第八節(jié) DNA分子的復(fù)制

DNA分子的復(fù)制主講：黃岡中學(xué)生物高級(jí)教師童金元一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)最早提出的DNA復(fù)制模型有三種:1、全保留復(fù)制：新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒(méi)有舊的部分；2、半保留復(fù)制：形成的分子一半是新的，一半是舊的；3、分散復(fù)制：新復(fù)制的分子中新舊都有，但分配是隨機(jī)組合的沃森和克里克推測(cè)是半保留復(fù)制模型1、這些觀點(diǎn)各有不同，如何來(lái)證明哪個(gè)觀點(diǎn)是正確的？只能用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。2、如果要你來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為最基本的思路是什么？把復(fù)制的單鏈和原來(lái)的鏈做上標(biāo)記，然后觀察它在新DNA中出現(xiàn)的情況。二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。一個(gè)DNA分子復(fù)制幾代后的情況如何？因DNA復(fù)制采用半保留的方式，所以一個(gè)DNA分子經(jīng)幾代復(fù)制后的所有DNA中，只有兩個(gè)DNA分子含有原DNA鏈。但所有DNA與原DNA所帶的信息（脫氧核苷酸的排列序）完全相同（變異除外）。三、DNA復(fù)制的過(guò)程1、概念：是指以親代DNA為模板，合成子代DNA的過(guò)程。2、時(shí)間：細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂的間期。3、場(chǎng)所：細(xì)胞核（主要場(chǎng)所）。4、DNA分子復(fù)制時(shí)需何條件？模板：親代DNA的兩條母鏈；原料：4種脫氧核苷酸；能量：ATP；酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等。5、DNA分子復(fù)制的特點(diǎn)：邊解旋邊復(fù)制；半保留復(fù)制。6、DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因?DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能為復(fù)制提供模板。堿基具有互補(bǔ)配對(duì)的能力，能夠使復(fù)制準(zhǔn)確無(wú)誤。7、DNA分子復(fù)制的實(shí)質(zhì)（意義）？DNA通過(guò)復(fù)制，使遺傳信息從親代傳給了子代，從而保證了物種的相對(duì)穩(wěn)定性，保持了遺傳信息的連續(xù)性，使得種族得以延續(xù)。課堂訓(xùn)練例1、1個(gè)DNA分子經(jīng)過(guò)4次復(fù)制，形成16個(gè)DNA分子，其中含有最初DNA分子長(zhǎng)鏈的DNA分子有（）A2個(gè)B8個(gè)C16個(gè)D32個(gè)答案：A例2、DNA復(fù)制的基本條件是（）A模板、原料、能量和酶B模板、溫度、能量和酶C模板、原料、溫度和酶D模板、原料、溫度和能量答案：A- 返回 - 同步測(cè)試一、單項(xiàng)選擇題1、將用15N標(biāo)記的一個(gè)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分子的比例和含15N的DNA單鏈占全部DNA單鏈的比例依次為（B）A1/9、1/4B1/4、1/8C1/4、1/6D1/8、1/82、某DNA分子共有a個(gè)堿基，其中含胞嘧啶m個(gè)，則該DNA分子復(fù)制3次，需要游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸為（C）A7（am） B7（am）C7（1/2am）D7（2am）3、將大腸桿菌置于含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時(shí)間，然后把DNA被15N完全標(biāo)記的大腸桿菌作為親代，轉(zhuǎn)移到只含14N的普通培養(yǎng)基培養(yǎng)，使其繁殖兩代形成4個(gè)新個(gè)體，則它們的DNA中含14N/15N的DNA與15N/15N的DNA的比是（C）A31B21C11D714、某一DNA分子含有800個(gè)堿基對(duì)，其中A有600個(gè)。該DNA分子連續(xù)復(fù)制數(shù)次后，消耗環(huán)境中鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸6 200個(gè)，則該DNA分子已經(jīng)復(fù)制了（B）A4次 B5次C6次 