第3章基因的本質(zhì)3.3DNA的復(fù)制（第一課時(shí)）本節(jié)內(nèi)容DNA復(fù)制的推測(cè)——假說-演繹法DNA的復(fù)制及相關(guān)計(jì)算DNA的復(fù)制過程一、學(xué)習(xí)目標(biāo)二、重難點(diǎn)1.運(yùn)用假說一演繹法探究DNA的復(fù)制方式，概述DNA通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制。2.通過對(duì)DNA半保留復(fù)制方式的學(xué)習(xí)，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.概述DNA復(fù)制的條件、過程和特點(diǎn)1.運(yùn)用假說一演繹法探究DNA的復(fù)制方式。2.DNA復(fù)制的條件、過程和特點(diǎn)。（1）DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？（2）DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？它們分別位于DNA的什么部位呢？（3）DNA中的堿基是如何配對(duì)的？它們位于DNA的什么部位？DNA是由兩條鏈構(gòu)成的。這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的基本骨架包括脫氧核糖和磷酸，它們排列在DNA的外側(cè)。DNA中的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，它們位于DNA的內(nèi)側(cè)。堿基配對(duì)有一定的規(guī)律：A與T配對(duì)；G與C配對(duì)。

溫故知新：?jiǎn)栴}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(duì)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。”inthefollowingcommunications.Wewerenotawareofthedetailsoftheresultspresentedtherewhenwedevisedourstructure,whichrestsmainlythoughnotentirelyonpublishedexperimentaldataandstereo-chemicalarguments.

Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegengticmaterial.Fulldetailsofthestructure,includingthecon-ditionsassumedinbuildingit,togetherwithasetofco-ordinatesfortheatoms,willbepublishedelsewhere.1.堿基互補(bǔ)配對(duì)原則暗示DNA的復(fù)制機(jī)制可能是怎樣的？堿基互補(bǔ)配對(duì)原則是指DNA兩條鏈的堿基之間有準(zhǔn)確的一一對(duì)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(bǔ)配對(duì)合成互補(bǔ)鏈。2.這句話中為什么要用“可能”二字？這反應(yīng)科學(xué)研究具有什么特點(diǎn)？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實(shí)驗(yàn)證據(jù)之上。假說—演繹法對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)及證據(jù)——假說-演繹法一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)——假說-演繹法（一）提出問題DNA是如何復(fù)制的？（二）作出假說推測(cè)可能的復(fù)制方式。1.半保留復(fù)制①DNA復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂；②解開的兩條單鏈分別作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)

堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，

通過形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上；③新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，

這種復(fù)制方式被稱做半保留復(fù)制。（二）作出假說新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒有舊的部分。新復(fù)制的分子中新舊都有，但分配是隨機(jī)組合的。2.全保留復(fù)制3.分散復(fù)制（彌散復(fù)制）

用紅色表示親代DNA的兩條鏈，用黑色表示新合成的DNA鏈，請(qǐng)分別畫出半保留復(fù)制和全保留復(fù)制的示意圖。對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)親代DNA子一代DNA子二代DNA1.全保留復(fù)制親代DNA子一代DNA子二代DNA2.半保留復(fù)制

到底哪種假說正確呢？二、作出假說半保留復(fù)制全保留復(fù)制彌散復(fù)制+++關(guān)鍵思路：通過實(shí)驗(yàn)區(qū)分親代和子代的DNA。

疑問：到底哪種假說正確呢？對(duì)DNA復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，這兩種同位素的相對(duì)原子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用離心技術(shù)可以在試管中區(qū)分含有不同N元素的DNA。低高密度1.科學(xué)家：美國生物學(xué)家梅塞爾森（M.Meselson）和斯塔爾（F.Stahl）大腸桿菌2.實(shí)驗(yàn)材料:4.科學(xué)方法：同位素標(biāo)記法、密度梯度離心法3.實(shí)驗(yàn)原理：5.實(shí)驗(yàn)過程：（1）用含15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，培養(yǎng)若干代，得到DNA被15N標(biāo)記的大腸桿菌。（2）將大腸桿菌轉(zhuǎn)移至的含14N普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在不同時(shí)刻收集大腸桿菌，提取DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。1.半保留復(fù)制15N/14N-DNA15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA15N14N15N15N14N15N14N15N14N14N14N14N14N15N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離心提出DNA離心提出DNA離心PF1F2三、演繹推理2.全保留復(fù)制15N14N15N15N14N15N14N15N14N14N14N14N14N15NPF1F215N/15N-DNA15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/15N-DNA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離心提出DNA離心提出DNA離心14N/14N-DNA三、演繹推理3.分散復(fù)制14N/15N-DNA15N/15N-DNA14N/15N-DNA15N14N15N15N15N14N14N15N15N14N15N14N15N14N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離心提出DNA離心提出DNA離心PF1F2三、演繹推理四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期相符，證明DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。第一代重帶第二代中帶第三代輕帶中帶排除全保留復(fù)制排除分散復(fù)制證明DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)[正誤辨析](1)克里克和沃森證明了DNA復(fù)制為半保留復(fù)制。(

