DNA是主要的遗传物质教学实录及点评

第3节

DNA的复制

教学目标

1．概述DNA分子的复制。2．探讨DNA复制的生物学意义。

教学重点

DNA分子复制的条件、过程和特点。

教学难点

DNA分子复制的过程。

课时安排

1课时

教学过程

问题探讨：两个会徽所用的原料应该选自同一块石材；应先制造模型，并按模型制作会徽；应使用电子控制的刻床；刻床应由一名技术熟练的师傅操作，或完全数控等。(以上可由学生根据自己的经验推测回答，事实是原料确实选自一块石材，但由于时间紧迫，两个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻的)。验证的最简单的方法是：将两个印章的图形盖在白纸上进行比较(学生也可能提出更科学、更现代化的方法)。

一、对DNA分子复制推测

早期的DNA的复制，科学家们提出了三个模型，它们是全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。

1.全保留复制模型： 在全保留复制模型中，母链DNA分开，分别复制形成两条子链DNA，此后两条母链DNA彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链DNA分子。

2.半保留复制模型： DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键结合到作为模板的单链上。新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链。

3.研究DNA复制常用的方法：同位素标记法和离心法。常用H、N标记DNA,通过离心后DNA在试管中不同位置，确定DAN的复制方式。

二、DNA的半保留复制实验证据

1．实验原理：根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。

2．实验过程：①用含15N的培养液培养大肠杆菌，分离得到双链被15N标记的DNA。

②用含普通的含14N 的培养液培养被15N标记的大肠杆菌，得到第一代含15N和14N的杂合DNA。

③继续培养，得到15N和14N的杂合DNA和只含14N的DNA。

3．实验结果：

4．实验结果分析：

5．实验结论：DNA的复制是半保留复制。

三、DNA复制过数量关系及相关计算：

（1）只有细胞分裂时，才进行细胞核DNA分子复制。一个标记的DNA分子，放在没有标记的环境中，复制n次：

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①共形成2个DNA分子；②一个DNA分子不论复制多少次，其中标记的DNA分子数总是2个。占总的DNA分子数：2/2=1/2;③新合成的DNA分子：2-2个，占总数的：(2-2)/2

（2）①子代DNA总链条数：2；②其中被标记的DNA分子数占总数：2/2=1/2; ③新链2-2条；占总数的：(2-2)/2

（3）①DNA复制n次共需某游离的脱氧核苷酸数目：a×(2-1)，其中 a为所求脱氧核苷酸在原来DNA分子中的数目；②DNA第n次复制需要游离的脱氧核苷酸数目：

a×(2-1)- a×(2-1)=a×2

（4）DNA平均质量的计算：

①15N双链DNA 质量为a,14

N双链DNA 质量为b,将[a+(2n-1)b]/2n

②脱氧核苷酸数目×脱氧核苷酸平均质量-18×（脱氧核苷酸数目-2）

③RNA平均质量的计算：

核糖核苷酸数目×核糖核苷酸平均质量-18×（核糖核苷酸数目-1）

四、DNA复制的过程

概念：指以亲代DNA的两条链为模板，合成子代DNA的过程

时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂间期

场所：细胞核（主要场所），其它场所：拟核、叶绿体、线粒体、细胞质基质（质粒）。体外也可进行复制如PCR 过程：①解旋：复制开始时，DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶作用下，将两条螺旋的双链解开; ②合成子链：以解开的每一段母链为模板，以细胞质中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的子链; ③形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构。从而形成两个与亲代DNA完全相同DNA分子。

1边解旋边复制；

特点：○2半保留复制

○1模板：DNA分子的两条链；

○2原料：4种游离的脱氧核苷酸；

条件：○3能量：ATP；

○4酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等

○15nn-1n-1nn+1n+1n+1n+1nn+1nn-1nnnnN的DNA 放在14

N中复制n次，平均质量复制后存在的位置：位于两条姐妹染色单体上；

复制后分开的时间：着丝点分裂时，即有丝分裂后期或减数第二次分裂后期

1DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；

准确复制的原因：○2通过碱基互补配对，保证了复制能够准确进行

○基因突变：在外界因素和生物内部因素作用下，可能造成碱基配对发生差错，引起基因结构的改变。

意义：使遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性

注意：与磷酸二酯键有关的酶：DNA聚合酶、限制性内切酶、DNA连接酶；

打开碱基之间的氢键：解旋酶;加热；RNA聚合酶；DNA水解酶是水解DNA的酶。