3.3DNA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(fù)制的一種可能機制。”1.堿基互補配對原則暗示DNA的復(fù)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?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(yīng)關(guān)系，暗示DNA的復(fù)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。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證據(jù)之上。一、對DNA復(fù)制的推測1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？（1）半保留復(fù)制：形成的分子一半是新的，一半是舊的。復(fù)制一次親代DNA子代DNA一、對DNA復(fù)制的推測1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？（2）全保留復(fù)制：新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒有舊的部分。復(fù)制一次親代DNA子代DNA一、對DNA復(fù)制的推測1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？（3）分散復(fù)制（彌散復(fù)制）：新復(fù)制的分子中新舊都有，但分配是隨機組合的。復(fù)制一次親代DNA子代DNA問題1：如何判斷DNA的復(fù)制方式是哪一種？問題2：如果要在實驗中直觀地區(qū)別母鏈或子鏈，可以采取什么辦法？問題3：如果用同位素（放射性）進行標記，用什么元素？

氯化銫離心分離時,鹽離子由于受到強大的離心力而被拉向離心管底部,同時溶液中存在的擴散作用與離心力相對抗,使Cs+與Cl-分散在整個溶液中,CsCl經(jīng)過離心后,溶液達到一個平衡狀態(tài),擴散和沉淀的兩種相對力量保持平衡,形成一個連續(xù)的CsCl濃度梯度,溶液的密度在離心管底部最大,頂部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它們會逐漸集中在一條狹窄的帶上,則DNA分子的密度恰好與那一點的CsCl密度相等.若用同位素標記DNA分子,則使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外線的特點,用光源照射在照相底板上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)（假說演繹法）（1）半保留復(fù)制（2）全保留復(fù)制（3）分散復(fù)制問題4：如果親代DNA是15N的，放在14N的環(huán)境中進行培養(yǎng)，則親代、子一代、子二代DNA分別含有哪種N元素？

氯化銫離心分離時,鹽離子由于受到強大的離心力而被拉向離心管底部,同時溶液中存在的擴散作用與離心力相對抗,使Cs+與Cl-分散在整個溶液中,CsCl經(jīng)過離心后,溶液達到一個平衡狀態(tài),擴散和沉淀的兩種相對力量保持平衡,形成一個連續(xù)的CsCl濃度梯度,溶液的密度在離心管底部最大,頂部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它們會逐漸集中在一條狹窄的帶上,則DNA分子的密度恰好與那一點的CsCl密度相等.若用同位素標記DNA分子,則使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外線的特點,用光源照射在照相底板上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)（假說演繹法）全保留復(fù)制假說分散復(fù)制假說半保留復(fù)制假說15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:15N15N14N14N15N14N14N14NP:F1:F2:15N15N15N15N14N14N15N15N14N14N14N14NP:F1:F2:15N15N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N問題5：要驗證上述預(yù)測，就要分別觀察親代和子代的情況，但實驗中，復(fù)制后的DNA分子混合在一起的，不易分離。怎么解決這個問題？

氯化銫離心分離時,鹽離子由于受到強大的離心力而被拉向離心管底部,同時溶液中存在的擴散作用與離心力相對抗,使Cs+與Cl-分散在整個溶液中,CsCl經(jīng)過離心后,溶液達到一個平衡狀態(tài),擴散和沉淀的兩種相對力量保持平衡,形成一個連續(xù)的CsCl濃度梯度,溶液的密度在離心管底部最大,頂部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它們會逐漸集中在一條狹窄的帶上,則DNA分子的密度恰好與那一點的CsCl密度相等.若用同位素標記DNA分子,則使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外線的特點,用光源照射在照相底板上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)（假說演繹法）15N/15N-DNA（重鏈）、15N/14N-DNA（中鏈）、14N/14N-DNA（輕鏈）、這3種DNA離心后在試管在位置如右圖所示：14N/14N—DNA15N/14N—DNA15N/15N—DNA輕帶中帶重帶通過密度梯度離心使其發(fā)生分層（15N質(zhì)量大于14N）關(guān)鍵思路：通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。科學家：梅塞爾森（M.Meselson）和斯塔爾（F.Stahl）實驗材料：大腸桿菌科學技術(shù)：同位素標記法（15N無放射性）、密度梯度離心法

