第3節(jié)DNA的復(fù)制

學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.運(yùn)用假說—演繹法探究DNA的復(fù)制方式2.理解DNA的準(zhǔn)確復(fù)制是遺傳信息穩(wěn)定傳遞的基礎(chǔ)。3.分析DNA復(fù)制過程，歸納DNA復(fù)制過程中相關(guān)數(shù)量計算，提高邏輯分析和計算能力。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(jī)制”

《核酸的分子結(jié)構(gòu)》論文節(jié)選1.復(fù)制機(jī)制可能是怎樣的？2.為什么用“可能”？堿基互補(bǔ)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)制可能需要先解開DNA雙螺旋的兩條鏈,然后通過堿基互補(bǔ)配對合成互補(bǔ)鏈。科學(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證據(jù)之上。發(fā)現(xiàn)問題探究一.對DNA復(fù)制的猜測1.沃森和克里克提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說：半保留復(fù)制DNA復(fù)制時，DNA雙螺旋解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂，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(bǔ)配對原則，通過形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。內(nèi)容

新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈。結(jié)果提出假說探究一.對DNA復(fù)制的猜測2.科學(xué)家們產(chǎn)生不同觀點：半保留復(fù)制彌散復(fù)制全保留復(fù)制特點：新合成的DNA雙鏈中，一條鏈?zhǔn)切碌模粭l鏈?zhǔn)桥f的。特點：新合成的DNA的兩條鏈都是新合成的。特點：親代DNA被切割成小片段分散在新合成的DNA雙鏈中。提出假說探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)活動一：請閱讀課本P53-P54，并思考以下問題：通過實驗區(qū)分DNA復(fù)制方式的三種假說,實驗的關(guān)鍵是什么?用什么方法能在實驗中直觀區(qū)分母鏈和子鏈？該實驗用什么元素做標(biāo)記？為什么？如何測定子代DNA帶有同位素的情況?探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)1、設(shè)計實驗通過實驗區(qū)分DNA復(fù)制方式的三種假說，實驗的關(guān)鍵是什么?區(qū)分親代和子代DNA用什么方法能在實驗中直觀區(qū)分母鏈和子鏈？同位素標(biāo)記技術(shù)梅塞爾森斯塔爾1958年大腸桿菌（繁殖快，20min一代）探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)1、設(shè)計實驗該實驗用什么元素做標(biāo)記？為什么？15N和14N，因為15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素（無放射性），這兩種同位素的相對原子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。①先用含15N的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌②轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)親代的母鏈帶上15N標(biāo)記新合成的子鏈帶上14N標(biāo)記探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)1、設(shè)計實驗如何測定子代DNA帶有同位素的情況?含15N的DNA比含14N的DNA密度大；利用密度梯度離心技術(shù)可以區(qū)分不同N元素的DNA分子密度梯度離心法≠差速離心法密度低高14N/14N—DNA15N/14N—DNA15N/15N—DNA(輕帶)(中帶)(重帶)15N15N15N14N14N14N根據(jù)試管中DNA帶所在的位置就可以區(qū)分親代與子代的DNA探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)活動二：假如親代DNA的兩條鏈被15N完全標(biāo)記，現(xiàn)在提供14N標(biāo)記的原料讓其進(jìn)行DNA復(fù)制。預(yù)測并畫出三種復(fù)制方式中子一代和子二代中DNA的情況，預(yù)測密度梯度離心的結(jié)果。NNNNNNNNNNNN親代第一代第二代15N15N15N/15N-DNA重帶演繹推理探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)2、假設(shè)DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制15N14N14N15N14N14N14N14N15N14N15N14N親代第一代第二代15N15N15N/15N-DNA重帶14N/14N-DNA輕帶15N/14N-DNA中帶15N/14N-DNA中帶演繹推理探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)15N15N14N14N2、假設(shè)DNA的復(fù)制是全保留復(fù)制14N14N14N14N15N15N14N14N親代第一代第二代15N15N15N/15N-DNA重帶14N/14N-DNA輕帶15N/15N-DNA重帶14N/14N-DNA輕帶15N/15N-DNA重帶演繹推理探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)15N/14N混合-DNA中帶2、假設(shè)DNA的復(fù)制是分散復(fù)制15N/14N15N/14N15N/14N15N/14N親代第一代第二代15N15N15N/14N混合-DNA中帶15N/14N15N/14N15N/15N-DNA重帶演繹推理探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)實驗驗證探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)得出結(jié)論3、實驗過程及結(jié)果排除全保留復(fù)制排除分散復(fù)制細(xì)胞再分裂一次轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細(xì)胞分裂一次提出DNA離心15N/15N-DNA重帶14N/14N-DNA輕帶15N/14N-DNA中帶15N/14N-DNA中帶提出DNA離心提出DNA離心DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的4、結(jié)論大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)DNA是如何復(fù)制的？DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制、全保留復(fù)制或分散復(fù)制推理、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DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的進(jìn)行實驗假說-演繹法①提出問題②提出假說③演繹推理實驗驗證④得出結(jié)論探究二.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)攪拌后離心32P標(biāo)記的噬菌體32P標(biāo)記的噬菌體與細(xì)菌混合離心后該圖為噬菌體侵染大腸桿菌的實驗示意圖，請大家思考紅色圈大腸桿菌內(nèi)子代噬菌體的DNA分子，為什么有的DNA兩條鏈中一條為紅色標(biāo)記一條為藍(lán)色標(biāo)記，為什么有的DNA分子的兩條鏈均為藍(lán)色標(biāo)記？思考：T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗P45DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制細(xì)菌裂解探究三.DNA復(fù)制的過程探究三.DNA復(fù)制的過程活動三：請閱讀課本P55-P56，并思考以下問題：DNA復(fù)制的概念、發(fā)生的時期、場所？DNA復(fù)制的過程是怎樣的？DNA復(fù)制需要哪些基本條件？DNA復(fù)制的有哪些特點?DNA能精確復(fù)制的原因是什么？DNA復(fù)制有何意義？探究三.DNA復(fù)制的過程1、概念以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。2、時期(隨著染色體的復(fù)制而完成的)細(xì)胞分裂前的間期3、場所真核生物：原核生物：病毒：細(xì)胞核（主要）、葉綠體、線粒體擬核（主要）、細(xì)胞質(zhì)宿主細(xì)胞內(nèi)有絲分裂前的間期減數(shù)分裂Ⅰ前的間期探究三.DNA復(fù)制的過程DNA聚合酶解旋酶子鏈DNA模板鏈DNA聚合酶DNA模板鏈子鏈DNA解旋合成子鏈重新螺旋條件：結(jié)果：解開的每一條母鏈DNA聚合酶4種脫氧核苷酸4、過程3′5′5′3′解旋酶、能量氫鍵斷裂，雙鏈解開模板：原料：游離的4種脫氧核苷酸酶：原則：堿基互補(bǔ)配對原則方向：5′端到3′端能量:一條母鏈和一條子鏈螺旋成為一個新的DNA分子邊解旋

