第3節(jié) DNA的復(fù)制
對DNA復(fù)制的推測 DNA半保留復(fù)制的探究（假說-演繹法） DNA復(fù)制：①概念 ②場所 ③時間 ④結(jié)果 ⑤意義 ⑥過程 ⑦特點 ⑧條件 ⑨精確復(fù)制的原因 DNA復(fù)制-拓展：①多起點復(fù)制；②雙向復(fù)制； ③半不連續(xù)復(fù)制 有關(guān)DNA復(fù)制的計算細(xì)胞分裂中染色體標(biāo)記的問題
堿基互補(bǔ)配對原則暗示DNA的復(fù)制機(jī)制可能是怎樣的？這句話中，為什么要用“可能”二字？這反映科學(xué)研究具有什么特點？
沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那篇著名短文的結(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?！?br/>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，游離的脫氧核苷酸依據(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；新合成的每個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。
1.沃森和克里克提出DNA自我復(fù)制假說：
2.其他觀點——全保留復(fù)制、彌散復(fù)制全保留復(fù)制：DNA復(fù)制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。彌散復(fù)制：DNA復(fù)制是隨機(jī)的。
探究DNA復(fù)制的方式--假說-演繹法
DNA以半保留方式復(fù)制（全保留、分散）
DNA的是如何復(fù)制的?
合作探究一：要通過實驗“探究DNA復(fù)制是哪種方式？”關(guān)鍵思路是什么？
關(guān)鍵思路：通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。
合作探究二：DNA是肉眼看不可見的，如何做區(qū)分親代和子代的DNA,又如何進(jìn)行實驗觀察呢？
科學(xué)家：1958年美國生物學(xué)家梅塞爾森（M.Meselsn）和 斯塔爾（F.Stahl）
科學(xué)方法：同位素標(biāo)記法、密度梯度離心法
科研方法：假說-演繹法
實驗材料：大腸桿菌（繁殖快，20min一代）
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(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，從而區(qū)分親代和子代的DNA。
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
科學(xué)技術(shù)方法——密度梯度離心
如果DNA復(fù)制是半保留復(fù)制
標(biāo)記大腸桿菌轉(zhuǎn)移培養(yǎng)提取DNA、離心觀察記錄
大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代
假設(shè)DNA是半保留復(fù)制（全保留復(fù)制、分散復(fù)制），離心后試管中DNA的位置會是怎樣的呢？請運用演繹推理來分析實驗過程，完成預(yù)期，填寫圖中方框。
①假設(shè)DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制
②假設(shè)DNA的復(fù)制是全保留復(fù)制
③假設(shè)DNA的復(fù)制是彌散復(fù)制
6.得出結(jié)論：證明DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制
排除DNA的復(fù)制是全保留復(fù)制
排除DNA的復(fù)制是分散型復(fù)制
1.DNA復(fù)制的概念是什么?時間？場所？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?5.DNA復(fù)制有何生物學(xué)意義?
合作探究三：思考下列問題：
2.DNA復(fù)制場所
真核細(xì)胞：主要在細(xì)胞核,線粒體、葉綠體
原核細(xì)胞：主要在擬核，質(zhì)粒
3.發(fā)生時期(真核生物)
細(xì)胞分裂前的間期（S期）(有絲分裂前的間期、減數(shù)分裂前的間期)，隨著染色體的復(fù)制而完成。
以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。DNA→DNA
1個DNA復(fù)制形成2個完全相同的DNA
將遺傳信息從親代傳遞給子代，從而保證了遺傳信息的連續(xù)性。
(2)原料：四種脫氧核苷酸(N:A、G、C、T)
(3)酶：解旋酶、 DNA聚合酶等
(4)能量：ATP(物質(zhì))
真核生物有多個復(fù)制起點
(1)模板：親代DNA的兩條鏈(兩條母鏈)
一個DNA分子形成兩個完全相同的DNA分子
使遺傳信息從親代傳遞給子代，保持遺傳信息的連續(xù)性，使本物種保持相對穩(wěn)定和延續(xù)。
從子鏈的5' 端向 3' 端延伸
6.DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因
①DNA具有獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能為復(fù)制提供精確的模板。②堿基具有互補(bǔ)配對的能力，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。
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(jìn)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。