氯化銫離心分離時,鹽離子由于受到強大的離心力而被拉向離心管底部,同時溶液中存在的擴散作用與離心力相對抗,使Cs+與Cl-分散在整個溶液中,CsCl經(jīng)過離心后,溶液達到一個平衡狀態(tài),擴散和沉淀的兩種相對力量保持平衡,形成一個連續(xù)的CsCl濃度梯度,溶液的密度在離心管底部最大,頂部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它們會逐漸集中在一條狹窄的帶上,則DNA分子的密度恰好與那一點的CsCl密度相等.若用同位素標記DNA分子,則使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外線的特點,用光源照射在照相底板上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)（假說演繹法）1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？①半保留復(fù)制②全保留復(fù)制③分散復(fù)制3.演繹推理：P:F1:F2:細胞再

分裂一次轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂一次提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心重帶二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)（假說演繹法）實驗思路：用15NH4Cl標記的培養(yǎng)液培養(yǎng)親代，得到含15N的母鏈，再轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中復(fù)制得到子鏈。在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，再將提取的DNA進行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。如果是……復(fù)制，第一代和第二代離心后試管中DNA的位置如何？二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗結(jié)果預(yù)測：證明DNA半保留復(fù)制的實驗1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？①半保留復(fù)制②全保留復(fù)制③分散復(fù)制3.演繹推理：4.實驗驗證：15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:細胞再

分裂一次15N15N轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂一次提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心排除DNA的復(fù)制是全保留復(fù)制排除DNA復(fù)制是分散復(fù)制二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)（假說演繹法）5.得出結(jié)論：作出假說演繹推理實驗驗證2、推測可能的復(fù)制方式3、推理、探究幾種復(fù)制模式下得到子代DNA的可能情況，預(yù)測可能實驗結(jié)果5、結(jié)論：DNA復(fù)制是半保留復(fù)制1、DNA是如何復(fù)制的?提出問題半保留復(fù)制全保留復(fù)制分散復(fù)制假說——演繹法DNA復(fù)制方式的探究歷程4、證明DNA半保留復(fù)制的實驗得出結(jié)論1.將DNA雙鏈都被15N標記的大腸桿菌放在含有14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，使其分裂3次，下列敘述正確的是()A.所有的大腸桿菌都含有15NB.含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/2C.含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/4D.含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例為1/82.把培養(yǎng)在含輕氮(14N)環(huán)境中的細菌，轉(zhuǎn)移到含重氮(15N)環(huán)境中培養(yǎng)相當于復(fù)制一次的時間，然后放回原環(huán)境相當于連續(xù)復(fù)制兩次的時間后，細菌DNA組成分析結(jié)果是(

)A．3/4輕氮型、1/4中間型B．1/4輕氮型、3/4中間型C．1/2中間型、1/2重氮型D．1/2輕氮型、1/2中間型AC1.DNA復(fù)制的概念是什么?時間？場所？2.DNA復(fù)制過程怎么進行?3.DNA復(fù)制過程需要哪些條件?4.DNA復(fù)制過程有何特點?5.DNA復(fù)制有何生物學意義?閱讀p55，思考下列問題：三、DNA復(fù)制的過程DNA復(fù)制的概念是什么？DNA復(fù)制的時間及場所？以親代DNA為模板合成子代DNA的過程時間：細胞分離前的間期場所：真核細胞中主要是細胞核，線粒體和葉綠體中也存在；原核細胞中主要是擬核，細胞質(zhì)（質(zhì)粒）中也存在；病毒的DNA復(fù)制過程在宿主細胞中（噬菌體侵染大腸桿菌）三、DNA復(fù)制的過程2.DNA復(fù)制的過程⑴解旋：在ATP的驅(qū)動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶斷開氫鍵⑵以母鏈為模板進行堿基配對：游離的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2.DNA復(fù)制的過程⑶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2.DNA復(fù)制的過程⑷形成子代DNA分子：每條新鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'2.DNA復(fù)制的過程重新螺旋模板原料酶能量親代DNA的兩條鏈游離的4種脫氧核苷酸DNA解旋酶DNA聚合酶等由細胞提供(如ATP提供)

