(nèi)含40個(gè)T，如果連續(xù)復(fù)制2次，則需要游離的C多少個(gè)？（）A60B120C180D240C游離的C=（22－1）×60=180模板中C=［200-(40×2)］/2=60游離的腺嘌呤脫氧核苷酸=（21－1）×400=400另一條單鏈上堿基A：G：T：C＝3：4：1：2C則該DNA分子，堿基A：G：T：C＝4：6：4：6模板中的腺嘌呤脫氧核苷酸=2000×4/20=400【效果檢測(cè)】7.關(guān)于DNA分子的敘述，正確的是（