邊復(fù)制

ATPATPATP探究三.DNA復(fù)制的過程5、條件模板：原料：能量：酶：解開的每一條母鏈解旋酶、DNA聚合酶游離的4種脫氧核苷酸ATP6、原則堿基互補(bǔ)配對原則（保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行）7、方向子鏈的5'端→3'端8、結(jié)果形成兩個完全相同的DNA分子探究三.DNA復(fù)制的過程已知果蠅的基因組大小為1.8×108bp(bp表示堿基對)，真核細(xì)胞中DNA復(fù)制的效率一般為50～100bp/s。下圖為果蠅DNA的電鏡照片，圖中的泡狀結(jié)構(gòu)叫作DNA復(fù)制泡，是DNA上正在復(fù)制的部分。請你推測果蠅DNA形成多個復(fù)制泡的原因。真核生物原核生物9、特點半保留復(fù)制：邊解旋邊復(fù)制：雙向復(fù)制：保證了復(fù)制的準(zhǔn)確進(jìn)行（真核生物：多起點；原核生物：單起點）加快復(fù)制速度，減少DNA突變可能提高了DNA復(fù)制的效率探究三.DNA復(fù)制的過程10、準(zhǔn)確復(fù)制的原因①DNA獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板；11、意義將遺傳信息由親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，保證了遺傳信息的連續(xù)性。復(fù)制正確遺傳復(fù)制出錯變異②通過堿基互補(bǔ)配對，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行