三、DNA復(fù)制新合成的子鏈DNA聚合酶DNA聚合酶DNA解旋酶游離的脫氧核苷酸3.DNA復(fù)制的條件人體細胞某DNA的長度為200×10-9m，復(fù)制速度為5×10-9m/s，但經(jīng)檢測卻發(fā)現(xiàn)此DNA的復(fù)制只需5s的時間。此事實說明什么？具多個復(fù)制起點，使得復(fù)制能在較短時間內(nèi)完成。知識拓展圖中DNA分子是邊解旋邊雙向復(fù)制的；圖中DNA分子在復(fù)制速率相同的前提下，由于復(fù)制環(huán)大小不一，所以復(fù)制的時間不同，其中右側(cè)最早（右側(cè)環(huán)大，先復(fù)制；左側(cè)環(huán)小，后復(fù)制）真核生物的這種復(fù)制方式大大提高了復(fù)制速率；（1）邊解旋邊復(fù)制（2）半保留復(fù)制4.DNA復(fù)制的特點（3）多起點復(fù)制

三、DNA復(fù)制TCTTGCTCAGAACGAG1）規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制DNA提供精確的模板。

意義：

DNA通過復(fù)制，會將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。（使親子代保持連續(xù)性）因此，DNA必須準確復(fù)制，請從下面結(jié)構(gòu)中，找出其準確復(fù)制的因素：2）嚴格的堿基互補配對保證了復(fù)制能夠準確無誤地進行。AGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTC+時間

場所原則條件模板

原料

能量

酶

特點

方向意義

三、DNA復(fù)制的過程從子鏈的5’-端向3’-端延伸真核生物：細胞核（主要）、線粒體、葉綠體場所原核生物：擬核、細胞質(zhì)（質(zhì)粒）病毒：宿主細胞中

堿基互補配對親代DNA的兩條鏈4種游離的脫氧核苷酸主要由ATP水解提供解旋酶、DNA聚合酶等半保留復(fù)制；邊解旋邊復(fù)制；多起點復(fù)制；雙向復(fù)制遺傳信息傳遞的連續(xù)性細胞分裂前的間期真核生物與原核生物DNA復(fù)制的區(qū)別真核生物DNA的復(fù)制從多個起點開始進行，使得復(fù)制能在較短時間內(nèi)完成。原核生物DNA的復(fù)制只有一個復(fù)制起點。DNA復(fù)制的過程

小結(jié)--DNA復(fù)制的過程1、概念：2、場所（真核）：3、時期：4、條件5、復(fù)制過程：6、復(fù)制特點7、準確復(fù)制原因8、復(fù)制的生物學意義：細胞分裂前的間期模板：原料：能量：酶：DNA的兩條母鏈4種游離的脫氧核苷酸ATP細胞核（主）、線粒體、葉綠體以親代DNA為模板合成子代DNA的過程（DNA→DNA）解旋酶、DNA聚合酶解旋→子鏈延伸→螺旋化，形成子代DNA①獨特的雙螺旋提供精確的模板①邊解旋邊復(fù)制②半保留復(fù)制②嚴格遵循堿基互補配對原則保持遺傳信息的連續(xù)性1、下列關(guān)于DNA復(fù)制過程的正確順序是 ①互補堿基對之間氫鍵斷裂②互補堿基對之間形成氫鍵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行堿基互補配對⑤子鏈與母鏈盤旋成雙螺旋狀結(jié)構(gòu)A.①③④②⑤B.①④②⑤③C.①③⑤④②D.③①④②⑤

