第八节DNA分子的复制

DNA分子的复制主讲：黄冈中学生物高级教师童金元一、对DNA复制的推测最早提出的DNA复制模型有三种:1、全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；2、半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；3、分散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的沃森和克里克推测是半保留复制模型1、这些观点各有不同，如何来证明哪个观点是正确的？只能用实验来证明。2、如果要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？把复制的单链和原来的链做上标记，然后观察它在新DNA中出现的情况。二、DNA半保留复制的实验证据实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。一个DNA分子复制几代后的情况如何？因DNA复制采用半保留的方式，所以一个DNA分子经几代复制后的所有DNA中，只有两个DNA分子含有原DNA链。但所有DNA与原DNA所带的信息（脱氧核苷酸的排列序）完全相同（变异除外）。三、DNA复制的过程1、概念：是指以亲代DNA为模板，合成子代DNA的过程。2、时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期。3、场所：细胞核（主要场所）。4、DNA分子复制时需何条件？①模板：亲代DNA的两条母链；②原料：4种脱氧核苷酸；③能量：ATP；④酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等。5、DNA分子复制的特点：边解旋边复制；半保留复制。6、DNA准确复制的原因?①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板。②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。7、DNA分子复制的实质（意义）？DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使得种族得以延续。课堂训练例1、1个DNA分子经过4次复制，形成16个DNA分子，其中含有最初DNA分子长链的DNA分子有（）A．2个B．8个C．16个D．32个答案：A例2、DNA复制的基本条件是（）A．模板、原料、能量和酶B．模板、温度、能量和酶C．模板、原料、温度和酶D．模板、原料、温度和能量答案：A-返回-同步测试一、单项选择题1、将用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中让其复制三次，则含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例和含15N的DNA单链占全部DNA单链的比例依次为（B）A．1/9、1/4B．1/4、1/8C．1/4、1/6D．1/8、1/82、某DNA分子共有a个碱基，其中含胞嘧啶m个，则该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸为（C）A．7（a－m）B．7（a－m）C．7（1/2a－m）D．7（2a－m）3、将大肠杆菌置于含15N的培养基中培养一段时间，然后把DNA被15N完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N的普通培养基培养，使其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA中含14N/15N的DNA与15N/15N的DNA的比是（C）A．3∶1B．2∶1C．1∶1D．7∶14、某一DNA分子含有800个碱基对，其中A有600个。该DNA分子连续复制数次后，消耗环境中鸟嘌呤脱氧核苷酸6200个，则该DNA分子已经复制了（B）A．4次B．5次C．6次D．7次5、沃森和克里克关于DNA分子复制的推测中，正确的是（C）A．DNA分子复制以一条单链为模板B．DNA分子复制以核糖核苷酸为原料C．DNA分子复制依据碱基互补配对原则D．DNA分子复制方式被称为全保留复制6、下列关于DNA分子特性的叙述中，不正确的是（D）A．DNA复制时，新合成的两条子链分别在两个子代DNA分子中B．DNA遇甲基绿、吡罗红混合染液加热条件下呈绿色C．DNA的合成需要现成的模板、原料、ATP和多种酶的催化D．不同的DNA具有不同的碱基配对方式导致DNA具有多样性7、下列关于DNA复制的叙述正确的是（A）A．在细胞有丝分裂间期发生DNA复制B．DNA通过一次复制后产生四个DNA分于C．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制D．DNA的复制是单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链8、某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制数次后，消耗周围环境中含有胸腺嘧啶的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子复制了几次（是第几代）（B）A．三次（第四代）B．四次（第五代）C．五次（第六代）D．六次（第七代）9、DNA分子复制完毕后，新形成的DNA分子单链通常是（B）A．DNA母链的一个片段B．和DNA母链之一完全相同C．和母链DNA相同，但T被U取代D．和母链稍有不同10、下列关于DNA复制的说法，其中不正确的是（B）A．DNA复制过程中需要酶的催化B．DNA复制过程中需要的能量直接由糖类提供C．DNA分子是边解旋边复制的D．DNA复制过程中两条母链均可作模板显示提示提示：1、DNA分子的复制为半保留复制，复制过程中DNA的两条链均作母链（模板）而形成子链，形成两个新DNA分子。每个子代DNA的两条链中，一条来自母链，一条是新合成的子链。复制三次指连续同步复制，共形成8个DNA分子。