。探究三.DNA復(fù)制的過程思考·討論1.如圖為DNA分子復(fù)制的兩個模型，請據(jù)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？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探究三.DNA復(fù)制的過程思考·討論岡崎片段b（1）當(dāng)母鏈方向是a時，子鏈DNA的合成是連續(xù)的嗎？（2）當(dāng)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’連續(xù)合成子鏈DNA按照5‘到3’不連續(xù)合成，形成片段“片段”該怎么連接成完整的DNA鏈呢？DNA連接酶連接DNA片段2．如圖為DNA分子復(fù)制的模型，請據(jù)圖回答下列問題。探究三.DNA復(fù)制的過程原則時間場所條件模板原料能量酶方向特點意義細(xì)胞分離裂前的間期真核：細(xì)胞核、線粒體、葉綠體原核：擬核、細(xì)胞質(zhì)（質(zhì)粒）親代DNA的兩條鏈4種游離的脫氧核苷酸ATP水解提供解旋酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等從子鏈的5'端向3'端延伸半保留復(fù)制；邊解旋邊復(fù)制；多起點雙向復(fù)制；半不連續(xù)復(fù)制遺傳信息的傳遞堿基互補(bǔ)配對網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建練習(xí)與應(yīng)用1．DNA復(fù)制是在為細(xì)胞分裂進(jìn)行必要的物質(zhì)準(zhǔn)備。據(jù)此判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）DNA復(fù)制與染色體復(fù)制是分別獨立進(jìn)行的。

（

）（2）在細(xì)胞有絲分裂的中期，每條染色體是由兩條染色單體組成的，所以DNA的復(fù)制也是在這個時期完成的。

（

）××2．DNA復(fù)制保證了親子代間遺傳信息的連續(xù)性。下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是（

）A．復(fù)制均在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行

B．堿基互補(bǔ)配對原則保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性C．1個DNA分子復(fù)制1次產(chǎn)生4個DNA分子D．游離的脫氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子鏈B3．將DNA雙鏈都被15N標(biāo)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1/8C練習(xí)與應(yīng)用1．雖然DNA復(fù)制通過堿基互補(bǔ)配對在很大程度上保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性，但是，DNA平均每復(fù)制109個堿基對，就會產(chǎn)生1個錯誤。請根據(jù)這一數(shù)據(jù)計算，約有31.6億個堿基對的人類基因組復(fù)制時可能產(chǎn)生多少個錯誤？這些錯誤可能產(chǎn)生什么影響？可能有6個堿基發(fā)生錯誤。產(chǎn)生的影響可能很大，也可能沒有影響。2．已知果蠅的基因組大小為1.8×108bp（bp表示堿基對），真核細(xì)胞中DNA復(fù)制的速率一般為50-100bp/s。下圖為果蠅DNA的電鏡照片，圖中的泡狀結(jié)構(gòu)叫作DNA復(fù)制泡，是DNA上正在復(fù)制的部分。請你推測果蠅DNA形成多個復(fù)制泡的原因。

說明果蠅的DNA有多個復(fù)制起點，可同時從不同起點開始DNA的復(fù)制，由此加快DNA復(fù)制的速率，為細(xì)胞分裂做好物質(zhì)準(zhǔn)備。探究四.DNA復(fù)制的相關(guān)計算假設(shè)將一個全部被15N標(biāo)記的雙鏈DNA分子(親代)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)n代，結(jié)果如下：(1)DNA分子數(shù)①子n代DNA分子總數(shù)為______個。②含15N的DNA分子數(shù)為______個。③含14N的DNA分子數(shù)為______個。④只含15N的DNA分子數(shù)為______個。⑤只含14N的DNA分子數(shù)為_________個。2n22n0(2n－2)探究四.DNA復(fù)制的相關(guān)計算例1：某一個帶有同位素15N標(biāo)記的DNA分子，以含14N的脫氧核苷酸為原料，連續(xù)復(fù)制三次，在合成的DNA分子中，只含14N標(biāo)記的DNA分子占（）A.12.5%B.25%C.75%D.100%變式1：將DNA雙鏈都被15N標(biāo)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1/8CC探究四.DNA復(fù)制的相關(guān)計算假設(shè)將一個全部被15N標(biāo)記的雙鏈DNA分子(親代)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)n代，結(jié)果如下：(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)①子代DNA中脫氧核苷酸鏈數(shù)＝_______條。②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝______條。③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝__________條。2n＋12(2n＋1－2)探究四.DNA復(fù)制的相關(guān)計算例2：有15N標(biāo)記的一個DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基中復(fù)制5次，含15N的鏈有