D練習2、如圖為真核細胞中DNA復(fù)制過程的模式圖,據(jù)圖分析,下列相關(guān)敘述錯誤的是

A.由圖示得知,DNA分子復(fù)制的方式為半保留復(fù)制

B.解旋酶能使DNA雙鏈解開,但需要消耗ATP

C.DNA在復(fù)制過程中是先進行解旋,后進行半保留復(fù)制

D.從圖中可以看出合成兩條子鏈的方向是相反的C練習親代15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N復(fù)制1次復(fù)制2次復(fù)制3次248=21=22=23DNA分子復(fù)制的計算復(fù)制代數(shù)123…nDNA數(shù)28…15N/15N00…15N/14N…214N/14N0…脫氧核苷酸鏈數(shù)…15N鏈數(shù)2…14N鏈數(shù)…42n00222162n+122142n+1-22n-2DNA分子復(fù)制的計算2428266親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后①子代DNA分子數(shù)：②含親代母鏈的DNA分子數(shù)：③不含親代母鏈的DNA分子數(shù)：2n個2個2n-2個例1：一個DNA被15N標記的大腸桿菌，在只含14N的培養(yǎng)液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___個，不含15N的DNA分子有___個，含有14N的DNA分子有____個，不含14N的DNA分子有____個，只含有14N的DNA分子有___個。6806⑤母鏈和子鏈的條數(shù)分別是：2條2n＋1-2條④子代DNA分子中脫氧核苷酸條數(shù)是：2n＋1

條2例：將15N標記的DNA分子放在14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，經(jīng)過3次復(fù)制，在所形成的子代DNA中，含15N的DNA占總數(shù)的比例和含15N的脫氧核苷酸鏈占總數(shù)的比例各為（）和（）

A．1/16

B．l／8

C．1／4

D．1／2①子一代②子二代親代①③子三代CB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，m（2n－1）C：400個C：400個C：400個400個400個400個400個親代中c：400個F1：共2個400個F2：共4個400個F3：共8個400個Fn：共2n個400個第n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸個數(shù)為：m

·2n－1消耗1個400個消耗2個400個消耗4個400個消耗2n-1個400個經(jīng)過n次復(fù)制后共需要消耗該脫氧核苷酸個數(shù)為：例：一個有m個堿基對的DNA分子，其中含有腺嘌呤脫氧核苷酸a個。1）復(fù)制n次，需要多少鳥嘌呤脫氧核苷酸；2）第n次復(fù)制，需要多少鳥嘌呤脫氧核苷酸。解：1）A=T=aG=C=(2m-2a)/2=m-a

(2n-1)(m-a)2）2n-1(m-a)DNA分子數(shù)：子n代DNA分子總數(shù)為2n個。含15N的DNA分子數(shù)為2個。含14N的DNA分子數(shù)為2n個只含15N的DNA分子數(shù)為0個。只含14N的DNA分子數(shù)為（2n-2）個。規(guī)律總結(jié)：例1.某DNA分子中含有1000個堿基對(被32P標記)，其中有胸腺嘧啶400個。若將該DNA分子放在只含被31P標記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中讓其復(fù)制兩次，子代DNA分子相對分子質(zhì)量平均比原來減少。150032/3232/3131/31【課堂練習】例2.(2021·安徽合肥高三調(diào)研)如圖為某DNA分子片段，假設(shè)該DNA分子中有5000對堿基，A＋T占堿基總數(shù)的34%，若該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制2次，下列敘述正確的是（）A.復(fù)制時作用于③處的酶為DNA聚合酶B.DNA分子復(fù)制2次需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸9900個C.④處指的是腺嘌呤核糖核苷酸D.子代中含15N的DNA分子占1/2B【課堂練習】1.減數(shù)分裂中染色體標記情