第三章

基因的本質(zhì)第3節(jié)DNA的復(fù)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(jìn)行復(fù)制的一種可能的機制?！庇懻摚簤A基互補配對原則暗示DNA的復(fù)制機制可能是怎樣的？你認(rèn)為證明某一種物質(zhì)是遺傳物質(zhì)的可行方法有哪些?堿基互補配對原則是指DNA兩條鏈的堿基之間有準(zhǔn)確的一一對應(yīng)關(guān)系，暗示DNA的復(fù)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?？茖W(xué)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。對DNA復(fù)制的推測沃森和克里克緊接著發(fā)表第二篇論文，提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。(1)DNA復(fù)制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂。DNA雙螺旋DNA雙螺旋解開氫鍵斷裂對DNA復(fù)制的推測沃森和克里克緊接著發(fā)表第二篇論文，提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。(2)解開的兩條單鏈分別作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸根據(jù)堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。模板子鏈模板子鏈對DNA復(fù)制的推測沃森和克里克緊接著發(fā)表第二篇論文，提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。(2)解開的兩條單鏈分別作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸根據(jù)堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。(1)DNA復(fù)制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂。由于新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此，這種復(fù)制方式被稱做半保留復(fù)制。對DNA復(fù)制的推測半保留復(fù)制提出后，也有人持不同觀點，提出不同假說。全保留復(fù)制指DNA復(fù)制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。分散復(fù)制在子代DNA兩條鏈中，母鏈和子鏈片段鑲嵌存在。DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗思路通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。采取什么辦法可以在實驗中直觀地“標(biāo)識”母鏈或子鏈？如果采用放射性同位素標(biāo)記，可以選擇哪些元素？同位素標(biāo)記技術(shù)（放射性同位素或穩(wěn)定性同位素）14C

、32P、3H怎么使得DNA鏈標(biāo)記上放射性？用含放射性元素的培養(yǎng)液培養(yǎng)實驗生物一段時間，使其繁殖若干代，其DNA幾乎都有被標(biāo)記上放射性，再轉(zhuǎn)移到普通培養(yǎng)液中培養(yǎng)，則此時DNA復(fù)制后產(chǎn)生的子鏈不再具有放射性DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗思路通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。在不同猜想下，用放射性同位素標(biāo)記的DNA復(fù)制一代與兩代后，子代DNA的存在形式是怎樣的？14C14C親代子一代子二代12C14C12C14C12C12C半保留復(fù)制14C14C12C12C14C14C12C12C14C14C全保留復(fù)制14C14C14C\12C14C\12C分散復(fù)制用放射性同位素標(biāo)記DNA可以區(qū)分開不同的復(fù)制方式嗎？這種方法只能檢查到整體有還是沒有放射性，不能區(qū)分每一條鏈有無放射性DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗思路通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。同位素除了有無放射性的差別外，還有什么區(qū)別？既然不需要放射性同位素標(biāo)記，用哪種同位素標(biāo)記DNA更好？相對分子質(zhì)量不同穩(wěn)定同位素：

15N

、18O在不同猜想下，用穩(wěn)定同位素標(biāo)記的DNA復(fù)制一代與兩代后，子代DNA的密度有什么區(qū)別？DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗思路通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。在不同猜想下，用穩(wěn)定同位素標(biāo)記的DNA復(fù)制一代與兩代后，子代DNA的密度有什么區(qū)別？15N15N親代子一代子二代14N15N14N15N14N14N半保留復(fù)制15N15N14N14N15N15N14N14N15N15N全保留復(fù)制15N15N15N\14N15N\14N分散復(fù)制15N15N密度最大14N15N密度適中14N14N密度最小DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗思路通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。有什么方法可以直觀的區(qū)分出三個猜想下的子代DNA？通過超離心機對某一介質(zhì)（氯化銫等）