)(2)DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)用到了放射性同位素標(biāo)記技術(shù)。(

)(3)全保留復(fù)制的子代DNA的雙鏈都是新合成的。(

)××√結(jié)合教材P54“證明DNA半保留復(fù)制”的實(shí)驗(yàn)，思考并回答下列有關(guān)問題。(1)用鉛筆在圖中畫出預(yù)期的結(jié)果探究突破提示：1．將DNA全部用15N進(jìn)行標(biāo)記的大腸桿菌置于含有14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中，使大腸桿菌連續(xù)繁殖三代，利用離心技術(shù)檢測(cè)DNA的離心位置，圖中陰影是離心結(jié)果，則親代、子一代、子二代、子三代DNA帶依次是(

)A．①②③④

B．③①④②C．①③②④

D．①②④③對(duì)應(yīng)訓(xùn)練B解析：據(jù)題意，親代DNA為15N/15N－DNA，離心結(jié)果為③；子一代DNA為14N/15N－DNA，離心結(jié)果為①；子二代DNA為1/214N/14N－DNA、1/214N/15N－DNA，離心結(jié)果為④；子三代DNA為3/414N/14N－DNA、1/414N/15N－DNA，離心結(jié)果為②，B正確。[歸納總結(jié)]假說—演繹法分析DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)(1)假說：DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制。(2)演繹推理①親代大腸桿菌的DNA的兩條鏈都被15N標(biāo)記，DNA相對(duì)分子質(zhì)量最大，離心時(shí)應(yīng)該靠近試管的底部。②如果DNA兩條鏈中都含有14N，那么DNA相對(duì)分子質(zhì)量最小，離心時(shí)應(yīng)該在試管的上部。③如果DNA兩條鏈中一條含有15N，一條含有14N，那么DNA在離心時(shí)應(yīng)該在試管的中部。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果①親代大腸桿菌的DNA帶只有一條，位置靠近試管底部。②第一代細(xì)菌(DNA復(fù)制了一次)的DNA帶只有一條，在試管中的位置居中。③第二代細(xì)菌(DNA復(fù)制了兩次)的DNA有兩條，在試管中的位置一條居中，另一條靠上。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制。DNA復(fù)制的過程DNA復(fù)制的過程1.DNA復(fù)制的概念是什么?什么時(shí)期？2.DNA復(fù)制過程怎么進(jìn)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(diǎn)?5.DNA復(fù)制有何生物學(xué)意義?任務(wù)：

閱讀教材55-56頁內(nèi)容，討論并回答以下問題：一、DNA復(fù)制的過程有絲分裂前的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期,隨著染色體的復(fù)制而完成。（真核生物）2.時(shí)期3.場(chǎng)所（1）真核生物：1.概念

指以親代DNA的兩條鏈為模板合成子代DNA的過程。葉綠體、線粒體（2）原核生物：細(xì)胞核（主要）擬核、細(xì)胞質(zhì)（質(zhì)粒）4.過程（3）病毒：宿主細(xì)胞內(nèi)（1）解旋：在ATP的驅(qū)動(dòng)下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶4.過程（2）定序：游離的脫氧核苷酸按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則隨機(jī)地與兩條母鏈的堿基配對(duì)，確定子鏈的脫氧核苷酸排列順序。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氫鍵4.過程CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT（3）合成子鏈：在DNA聚合酶的催化下從母鏈的3'端把子鏈的脫氧

核苷酸聚合成脫氧核苷酸鏈。合成方向：子鏈的延伸方向5'端→3'端形成磷酸二酯鍵ACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP4.過程（4）形成子代DNA分子：

每條新鏈與其對(duì)應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'4.過程4.過程+③新合成的二個(gè)DNA堿基順序是否相同？不同，互補(bǔ)相同不同，互補(bǔ)結(jié)果:形成兩個(gè)完全相同的DNA分子。①二條母鏈的堿基順序是否相同？②二條子鏈的堿基順序是否相同？1.條件2.原則（3）能量親代DNA的兩條鏈4種游離的脫氧核苷酸一般是ATP（1）模板（2）原料（4）酶堿基互補(bǔ)配對(duì)原則3.特點(diǎn)①邊解旋邊復(fù)制