條；含14N的鏈占全部DNA分子單鏈的比例是

。變式2：將用15N標(biāo)記的1個DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基中，讓其復(fù)制3次，則含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例、含有15N的脫氧核苷酸鏈占全部DNA單鏈的比例依次是（）1/2、1/4B.1/4、1/8C.1/4、1D.1/8、1/831/32B2探究四.DNA復(fù)制的相關(guān)計算假設(shè)將一個全部被15N標(biāo)記的雙鏈DNA分子(親代)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)n代，結(jié)果如下：(3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)①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)制需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)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(fù)制時，需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)為________________個。m·(2n－1)m·2n－1不消耗探究四.DNA復(fù)制的相關(guān)計算例3：一個DNA分子中有堿基A20個，占全部堿基的20％，若DNA連續(xù)復(fù)制2次，需要堿基C

個,第2次復(fù)制需要堿基C

個,變式3：某一個DNA分子的堿基總數(shù)中，腺嘌呤為200個，復(fù)制n次后，共消耗周圍環(huán)境中的腺嘌呤脫氧核苷酸3000個，則該DNA分子已經(jīng)復(fù)制了幾次（）A.四次B.五次C.六次D.七次A9060變式4：某個DNA片段由100個堿基對組成，A＋T占堿基總數(shù)的30%，若該DNA片段第3次復(fù)制需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸分子個數(shù)為（）A.200B.280C.360D.490B第一注意“DNA復(fù)制了n次”和“第n次復(fù)制”的區(qū)別，前者包括所有的復(fù)制，但后者只包括第n次的復(fù)制。第二第三注意堿基的單位是“對”還是“個”。在DNA復(fù)制過程中，無論復(fù)制了幾次，含有親代脫氧核苷酸鏈的DNA分子僅有2個。第四關(guān)于“DNA復(fù)制”的四點“注意”注意問的是“DNA分子數(shù)”？還是“鏈數(shù)”？是“含”還是“只含”等關(guān)鍵詞。探究四.DNA復(fù)制的相關(guān)計算拓展延伸：DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中的染色體標(biāo)記問題一、有絲分裂中染色體的標(biāo)記情況第一次有絲分裂：15N/14N－DNA15N標(biāo)記親代DNA在14N中復(fù)制拓展延伸：DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中的染色體標(biāo)記問題二次有絲分裂：含有15N的染色體為0～2n條(體細(xì)胞染色體為2n條)。拓展延伸：DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中的染色體標(biāo)記問題【例1】

蠶豆根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(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．每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記B．每條染色體中都只有一條單體被標(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不被標(biāo)記B拓展延伸：DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中的染色體標(biāo)記問題【例2】

用32P標(biāo)記了某玉米體細(xì)胞(正常體細(xì)胞含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，完成了兩次細(xì)胞分裂。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A．在第一次細(xì)胞分裂的中期，一個細(xì)胞中的染色體總數(shù)和被32P標(biāo)記的染色體數(shù)分別是20和20B．在第二次細(xì)胞分裂的后期，一個細(xì)胞中的染色體總數(shù)和被32P標(biāo)記的染色體數(shù)分別是40和40C．在第一次分裂完成后，形成的兩個子細(xì)胞中染色體上的DNA都是有一條鏈含32P，另一條鏈不含32PD．在第二次分裂完成后，形成的四個子細(xì)胞中含32P的染色體數(shù)從0到20都有可能B拓展延伸：DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中的染色體標(biāo)記問題二、減數(shù)分裂中染色體的標(biāo)記情況........減數(shù)分裂：1