長時間加一個離心力，使其在離心管內(nèi)從液面到底部出現(xiàn)一定的密度梯度。方法：密度梯度離心密度最大密度適中密度最小DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗思路通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。有什么方法可以直觀的區(qū)分出三個猜想下的子代DNA？方法：密度梯度離心親代子一代子二代半保留復(fù)制全保留復(fù)制分散復(fù)制DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗過程科學(xué)家：梅塞爾森和斯塔爾材料：大腸桿菌技術(shù)：同位素標(biāo)記法（穩(wěn)定性同位素15N）、密度梯度離心法科學(xué)方法：假說-演繹法提出問題作出假設(shè)演繹推理實驗驗證得出結(jié)論DNA復(fù)制的機制是怎樣的？DNA復(fù)制的方式是半保留復(fù)制DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗過程科學(xué)方法：假說-演繹法提出問題作出假設(shè)演繹推理實驗驗證得出結(jié)論如果DNA復(fù)制是半保留復(fù)制第一代會出現(xiàn)的結(jié)果是第二代會出現(xiàn)的結(jié)果是15N/15N-DNA15N/14N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNADNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗過程科學(xué)方法：假說-演繹法提出問題作出假設(shè)演繹推理實驗驗證得出結(jié)論15N/15N-DNA提取DNA，離心重帶①大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代，提取DNA，離心DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗過程科學(xué)方法：假說-演繹法提出問題作出假設(shè)演繹推理實驗驗證得出結(jié)論15N/14N-DNA提取DNA，離心中帶②大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中，細(xì)胞分裂一次，提取DNA，離心DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗過程科學(xué)方法：假說-演繹法提出問題作出假設(shè)演繹推理實驗驗證得出結(jié)論15N/14N-DNA提取DNA，離心中帶③細(xì)胞再分裂一次，提取DNA，離心14N/14N-DNA輕帶DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗過程科學(xué)方法：假說-演繹法提出問題作出假設(shè)演繹推理實驗驗證得出結(jié)論如果DNA復(fù)制是半保留復(fù)制第一代會出現(xiàn)的結(jié)果是第二代會出現(xiàn)的結(jié)果是15N/15N-DNA15N/14N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNADNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗過程科學(xué)方法：假說-演繹法提出問題作出假設(shè)演繹推理實驗驗證得出結(jié)論實驗結(jié)果表明：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的DNA復(fù)制的過程概念：以親代DNA的兩條鏈為模板合成子代DNA的過程。時間：細(xì)胞分裂前的間期，隨著染色體的復(fù)制而完成。場所：真核生物——原核生物——細(xì)胞核（主要）、線粒體、葉綠體擬核、質(zhì)粒條件：親代DNA的兩條鏈4種游離的脫氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶等能量模板原料酶

過程DNA復(fù)制的過程DNA復(fù)制是一個邊解旋邊復(fù)制的過程，需要模板、原料、能量和酶等基本條件。過程解旋——在細(xì)胞提供的能量的驅(qū)動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開合成子鏈——DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板，以細(xì)胞中游離的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(fù)旋——隨著模板鏈解旋過程的進(jìn)行，新合成的子鏈也在不斷延伸，每條新子鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA復(fù)制的過程DNA復(fù)制的過程邊解旋邊復(fù)制半保留復(fù)制多起點雙向復(fù)制（真核細(xì)胞）復(fù)制特點復(fù)制結(jié)果形成兩個完全相同的DNA分子從子鏈的5'端向3'端延伸方向:DNA復(fù)制的過程DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因①DNA獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供精確的模板。②通過堿基互補配對，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。DNA復(fù)制的意義DNA通過復(fù)制，將遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。與DNA分子復(fù)制相關(guān)的計算DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制，將一個被15N標(biāo)記的DNA分子轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中復(fù)制n代。子代DNA分子數(shù)_______個；含親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)______個；不含親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)______個；2n22n-2子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)

條親代脫氧核苷酸鏈數(shù)

條新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)

條2n+122n＋1-2脫氧核苷酸鏈數(shù)DNA分子數(shù)消耗的脫氧核苷酸數(shù)若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)____________個m*(2n-1)第n次復(fù)制需該脫氧核苷酸數(shù)____________個m*2n-1DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中的染色體標(biāo)記問題解題關(guān)鍵：構(gòu)建細(xì)胞分裂過程模型圖，并完成染色體與DNA的轉(zhuǎn)換第一步畫出含一條染色體的細(xì)胞圖，下方畫出該條染色體上的一個DNA分子，用豎實線表示含同位素標(biāo)記第二步畫出復(fù)制一次，分裂一次的子細(xì)胞染色體圖，下方畫出染色體上的DNA鏈，未被標(biāo)記的新鏈用豎虛線表示DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中的染色體標(biāo)記問題解題關(guān)鍵：構(gòu)建細(xì)胞分裂過程模型圖，并完成染色體與DNA的轉(zhuǎn)換第三步再畫出第二次復(fù)制(分裂)后的細(xì)胞的染色體組成和DNA鏈的情況第四步若繼續(xù)推測后期情況，可想象著絲粒分裂，染色單體(a與a’)分開的情景，進(jìn)而推測子細(xì)胞染色體情況DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中的染色體標(biāo)記問題解題關(guān)鍵：構(gòu)建細(xì)胞分裂過程模型圖，并完成染色體與DNA的轉(zhuǎn)換例題：蠶豆根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記胸腺嘧啶脫氧核苷的培養(yǎng)基中完成一個細(xì)胞周期，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是（）A.每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記B.每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記C.只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記D.每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記B隨堂檢測細(xì)菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再將其移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，抽取親代及子代的DNA，離心分離，如圖①～⑤為