D7次5、沃森和克里克關(guān)于DNA分子復(fù)制的推測(cè)中，正確的是（C）ADNA分子復(fù)制以一條單鏈為模板BDNA分子復(fù)制以核糖核苷酸為原料CDNA分子復(fù)制依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則DDNA分子復(fù)制方式被稱為全保留復(fù)制6、下列關(guān)于DNA分子特性的敘述中，不正確的是（D）ADNA復(fù)制時(shí)，新合成的兩條子鏈分別在兩個(gè)子代DNA分子中BDNA遇甲基綠、吡羅紅混合染液加熱條件下呈綠色CDNA的合成需要現(xiàn)成的模板、原料、ATP和多種酶的催化D不同的DNA具有不同的堿基配對(duì)方式導(dǎo)致DNA具有多樣性7、下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述正確的是（A）A在細(xì)胞有絲分裂間期發(fā)生DNA復(fù)制BDNA通過(guò)一次復(fù)制后產(chǎn)生四個(gè)DNA分于CDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解旋后，開(kāi)始DNA的復(fù)制DDNA的復(fù)制是單個(gè)脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈8、某一個(gè)DNA分子的堿基總數(shù)中，腺嘌呤為200個(gè)，復(fù)制數(shù)次后，消耗周?chē)h(huán)境中含有胸腺嘧啶的脫氧核苷酸3 000個(gè)，該DNA分子復(fù)制了幾次（是第幾代）（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分子復(fù)制完畢后，新形成的DNA分子單鏈通常是（B）ADNA母鏈的一個(gè)片段B和DNA母鏈之一完全相同C和母鏈DNA相同，但T被U取代D和母鏈稍有不同10、下列關(guān)于DNA復(fù)制的說(shuō)法，其中不正確的是（B）ADNA復(fù)制過(guò)程中需要酶的催化BDNA復(fù)制過(guò)程中需要的能量直接由糖類(lèi)提供CDNA分子是邊解旋邊復(fù)制的DDNA復(fù)制過(guò)程中兩條母鏈均可作模板顯示提示提示：1、DNA分子的復(fù)制為半保留復(fù)制，復(fù)制過(guò)程中DNA的兩條鏈均作母鏈（模板）而形成子鏈，形成兩個(gè)新DNA分子。每個(gè)子代DNA的兩條鏈中，一條來(lái)自母鏈，一條是新合成的子鏈。復(fù)制三次指連續(xù)同步復(fù)制，共形成8個(gè)DNA分子。在8個(gè)DNA分子的16條單鏈中，只有某二個(gè)DNA分子含有原來(lái)標(biāo)記的15N（各一條）DNA分子。2、胞嘧啶為m個(gè)，那么，C=G=m。T=A=（amm）2=a2m。所以，一個(gè)DNA分子含有T的個(gè)數(shù)為a2m。DNA復(fù)制三次可產(chǎn)生8個(gè)子代DNA分子，根據(jù)DNA的半保留復(fù)制原則，其中有一個(gè)DNA分子“相當(dāng)于”親代的DNA不需合成。所以，需要游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為（231）×a2m=7（12am）。3、本題考查“大腸桿菌只有一個(gè)DNA分子”以及對(duì)“DNA分子具有雙鏈結(jié)構(gòu)”和“DNA半保留復(fù)制”的理解。15N標(biāo)記的DNA有兩條含15N的鏈，當(dāng)利用含14N的氮源來(lái)繁殖合成新DNA時(shí)，根據(jù)半保留復(fù)制的特點(diǎn)，新形成的2個(gè)DNA分子上應(yīng)各有一條含15N的鏈和一條含14N的鏈，沒(méi)有了15N的來(lái)源，不論以后復(fù)制多少次，含15N的DNA永遠(yuǎn)只是兩個(gè)，而增加的新鏈都是含14N的鏈，而題中形成了4個(gè)新個(gè)體，則只有4個(gè)DNA分子，其中有兩個(gè)含15N，所以答案是22=11。4、根據(jù)題意，一個(gè)DNA中堿基A和T共1 200個(gè)，堿基總數(shù)是1 600個(gè)，那么G和C共有400個(gè)，G是200個(gè)，那么相當(dāng)于新合成的DNA有6 200200=31個(gè)，加上半保留的兩條鏈相當(dāng)于1個(gè)DNA分子，共有32個(gè)DNA，那么DNA分子復(fù)制了5次（25=32）。5、根據(jù)DNA分子復(fù)制的推測(cè)，DNA分子復(fù)制是以兩條單鏈作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成兩條子鏈，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。所以只有C是正確的。6、所有的DNA堿基互補(bǔ)配對(duì)方式都是一樣的。7、DNA通過(guò)一次復(fù)制后產(chǎn)生2個(gè)DNA分子；DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制、多起點(diǎn)復(fù)制、雙向復(fù)制、邊解旋邊復(fù)制；單個(gè)脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下連接合成新的子鏈。8、一個(gè)DNA分子的堿基總數(shù)中，A=200個(gè)，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則：A=T，則T=200個(gè)，那么每個(gè)DNA分子復(fù)制一次，需要消耗T=200個(gè)，現(xiàn)消耗了3 000個(gè)，可以形成DNA分子15個(gè)（3 000÷200=15），則復(fù)制了4次，第5代DNA分子有24=16個(gè)，增加15個(gè)。9、由于DNA分子的復(fù)制是半保留復(fù)制。因此新形成的子鏈?zhǔn)桥c不配對(duì)的母鏈相同的。10、DNA復(fù)制需要的能量是由ATP直接提供的。