多數(shù)生物細(xì)胞內(nèi) DNA 的復(fù)制都是從固定的起點開始雙向進(jìn)行的。
由于DNA聚合酶具有專一性(子鏈從5`→3`延伸)，而 DNA的2條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，所以在?fù)制時一條子鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的，而另一條子鏈的合成是反向不連續(xù)進(jìn)行的。
4）子鏈合成時需要引物
DNA 聚合酶只能延長已存在的 DNA 鏈，不能從頭合成 DNA 鏈，所以 DNA 復(fù)制時，往往先由引物酶(具有RNA 聚合酶活性)在 DNA 模板上合成一段 RNA 作為復(fù)制的引物，DNA 聚合酶從引物游離的3`端延伸子鏈。
下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖，有關(guān)敘述錯誤的是（ ）
A.圖中DNA分子復(fù)制是從多個起點同時開始的B.圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的C.真核生物DNA分子復(fù)制過程需要解旋酶D.真核生物的這種復(fù)制方式提高了復(fù)制速率
活動探究一：將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，復(fù)制n次，則：
①子代DNA (含14N)分子數(shù)是多少？
②含有親代DNA鏈的子代DNA(15N)分子數(shù)是多少？
③不含親代鏈的子代DNA(只含14N)分子數(shù)是多少？
(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)：
①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)是多少？
②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)(15N)是多少？
③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)(14N)是多少？
活動探究二：將普通的大腸桿菌（DNA種含14N ）放在含15N的培養(yǎng)液培養(yǎng)，若親代DNA分子中含有腺嘌呤脫氧核苷酸m個，（1）1次復(fù)制需要該游離的脫氧核苷酸多少個？（2）2次復(fù)制呢需要該游離的脫氧核苷酸多少個？（3）n次復(fù)制呢需要該游離的脫氧核苷酸多少個？
活動探究三：將普通的大腸桿菌（DNA種含14N ）放在含15N的培養(yǎng)液培養(yǎng)，若親代DNA分子中含有腺嘌呤脫氧核苷酸m個，（1）第1次復(fù)制需要該游離的脫氧核苷酸多少個？（2）第2次復(fù)制呢需要該游離的脫氧核苷酸多少個？（3）第n次復(fù)制呢需要該游離的脫氧核苷酸多少個？
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。
注意堿基的單位是“對”還是“個”。
切記在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分子僅有兩個。
看清試題中問的是“DNA分子數(shù)”？還是“鏈數(shù)”？是“含”還是“只含”等關(guān)鍵詞，以免掉進(jìn)陷阱。
關(guān)于“DNA復(fù)制”的四點“注意”
一個被15N標(biāo)記的DNA分子，含有m對堿基，其中腺嘌呤為a個，在含14N的培養(yǎng)基中復(fù)制n次。共產(chǎn)生子代DNA分子____個；子代DNA分子中，含15N的DNA分子_____個；子代DNA分子中，含14N的DNA分子_____個；子代DNA分子中，只含15N的DNA分子_____個；子代DNA分子中，只含14N的DNA分子______個；復(fù)制過程中共需要游離（原料）的胞嘧啶_______________個；7.復(fù)制第n次需要游離（原料）的胞嘧啶 ____________個。
(2n-1)×(m-a)
1.將用15N標(biāo)記的一個DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基中，讓其復(fù)制三次，則含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例是：（ ）A．1/2 B．1/4 C．1/6 D．1/8
2.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，消耗周圍環(huán)境中含腺嘌呤的脫氧核苷酸3000個，該DNA分子已經(jīng)復(fù)制了幾次（是第幾代）（ ） A．三次（第四代） B．四次（第五代） C．五次（第六代） D．六次（第七代）
3.一個被15N標(biāo)記的DNA分子，以含14N的4種脫氧核苷酸為原料，連續(xù)復(fù)制3次，則含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是 (　　)A.1/2 B.1/4 C.1/6 D.1/8
4.一個由15N標(biāo)記的DNA分子，放在沒有標(biāo)記的環(huán)境中培養(yǎng)，復(fù)制5次后標(biāo)記的DNA分子占DNA分子總數(shù)的 ( ) A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/25
5.有100個堿基對的某DNA分子片段，內(nèi)含60個胞嘧啶脫氧核苷酸，若連續(xù)復(fù)制n次，則在第n次復(fù)制時需游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸是多少？(　　) A．40n－1 B．40n C．40×2n－1 D．40×(2n－1)
