3.3DNA的復制（第一課時）第三章

基因的本質提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論提出問題：DNA是怎樣復制的呢？問題探討P53inthefollowingcommunications.Wewerenotawareofthedetailsoftheresultspresentedtherewhenwedevisedourstructure,whichrestsmainlythoughnotentirelyonpublishedexperimentaldataandstereo-chemicalarguments.

Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegengticmaterial.Fulldetailsofthestructure,includingthecon-ditionsassumedinbuildingit,togetherwithasetofco-ordinatesfortheatoms,willbepublishedelsewhere.《核酸的分子結構》論文節選“值得注意的是，我們提出的這種堿基特異性配對方式，暗示著遺傳物質進行復制的一種可能的機制”克里克沃森一、對DNA復制的推測——1.半保留復制P53假說一：半保留復制提出者：沃森和克里克內容：DNA復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈分別作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸根據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結合到作為模板的單鏈上。特點：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈。提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論一、對DNA復制的推測——2.全保留復制P53假說二：全保留復制內容：DNA在進行復制的時候，兩條母鏈DNA分開，分別復制形成兩條子鏈DNA，此后，兩條母鏈DNA彼此結合，恢復原狀，新合成的兩條子鏈彼此結合形成一條新的雙鏈DNA分子。特點：DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論一、對DNA復制的推測——3.分散復制（補充至P53）假說三：分散復制內容：DNA在進行復制的時候，兩條母鏈DNA分開，分別復制形成兩條子鏈DNA，此后，來自親代的DNA鏈彌散性地分布在子代DNA的任意一條鏈之中。提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論一、對DNA復制的推測P53提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論用紅色表示親代DNA的兩條鏈，用藍色表示新合成的DNA鏈。請分別畫出半保留復制和全保留復制后得到的子二代DNA的組成。二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論【思考】1、如果要設計實驗證明DNA的復制方式是半保留，關鍵思路是什么？要區分親代和子代DNA2、要在實驗中直觀地標識母鏈和子鏈，應采取怎樣的方法？同位素標記法3、如果用同位素進行標記，可標記什么元素?可標記C、H、O、N、P等元素二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論實驗者：實驗材料：實驗方法：大腸桿菌（繁殖快，20min一代）同位素標記技術(注意：無放射性)和密度梯度離心技術(不是差速離心法)實驗原理：1958年，美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾15N和14N是N元素的兩種穩定同位素（無放射性），這兩種同位素的相對原子質量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用離心技術可以在試管中分離開含有相對原子質量不同的氮元素的DNA。二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論密度梯度離心和差速離心的區別：1、差速離心法主要是采取逐漸提高離心速率依次分離出不同大小顆粒的方法。2、密度梯度離心法選用特定的密度梯度介質，離心時可在溶液中形成密度梯度，溶液中的大分子根據密度不同停留在離心管的不同位置，形成不同區帶的方法。二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論【思考】14N14N15N15N14N15N輕帶重帶中帶4、以下是三種被14N或15N標記的DNA雙鏈分子，在離心之后，分析得到的DNA條帶可能位于試管的上？中？下？二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論【思考】6、如何使得母鏈DNA被15N標記？用含有15N的培養基培養大腸桿菌，獲得15N/15N-DNA分子。7、如何使得新合成的DNA鏈被14N標記？將含有15N/15N-DNA標記的大腸桿菌轉移到含有14N的培養基中進行培養。5、如何使大腸桿菌的DNA被15N標記？用含有15N或14N的培養基培養大腸桿菌。二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論實驗步驟①先用含有15NH4Cl的培養液培養大腸桿菌②讓大腸桿菌繁殖若干代（DNA幾乎都是15N標記）③將大腸桿菌轉移到含有14NH4Cl的普通培養液中④在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA（間隔的時間為大腸桿菌增殖一代所需的時間，細胞分裂一次即大腸桿菌繁殖一代）⑤將提取的DNA進行離心，記錄離心管中DNA的位置二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論15N/15N-DNA14NH4Cl再分裂一次分裂一次提取DNA離心提取DNA離心？？？哪個位置？？？哪個位置15NH4Cl14N/14N-DNA提取DNA離心？？？哪個位置二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論子一代會出現的結果是如果DNA復制是半保留復制子二代會出現的結果是14N/15N-DNA15N/15N-DNA14N14N14N14N/

