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第3节 DNA分子的复制


第三节:
DNA的复制

何谓DNA的复制?
所谓DNA的复制就是指以亲代 DNA为模板合成子代DNA的过程, 1DNA→2DNA
新产生的DNA分子是一个全新

的DNA分子吗?

一、对DNA分子复制的推测

半保留复制
(沃森和克里克)

全保留复制

提出假说:DNA是半保留 复制 分析假说:复制后得到 的子一代DNA和子二代 DNA的组成是怎样的?

亲代DNA分子

演绎推理:

实验验证:

如果要你来设计实验,你认为 最基本的思路是什么?

把原来的链做上标记,然后观 察它在新DNA中出现的情况。

需要解决的问题1:,怎样给母链做标记,可以 采取什么办法?
同位素标记法(同位素示踪技术)

需要解决的问题2:如果用同位素标记法进行

标记,用什么元素最好?

N P

演绎推理:如果亲代DNA是15N作标记的,放 在14N的环境中进行培养,则亲代、子一代、 子二代DNA分别含有哪种N元素?其密度如 何?

亲代DNA分子



代:
15N/15N-DNA

(全部) (全部)

子一代:
15N/14N-DNA

子二代:
15N/14N-DNA(1/2) 14N/14N-DNA(1/2)



代:
15N/15N-DNA

亲代DNA分子 复制前 (全部) (全部) 复制后

子一代:
15N/14N-DNA

子二代:
15N/14N-DNA(1/2) 14N/14N-DNA(1/2)

问题3: 要验证上述预测,就要分别观察亲代和子 代的情况,但实验中,复制后的DNA分子通常是随机 混合在一起的,不易分离。怎么解决这个问题?
可以通过离心使其发生分层(15N质量大于14N)

怎样把不一样的DNA分开呢? 密度梯度离心技术
14N/14N—DNA

轻链

15N/14N—DNA

中链

15N/15N—DNA

重链

二、DNA半保留复制的实验证据
1958年,科学家,运用同位素示 踪技术,以大肠杆菌为实验材料,设 计了一个巧妙的实验。

15N

14N

大肠杆菌在含15NH4Cl 的培养液中生长若干代

15N

14N

转移到含14NH4Cl 的培养液中

15N/15N

DNA

15N/14N

DNA

14N/14N

DNA 15N/14N DNA

实验结论: DNA的复制方式为:

半保留复制

三、DNA分子复制的过程

DNA分子的复制过程

P

脱氧 核糖

ATP

脱氧 核糖

A

P

P

脱氧 核糖

脱氧 核糖

T A

P

P

脱氧 核糖

解 A旋 T酶

G

脱氧 核糖

C

P

P

脱氧 核糖

C

脱氧 核糖

G

P

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

P

DNA分子的复制过程

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T A

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

P

P

脱氧 核糖

C

脱氧 核糖

G

P

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

P

DNA分子的复制过程

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T A

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

P

P

脱氧 核糖

C

脱氧 核糖

G

P

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

P

DNA分子的复制过程

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T A

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

P

P

脱氧 核糖

C

脱氧 核糖

G

P

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

P

DNA分子的复制过程

P

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

A

P

P

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T A

脱氧 核糖

T A

P

P

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

脱氧 核糖

C

P

P

P

P

脱氧 核糖

C

脱氧 核糖

C

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

G

P

P

P

P

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

A

P

P

P

P

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

A

脱氧 核糖

T

脱氧 核糖

T

P

P

P

P

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

G

脱氧 核糖

C

脱氧 核糖

C

P

P

1、概念: 以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。
2、复制时期 :体细胞有丝分裂间期;

原始生殖细胞减数分裂的第一次分裂间期
3、复制场所 : 细胞核(主要)、线粒体、叶绿体 4、复制条件 : 亲代DNA的两条链(两条母链)。 (1) 模板: (2) 原料: (3) 酶: (4) 能量:

细胞核中游离的四种脱氧核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶

ATP提供 [来自线粒体的能量 (有氧呼吸、 无氧呼吸)]

5、复制过程:
①解旋:在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开 ②以解开的母链为模板,按碱基互补配对原则,合成 子链 ③每一条子链与对应的母链盘旋成双螺旋结构,形成 两个新DNA

6、特点: 边解旋边复制,半保留复制 7、复制结果:一个DNA分子形成两个完全相 同的DNA分子 8、复制的意义:
使遗传信息从亲代传递给子代,保持遗传信息的 连续性。

DNA复制的计算 1.计算产生子代DNA数 2---4---8-----2N N为复制的次数

2.子代DNA分子中含有原来最初亲代DNA链的 DNA分子数,以及它占总DNA分子数的比例. 2个 1 2N = 1/2N-1

3.最初亲代的链占全部子代DNA总链数的比例

练习
由15N标记细菌的DNA,然后又将14N来供 给这种细菌,于是该细菌便用 14N来合 成DNA,假设细菌连续分裂三次产生了 八个新个体,它们DNA中的含14N的链与 15N的链的比例是( A ) A、7:1 B、2:1

C、1:1

D、3:1

在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为 14N-DNA(对照);在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌, 其DNA分子均为15N-DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含 14N的培养基上,再连续繁殖两代(I和II),用离心的方法分 离得到的结果如下表所示,请分析:

对照
轻链 14N-DNA
中链 重链 15N-DNA

亲代

I
全中链

II
1/2轻链 1/2中链

全轻链 全重链

(1)由实验结果可以推出第一代(I)细菌DNA分子中一条 链是 15N母链 ,另一条链是 14N新链 。 15 (2)中链含有氮元素是 N和14N 。 (3)将第一代(I)转移到含15N的培养基上繁殖一代,将所 得到的细菌的DNA用同样方法分离。那么得到的轻中重链情况 是 。 1/2中链1/2重链 (4)上述实验表明DNA分子复制的特点是 半保留复制 。


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