第3章基因的本質

第3節(jié)DNA的復制一億年前，螢火蟲因DNA復制錯誤而獲得了發(fā)光的能力。學習目標1、運用假說-演繹法探究DNA“半保留復制”的方式2、概述DNA分子的復制的條件、過程和特點3、理解DNA的準確復制是遺傳信息穩(wěn)定傳遞的基礎沃森和克里克提出了遺傳物質自我復制的假說：(1)DNA復制時，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

，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：子代DNA雙鏈一半是新的，一半是舊的氫鍵探究一.DNA復制的方式提出問題：DNA作為遺傳物質，是如何進行復制的？

——提出問題，做出假說其他觀點——全保留復制、分散復制全保留復制分散復制特點：一全舊，一全新特點：新舊都有，片段組合以親代DNA雙鏈為模板合成兩條DNA子鏈，子代DNA中母鏈重新結合形成一個DNA，兩條新合成的子鏈彼此結合成一個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”探究一.DNA復制的方式磷酸思考1.要通過實驗“探究DNA復制是哪種方式？”關鍵思路是什么？通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA設法觀察親代DNA鏈在子代DNA中如何分布思考2.DNA是肉眼看不可見的，如何在實驗中直觀區(qū)分母鏈和子鏈？同位素標記技術（同位素示蹤技術）探究一.DNA復制的方式磷酸思考3.根據同位素的何種差異來進行實驗觀察區(qū)分呢？可以是放射性的有無嗎？不能，無法區(qū)分親子代DNA同位素的相對原子質量的不同背景知識：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量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。探究一.DNA復制的方式磷酸思考4.形成的不同密度的DNA分子應如何區(qū)分？密度梯度離心背景知識：高密度介質氯化銫（CsCl）經過高速離心后，CsCl會形成一個密度梯度，離心管底部最大,頂部最小。當加入DNA分子后，經過離心DNA會停留在與周圍的氯化銫密度相同的位置；通過觀察DNA在CsCl梯度中的位置就能區(qū)分含15N的DNA和含14N的DNA。探究一.DNA復制的方式高密度帶中密度帶低密度帶15N14N15N15N14N14N利用離心技術可以在試管中區(qū)分含有不同質量N元素的DNA。探究一.DNA復制的方式思考5.差速離心法和密度梯度離心法的原理是否一致？差速離心法：根據顆粒大小和密度的不同存在的沉降速度差別，分級增加離心速率，從試樣中依次分離出不同組分的方法。密度梯度離心法:在密度梯度介質中進行的依密度而分離的離心法。各組分會依其密度分布在與其自身密度相同的液層中。氯化銫-CsCl探究一.DNA復制的方式實驗者：實驗材料：實驗方法：美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾大腸桿菌同位素標記技術、密度梯度離心技術探究一.DNA復制的方式梅塞爾森斯塔爾1958年同位素標記技術大腸桿菌實驗過程（2）將前面獲得的大腸桿菌轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中（1）大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代，大腸桿菌的DNA幾乎都是15N標記的密度低高15N/15N-DNA細胞分裂一次第一代細胞再分裂一次提取DNA離心提取DNA離心第二代密度低高密度低高條帶是什么樣的？探究一.DNA復制的方式1.科學家采用大腸桿菌作為實驗材料，有何優(yōu)點？讓親代DNA的每一條鏈（母鏈）被15N標記14NH4Cl為DNA子鏈合成提供原料，讓新合成的子鏈DNA獲得14N標記繁殖速度快（20min一代）閱讀課本P54“證明DNA半保留復制實驗”的實驗過程，思考下列問題：2.用含有15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，讓其繁殖若干代，目的是什么？3.將上述大腸桿菌轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中，目的是什么？證明DNA半保留復制的實驗4.如何將含有不同N元素的子代DNA分開呢？密度梯度離心探究一.DNA復制的方式15N14N親代子一代子二代細胞分裂15N15N轉移到14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂提取DNA離心15N/15N-DNA15N/14N-DNA15N/14N-DNA提取DNA離心提取DNA離心演繹推理過程半保留復制15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代14N14N15N14N14N15N14N14N15N14N14N/14N-DNA探究一.DNA復制的方式親代子一代子二代15N15N15N15N14N14N15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/15N-DNA15N/15N-DNA細胞分裂轉移到14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂提取DNA離心提取DNA離心提取DNA離心全保留復制15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代14N14N14N/14N-DNA演繹推理過程探究一.DNA復制的方式子一代子二代親代細胞分裂15N15N細胞分裂提取DNA離心提取DNA離心提取DNA離心15N/15N-DNA15N/14N-DNA15N/14N-DNA大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代轉移到14NH4Cl的培養(yǎng)液中15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl分散復制演繹推理過程探究一.DNA復制的方式15N14N親代子一代子二代細胞分裂15N15N轉移到14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂提取DNA離心15N/15N-DNA15N/14N-DNA15N/14N-DNA提取DNA離心提取DNA離心15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代14N14N15N14N14N15N14N14N15N14N實驗驗證排除全保留復制排除分散復制DNA是半保留復制14N/14N-DNA探究一.DNA復制的方式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DNA復制方式的探索方式【典例1】某親本DNA分子雙鏈均以白色表示，以灰色表示第一次復制出的DNA子鏈，以黑色表示第二次復制出的DNA子鏈，該親本雙鏈DNA分子連續(xù)復制兩次后的產物是（