(從過程上看)②半保留復(fù)制

(從結(jié)果上看)加快復(fù)制速度，減少DNA突變可能保證了復(fù)制的準(zhǔn)確進(jìn)行總結(jié)：解旋酶（使氫鍵斷裂）DNA聚合酶（連接磷酸二酯鍵）DNA連接酶（DNA片段之間的磷酸二酯鍵）氫鍵的形成是自發(fā)的，不需要能量和酶5.DNA精確復(fù)制的原因（1）DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板。（2）通過堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。6.結(jié)果一個(gè)DNA分子就形成了兩個(gè)完全相同的DNA分子。（兩個(gè)子代DNA分子，通過細(xì)胞分裂分配到子細(xì)胞中）7.DNA制的意義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。從子鏈的5'端向3'端延伸4.方向特點(diǎn)：

多起點(diǎn)不同時(shí)復(fù)制雙向復(fù)制2.真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)：在復(fù)制速率相同的前提下，圖中DNA的3個(gè)復(fù)制起點(diǎn)中，最右側(cè)起點(diǎn)最先開始復(fù)制，多起點(diǎn)雙向復(fù)制提高了DNA復(fù)制的效率。3.原核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)：特點(diǎn)：邊解旋邊復(fù)制單起點(diǎn)、雙向復(fù)制方式：半保留復(fù)制1．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，從而保持遺傳信息的連續(xù)性。如圖為DNA復(fù)制過程模式圖，下列相關(guān)說法，正確的是(

)A．復(fù)制時(shí)兩條子鏈的延伸方向相反B．該過程中只需要解旋酶C．親代DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)全部打開再復(fù)制D．合成的兩條子鏈的堿基序列可互補(bǔ)配對(duì)對(duì)應(yīng)訓(xùn)練D解析：DNA雙鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械模易渔湹暮铣煞较蚨际菑?′端→3′端，因此復(fù)制時(shí)兩條子鏈的延伸方向相同，A錯(cuò)誤；該復(fù)制過程中需要解旋酶和DNA聚合酶，B錯(cuò)誤；DNA分子復(fù)制過程是邊解旋邊復(fù)制，不需要把DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解旋開才開始復(fù)制，C錯(cuò)誤；復(fù)制時(shí)合成的兩條子鏈?zhǔn)欠謩e以兩條母鏈為模板合成的，故合成的兩條子鏈可互補(bǔ)配對(duì)，D正確。11.下面是DNA復(fù)制的有關(guān)圖示。A→B→C表示大腸桿菌的DNA復(fù)制。D→F表示哺乳動(dòng)物的DNA復(fù)制。圖中黑點(diǎn)表示復(fù)制起點(diǎn)，“→”表示復(fù)制方向，“?”表示時(shí)間順序。(1)若A中含有48502個(gè)堿基對(duì)，而子鏈延伸速率是105個(gè)堿基對(duì)/min，假設(shè)DNA分子從頭到尾復(fù)制，則理論上此DNA分子復(fù)制約需30s，而實(shí)際上只需約16s，根據(jù)A→C過程分析，這是因?yàn)開____________________。特點(diǎn)1：雙向復(fù)制復(fù)制是雙向進(jìn)行的對(duì)應(yīng)訓(xùn)練1(2)哺乳動(dòng)物的DNA分子展開可達(dá)2m之長，若按A→C的方式復(fù)制，至少需要8h，而實(shí)際上只需要約2h，根據(jù)D→F過程分析，是因?yàn)開_______________________。DNA分子中有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)特點(diǎn)2：多起點(diǎn)復(fù)制（真核生物）(3)A→F均有以下特點(diǎn)：延伸的子鏈緊跟著解旋酶，這說明DNA分子復(fù)制是______________的。邊解旋邊復(fù)制特點(diǎn)3：邊解旋邊復(fù)制解旋酶酶5’3’3’5’DNA聚合酶5’3’前導(dǎo)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(dǎo)鏈與后隨鏈：互補(bǔ)配對(duì)模板鏈：3’→5’合成子鏈方向：5’→3’DNA復(fù)制拓展：5’3’3’5’5’3’前導(dǎo)鏈5’3’岡崎片段后隨鏈

1.子鏈延伸方向：DNA聚合酶不能催化DNA新鏈從頭合成，只能催化游離的脫氧核苷酸加入已有鏈的3'-OH末端。因此必須由引物提供游離的3'-OH末端，才能合成5'→3'方向的新鏈。總之：DNA聚合酶只能從已有鏈的3′端延伸DNA鏈。DNA復(fù)制拓展：復(fù)制方向：5'端→3'端復(fù)制叉2.子鏈的延伸不都是連續(xù)的

細(xì)胞內(nèi)所有的DNA聚合酶都只能催化子鏈從5′端→3′端的合成。因此，以3′端→5′端的母鏈為模板鏈時(shí)，DNA聚合酶從5′端