在8个DNA分子的16条单链中，只有某二个DNA分子含有原来标记的15N（各一条）DNA分子。2、胞嘧啶为m个，那么，C=G=m。T=A=（a－m－m）／2=a／2－m。所以，一个DNA分子含有T的个数为a／2－m。DNA复制三次可产生8个子代DNA分子，根据DNA的半保留复制原则，其中有一个DNA分子“相当于”亲代的DNA不需合成。所以，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（23－1）×a／2－m=7（1／2a－m）。3、本题考查“大肠杆菌只有一个DNA分子”以及对“DNA分子具有双链结构”和“DNA半保留复制”的理解。15N标记的DNA有两条含15N的链，当利用含14N的氮源来繁殖合成新DNA时，根据半保留复制的特点，新形成的2个DNA分子上应各有一条含15N的链和一条含14N的链，没有了15N的来源，不论以后复制多少次，含15N的DNA永远只是两个，而增加的新链都是含14N的链，而题中形成了4个新个体，则只有4个DNA分子，其中有两个含15N，所以答案是2∶2=1∶1。4、根据题意，一个DNA中碱基A和T共1200个，碱基总数是1600个，那么G和C共有400个，G是200个，那么相当于新合成的DNA有6200／200=31个，加上半保留的两条链相当于1个DNA分子，共有32个DNA，那么DNA分子复制了5次（25=32）。5、根据DNA分子复制的推测，DNA分子复制是以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，合成两条子链，这种复制方式为半保留复制。所以只有C是正确的。6、所有的DNA碱基互补配对方式都是一样的。7、DNA通过一次复制后产生2个DNA分子；DNA的复制是半保留复制、多起点复制、双向复制、边解旋边复制；单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。8、一个DNA分子的碱基总数中，A=200个，按碱基互补配对原则：A=T，则T=200个，那么每个DNA分子复制一次，需要消耗T=200个，现消耗了3000个，可以形成DNA分子15个（3000÷200=15），则复制了4次，第5代DNA分子有24=16个，增加15个。9、由于DNA分子的复制是半保留复制。因此新形成的子链是与不配对的母链相同的。10、DNA复制需要的能量是由ATP直接提供的。二、简答题11、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的培养基中，再连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ），用某种离心方法分离得到的结果如图所示。请分析：（1）由实验结果可推测第一代（I）细菌DNA分子中一条链是___________，另一条链是___________。（2）将第一代（I）细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的能出现在试管中的DNA用同样方法分离。请参照上图，将DNA分子可能出现在试管巾的位置在图中标出。显示答案11、（1）15N母链14N新链（2）如图所示【解析】第一代（I）细菌DNA分子为杂种DNA分（一条链是含15N，一条链是含14N，即称为中DNA）；第二代（II）细菌DNA分子中有1/2为中DNA，1／2为重DNA。12、如果将大肠杆菌的DNA分子用15N标记，然后将大肠杆菌移入14N培养基上连续培养。从分析得知，第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA储存的遗传信息完全相同，其原因是________________。若连续培养三代，此时，含15N标记的DNA分子约占大肠杆菌DNA分子总量的多少?其原因是什么?显示答案12、以亲代DNA为模板，根据碱基互补配对原则复制而成25％，因DNA分子的复制方式为半保留复制。【解析】解题时，可用下图表示双链DNA分子复制过程：从图解可知，第一代大肠杆菌的DNA分子是以亲代的DNA分子中两条母链分别为模板，根据碱基互补配对原则复制而成的。第二代大肠杆菌的DNA分子总量中，含15N标记的为50％；第三代应为25％。-END-课外拓展关于DNA分子复制的早期推测关于DNA分子是如何复制的，在早期的研究中，科学家们提出了三个模型，它们是全保留复制模型（conservativemodel）、弥散复制模型（dispersivemodel）和半保留复制模型（semiconservativemodel）。这里我们主要介绍全保留复制模型和弥散复制模型。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（如下图）。DNA分子复制模型弥散复制模型在弥散（分散）复制模型中，亲代双链被切成双链片段，而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板，新、老双链片段又以某种方式聚集成“杂种链”。-END-高考解析例1、下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是（）A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率答案：A。解析：由该DNA分子复制过程示意图可看出：DNA分子复制有多个复制起始点。且边解旋边反向复制（箭头代表DNA复制方向），DNA分子复制需要解旋酶参与。这种多起点复制可有效地提高复制速率。由图示不同复制起点复制出的DNA片段长度不同可知：DNA分子的多个复制起点并不是同时开始复制的。例2、亚硝酸盐可使DNA的某些碱基脱去氨基，碱基脱氨基后的变化如下：C转变为U（U与A配对），A转变为I（I为次黄嘌呤，与C配对）。现有一DNA片段为，经亚硝酸盐作用后，若链①中的A、C发生脱氨基作用，经过两轮复制后其子代DNA片段之一为（）答案：C。解析：链①中的A、C发生脱氨基作用后，链②不变，两轮复制过程的图解如下，形成的甲、乙、丙、丁四条DNA分子中，乙的碱基排列顺序与C完全相同。-END-