）【針對訓練1】將在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)了若干代的某真核細胞轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，讓細胞連續(xù)進行有絲分裂，并進行密度梯度離心。下列相關說法中，不正確的是()A．細胞經過一次分裂和離心后，DNA位于試管的中層B．細胞經過兩次分裂和離心后，一半DNA位于試管的中層，另一半DNA位于上層C．細胞經過三次分裂和離心后,3/4的DNA位于試管的中層,1/4的DNA位于試管的上層D．該實驗可以證明DNA的復制方式是半保留復制DC指以

為模板合成

的過程親代DNA子代DNA1、概念：真核細胞：

主要在

中但在

也有DNA的復制原核細胞：主要在

中，在質粒處也有DNA的復制細胞核擬核3、場所：病毒：

。

宿主細胞內線粒體,葉綠體細胞分裂前的

(

的間期、

的間期)，隨著染色體的復制而完成2、時間：間期有絲分裂前減數分裂前探究二.DNA復制的過程探究二.DNA復制的過程探究二.DNA復制的過程4、過程利用能量,在解旋酶作用下,氫鍵斷裂,DNA雙螺旋的兩條鏈解開CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶（1）解旋：（2）合成子鏈：游離的4種脫氧核苷酸按堿基互補配對原則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形成氫鍵探究二.DNA復制的過程氫鍵形成不需酶和能量（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'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP

合成方向：

子鏈的5'端→3'端形成磷酸二酯鍵探究二.DNA復制的過程CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'（3）重新螺旋：每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構探究二.DNA復制的過程4、過程探究二.DNA復制的過程探究任務二：1．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，哪些鏈的堿基排列順序是相同的？（3）圖中子鏈的延伸緊跟解旋酶，說明DNA復制還有什么特點？（4）氫鍵的形成需要酶的催化嗎？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邊解旋邊復制不需要探究二.DNA復制的過程岡崎片段b（1）當母鏈方向是a時，子鏈DNA的合成是連續(xù)的嗎？（2）當母鏈方向是b時，子鏈DNA還能連續(xù)合成嗎？子鏈DNA按照5‘到3’從右向左，連續(xù)合成。子鏈DNA按照5‘到3’從左向右，不連續(xù)合成，形成片段?！捌巍痹撛趺催B接成完整的DNA鏈呢？DNA連接酶連接DNA片段2．如圖為DNA分子復制的模型，請據圖回答下列問題。探究二.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（滯后）鏈：互補配對5'探究二.DNA復制的過程5、DNA復制的條件6、DNA復制的特點:邊解旋邊復制

半保留復制①模板：

②原料：

③能量：④酶：親代DNA的兩條鏈4種游離的脫氧核苷酸8、DNA復制的結果：細胞提供的能量（ATP）解旋酶（打開氫鍵）DNA聚合酶（形成磷酸二酯鍵）DNA連接酶形成兩個完全相同的DNA分子7、DNA復制的方向:5'端→3'端9、DNA復制的意義：將遺傳信息從親代傳給子代，從而保持遺傳信息的連續(xù)性。復制正確遺傳復制出錯變異氫鍵共價鍵解旋探究二.DNA復制的過程原核生物：單起點雙向復制圖中DNA是從其最右邊開始復制的，這種復制方式提高了DNA復制的效率。補充：原核生物與真核生物DNA復制的區(qū)別真核生物：多起點雙向復制①DNA具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供精確的模板。②堿基具有互補配對的能力，保證了復制能夠準確地進行。10、DNA能夠準確復制的原因：【典例2】（不定項）如圖為某真核細胞中DNA復制過程的模式圖，下列敘述正確的是()A.DNA分子在酶①的作用下水解

成脫氧核苷酸，酶②催化堿基

對之間的連接B.在復制過程中解旋和復制是同時

進行的C.解旋酶能使雙鏈DNA解開，并且消耗ATPD.兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子BC探究三.DNA復制的相關計算探究任務三：親代1代2代3代n代(1)DNA分子數①子n代DNA分子總數為