二、簡(jiǎn)答題11、在氮源為14N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其DNA分子均為14NDNA（對(duì)照）；在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其DNA分子均為15NDNA（親代）。將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中，再連續(xù)繁殖兩代（和），用某種離心方法分離得到的結(jié)果如圖所示。請(qǐng)分析：（1）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推測(cè)第一代（I）細(xì)菌DNA分子中一條鏈?zhǔn)莀，另一條鏈?zhǔn)莀。（2）將第一代（I）細(xì)菌轉(zhuǎn)移到含15N的培養(yǎng)基上繁殖一代，將所得到細(xì)菌的能出現(xiàn)在試管中的DNA用同樣方法分離。請(qǐng)參照上圖，將DNA分子可能出現(xiàn)在試管巾的位置在圖中標(biāo)出。顯示答案11、（1）15N母鏈14N新鏈（2）如圖所示 【解析】第一代（I）細(xì)菌DNA分子為雜種DNA分（一條鏈?zhǔn)呛?5N，一條鏈?zhǔn)呛?4N，即稱為中DNA）；第二代（II）細(xì)菌DNA分子中有1/2為中DNA，12為重DNA。 12、如果將大腸桿菌的DNA分子用15N標(biāo)記，然后將大腸桿菌移入14N培養(yǎng)基上連續(xù)培養(yǎng)。從分析得知，第一代大腸桿菌DNA儲(chǔ)存的遺傳信息與親代大腸桿菌DNA儲(chǔ)存的遺傳信息完全相同，其原因是_。若連續(xù)培養(yǎng)三代，此時(shí)，含15N標(biāo)記的DNA分子約占大腸桿菌DNA分子總量的多少?其原因是什么?顯示答案12、以親代DNA為模板，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則復(fù)制而成 25，因DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制。【解析】解題時(shí)，可用下圖表示雙鏈DNA分子復(fù)制過(guò)程：從圖解可知，第一代大腸桿菌的DNA分子是以親代的DNA分子中兩條母鏈分別為模板，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則復(fù)制而成的。第二代大腸桿菌的DNA分子總量中，含15N標(biāo)記的為50；第三代應(yīng)為25。-END- 課外拓展關(guān)于DNA分子復(fù)制的早期推測(cè)關(guān)于DNA分子是如何復(fù)制的，在早期的研究中，科學(xué)家們提出了三個(gè)模型，它們是全保留復(fù)制模型（conservative model）、彌散復(fù)制模型（dispersive model）和半保留復(fù)制模型（semiconservative model）。這里我們主要介紹全保留復(fù)制模型和彌散復(fù)制模型。全保留復(fù)制模型在全保留復(fù)制模型中，母鏈DNA分開(kāi)，分別復(fù)制形成兩條子鏈DNA，此后兩條母鏈DNA彼此結(jié)合，恢復(fù)原狀，新合成的兩條子鏈彼此互補(bǔ)結(jié)合形成一條新的雙鏈DNA分子（如下圖）。DNA分子復(fù)制模型彌散復(fù)制模型在彌散（分散）復(fù)制模型中，親代雙鏈被切成雙鏈片段，而這些片段又可以作為新合成雙鏈片段的模板，新、老雙鏈片段又以某種方式聚集成“雜種鏈”。-END- 高考解析例1、下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過(guò)程示意圖，有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A圖中DNA分子復(fù)制是從多個(gè)起點(diǎn)同時(shí)開(kāi)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(guò)程需要解旋酶D真核生物的這種復(fù)制方式提高了復(fù)制速率答案：A。解析：由該DNA分子復(fù)制過(guò)程示意圖可看出：DNA分子復(fù)制有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。且邊解旋邊反向復(fù)制（箭頭代表DNA復(fù)制方向），DNA分子復(fù)制需要解旋酶參與。這種多起點(diǎn)復(fù)制可有效地提高復(fù)制速率。由圖示不同復(fù)制起點(diǎn)復(fù)制出的DNA片段長(zhǎng)度不同可知：DNA分子的多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)并不是同時(shí)開(kāi)始復(fù)制的。例2、亞硝酸鹽可使DNA的某些堿基脫去氨基，堿基脫氨基后的變化如下：C轉(zhuǎn)變?yōu)閁（U與A配對(duì)），A轉(zhuǎn)變?yōu)镮（I為次黃嘌呤，與C配對(duì)）?，F(xiàn)有一DNA片段為，經(jīng)亞硝酸鹽作用后，若鏈中的A、C發(fā)生脫氨基作用，經(jīng)過(guò)兩輪復(fù)制后其子代DNA片段之一為（）答案：C。解析：鏈中的A、C發(fā)生脫氨基作用后，鏈不變，兩輪復(fù)制過(guò)程的圖解如下，形成的甲、乙、丙、丁四條DNA分子中，乙的堿基排列順序與C完全相同。-END-