14N-DNA14N/15N-DNA提取DNA離心密度低高15N/15N-DNA提取DNA離心14N/15N-DNA14N/15N-DNA提取DNA離心14N/15N-DNA14N/14N-DNA【預測結果】二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論思考：如果DNA是全保留復制，請寫出預期結果子一代會出現的結果是？如果DNA復制是全保留復制子二代會出現的結果是？二、DNA半保留復制的實驗證據P53-55提出問題作出假說演繹推理實驗驗證得出結論轉移到含14NH4Cl培養液中（細胞分裂1次）細胞再分裂1次提取DNA離心輕帶中帶重帶15NH4Cl培養液15N/15N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA提取DNA離心提取DNA離心【實驗結果】DNA復制是半保留復制作出假說演繹推理實驗驗證2、推測可能的復制方式3、推理、探究幾種復制模式下得到子代DNA的可能情況，預測可能實驗結果5、結論：DNA復制是半保留復制1、DNA的是如何復制的?提出問題半保留復制全保留復制假說——演繹法DNA復制方式的探究歷程4、證明DNA半保留復制的實驗得出結論三、DNA復制的過程P55-56閱讀課本55-56頁，思考：1.DNA分子復制的概念是什么？時間？場所？2.DNA分子復制過程需要哪些條件？3.簡述DNA分子復制過程怎么進行？4.DNA分子復制有何特點？精確復制的原因及意義？1.概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。(DNA的復制實質上是遺傳信息的復制。)2.時期：有絲分裂間期、減數分裂前的間期隨著染色體的復制而完成。（無絲分裂和二分裂等細胞分裂都有DNA的復制）3.場所：（1）真核生物：細胞核（主要）細胞質：線粒體葉綠體(半自主性細胞器)（2）原核生物：擬核、質粒（3）病毒：宿主細胞三、DNA復制的過程——DNA復制的概念、時期和場所P55DNA復制的條件：模板：DNA的兩條母鏈原料：細胞中游離的4種脫氧核苷酸能量：ATP酶：解旋酶、DNA聚合酶等三、DNA復制的過程——DNA復制的條件P55為探究DNA合成所需要的條件，科學家做了如下實驗。各組均為人工合成體系并保持適宜的溫度和pH，請根據表格總結DNA復制的條件：組別4種脫氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶ATP少量DNA是否復制出DNA產物1√×××否2√√××否3√√√×否4√√×√否5√√√√是區分三種酶：解旋酶：使氫鍵斷裂，雙螺旋解開DNA聚合酶：催化磷酸二酯鍵的形成，將脫氧核苷酸連接成脫氧核苷酸鏈DNA酶：水解DNA需要細胞提供能量；需要解旋酶的作用；結果：將DNA雙螺旋的兩條鏈解開三、DNA復制的過程P55解旋合成子鏈重新螺旋每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構模板：解開的每一條母鏈原料：游離的4種脫氧核苷酸酶：DNA聚合酶等原則：堿基互補配對原則方向：子鏈5’-3’看清楚DNA聚合酶和解旋酶的位置！三、DNA復制的過程P55在ATP的驅動下，解旋酶將DNA部分雙螺旋的兩條鏈解開。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶（1）解旋三、DNA復制的過程P55①以細胞中游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，各自合成與母鏈互補的一條子鏈。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT氫鍵的形成不需要酶的催化（2）合成子鏈三、DNA復制的過程P55②在DNA聚合酶的催化下從子鏈的5'端把子鏈的脫氧核苷酸聚合成脫氧核苷酸鏈。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP形成磷酸二酯鍵（2）合成子鏈合成方向：從子鏈的5’端向3’端延伸原因：生物體內所有已知的DNA聚合酶只能催化5’端向3’端方向的延伸。三、DN