個。②含15N的DNA分子數為

個。③含14N的DNA分子數為

個。④只含15N的DNA分子數為

個。⑤只含14N的DNA分子數為

個。2n202n－22n取一個全部N被15N標記的DNA分子，轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復制)n代探究三.DNA復制的相關計算探究任務三：取一個全部N被15N標記的DNA分子，轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復制)n代親代1代2代3代n代(2)脫氧核苷酸鏈數①子代DNA中脫氧核苷酸鏈數＝

條。②親代脫氧核苷酸鏈數＝

條。③新合成的脫氧核苷酸鏈數＝

條。22n+12n+1－2針對訓練：有15N標記的一個DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基中復制三次，則含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例_____，含15N的鏈占全部DNA分子單鏈的比例是______。1/41/8第n次復制增加

個DNA親代DNA

123n-1┈┈n┈┈2122232n-12nn次復制共增加

個DNA2n-12n-1探究三.DNA復制的相關計算探究三.DNA復制的相關計算探究任務三：取一個全部N被15N標記的DNA分子，轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復制)n代親代1代2代3代n代(3)消耗的脫氧核苷酸數①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需消耗游離的該脫氧核苷酸數為

個。②若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，在第n次復制時，需消耗游離的該脫氧核苷酸數為

個。m·（2n－1）m·2n－1注意“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區(qū)別,前者包括所有的復制,但后者只包括第n次的復制。注意堿基的單位是“對”還是“個”。切記在DNA復制過程中,無論復制了幾次,含有母鏈的DNA分子都只有兩個。看清試題中問的是“DNA分子數”還是“鏈數”,“含”還是“只含”等關鍵詞,以免掉進陷阱。DNA復制相關計算注意事項【典例3】未被32P標記的某DNA分子中含有1000個堿基對，其中鳥嘌呤300個，以含32P的化合物為原料，DNA分子連續(xù)復制三次。下列有關敘述錯誤的是()A．所有子代DNA分子都含有32PB．子代DNA分子中，可能出現只有一條鏈含32PC．第三次復制過程中需要消耗腺嘌呤脫氧核苷酸4900個D．子代DNA分子中不含32P的脫氧核苷酸鏈占總鏈數的1/8C用15N標記細胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養(yǎng)液中進行兩次有絲分裂，情況如圖所示：第一次有絲分裂形成的兩個細胞中所有的DNA分子都呈“雜合狀態(tài)”，即15N/14N－DNA；第二次有絲分裂形成的子細胞有多種可能性，含有放射性的細胞有0或2或3或4個。拓展題型有絲分裂中染色體標記情況拓展題型

用15N標記細胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養(yǎng)液中進行正常減數分裂，情況如圖所示(以一對同源染色體為例)：在減數分裂過程中細胞連續(xù)分裂兩次，DNA只復制一次，所以四個子細胞中所有的DNA分子都呈“雜合”狀態(tài)，即15N/14N－DNA，子細胞的所有染色體都含15N。減數分裂中染色體標記情況拓展延伸：DNA復制與細胞分裂中的染色體標記問題三、先進行一次有絲分裂又進行一次減數分裂........15N標記親代DNA在14N中復制一次有絲，一次減數：含有15N的染色體為0～n條(體細胞染色體為2n條)。拓展延伸：DNA復制與細胞分裂中的染色體標記問題【例1】

蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標記分布情況是(

)A．每條染色體的兩條單體都被標記B．每條染色體中都只有一條單體被標記C．只有半數的染色體中一條單體被標記D．每條染色體的兩條單體都不被標記B拓展延伸：DNA復制與細胞分裂中的染色體標記問題【例】(不定項)將經32P標記全部DNA分子雙鏈的雄性動物細胞(染色體數為2n)置于不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。經過連續(xù)3次細胞分裂后產生8個子細胞，檢測子細胞中的情況。下列推斷不正確的是()A．若只進行有絲分裂，則含32P染色體的子細胞比例一定為1/2B．若進行一次有絲分裂再進行一次減數分裂，則含32P染色體的子細胞比例至少占1/2C．若子細胞中的染色體都含32P，則一定進行有絲分裂D．若子細胞中的染色體都不含32P，則一定進行減數分裂ACD網絡構建檢測反饋1、下列有關DNA復制的敘述，錯誤的是（

）A．復制方式是半保留復制

B．需要DNA聚合酶參與C．堿基配對方式是A-T、C—G D．以A、T、G、C四種堿基為原料D2.下圖為某真核細胞中DNA復制過程模式圖，下列分析正確的是()

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．該過程中的c、d鏈結構相同

D．DNA的復制是半保留復制D解旋酶DNA聚合酶b互補檢測反饋3、關于如圖DNA分子片段的說法錯誤的是（）

A．DNA分子的復制方式是半保留復制B．該片段的基本組成單位是脫氧核苷酸C．把此DNA分子放在含15N的培養(yǎng)液中復制2代，