6.某DNA分子有堿基200對，已知腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占堿基總數(shù)的60%，則該DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次所需游離的鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)為（ ）A．80 B．160 C．240 D．320
7.一個含有1000個脫氧核苷酸對的雙鏈DNA分子，放在32P標(biāo)記了脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一代后，形成的子代分子其相對分子量比原來增加了（　?。? A.1000　　　　　　 B.2000 C.4000　　　　　 　C.5000
8.在一個密閉的容器里，用含有同位素14C的脫氧核苷酸合成一個DNA分子，然后加入普通的含12C的脫氧核苷酸，經(jīng)n次復(fù)制后，所得DNA分子中含12C的脫氧核苷酸鏈數(shù)與含14C的脫氧核苷酸鏈數(shù)之比是(　　)A.2n∶1 B.(2n-2)∶nC.(2n-2)∶2 D.(2n-1)∶1
10.某DNA分子中含有1 000個堿基對(被32P標(biāo)記)，其中有胸腺嘧啶400個。若將該DNA分子放在只含被31P標(biāo)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 。
(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5 000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1/2
細(xì)胞分裂中染色體標(biāo)記的問題---①有絲分裂
①有絲分裂中染色體標(biāo)記情況分析
一個含有2n條染色體的細(xì)胞，其染色體DNA的兩條鏈都被標(biāo)記，在不含有標(biāo)記的原料中進(jìn)行有絲分裂。
見證奇跡的時刻就在第二次有絲分裂的后期。2n條染色體沒有標(biāo)記，2n條染色體有標(biāo)記，走向細(xì)胞一極的2n條染色體可以是都有標(biāo)記的染色體，走向細(xì)胞另一極的2n條染色體就是都沒有標(biāo)記的染色體。這樣就形成了一個帶有標(biāo)記的子細(xì)胞和一個沒有標(biāo)記的子細(xì)胞。然而這是一種小概率事件，常發(fā)生的情況是，走向細(xì)胞一極的2n條染色體既有標(biāo)記的染色體，也有不帶標(biāo)記的染色體，這樣形成的兩個子細(xì)胞就都會帶有標(biāo)記。
減數(shù)分裂中染色體標(biāo)記情況分析
細(xì)胞分裂中染色體標(biāo)記的問題---②減數(shù)分裂
一個含有2n條染色體的細(xì)胞，其染色體DNA的兩條鏈都被標(biāo)記，在不含有標(biāo)記的原料中進(jìn)行減數(shù)分裂。
細(xì)胞分裂中染色體標(biāo)記的問題
一個含有2n條染色體的細(xì)胞，其染色體DNA的兩條鏈都被標(biāo)記，在不含有標(biāo)記的原料中進(jìn)行連續(xù)兩次分裂，產(chǎn)生４個子細(xì)胞。
1.若進(jìn)行有絲分裂，則含有標(biāo)記的子細(xì)胞數(shù)為２或３或４
2.若進(jìn)行減數(shù)分裂，則含有放射性的子細(xì)胞數(shù)為４。
一個細(xì)胞中最多有2n條染色體被標(biāo)記
每個細(xì)胞中有n條染色體被標(biāo)記
例1.用32P標(biāo)記玉米體細(xì)胞(含有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)，在第二次細(xì)胞分裂的中期、后期及所產(chǎn)生的子細(xì)胞中被32P標(biāo)記的染色體數(shù)分別為（ ）A.20、40、20 B.20、20、20 C.20、20、0～20 D.20、40、0～20
例2.將DNA分子雙鏈用3H標(biāo)記的蠶豆(2n＝12)根尖移入普通培養(yǎng)液(不含放射性元素)中，再讓細(xì)胞連續(xù)進(jìn)行有絲分裂。某普通培養(yǎng)液中的第三次有絲分裂中期，根據(jù)圖示，判斷該細(xì)胞中染色體的標(biāo)記情況最可能是 。
b＋c＝12個，但b和c數(shù)目不確定
一、概念檢測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（B）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3. 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 （C）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1/8
二、拓展應(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？【提示】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。
【答案】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。
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。

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第3節(jié) DNA的復(fù)制

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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