9.3 DNA的复制-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第3节 DNA的复制 沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。” 3.1 对DNA复制的推测 1.假说：遗传物质自我复制的假说——DNA以半保留的方式复制 2.提出者：沃森和克里克。 3.内容 ①解旋：DNA复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂。 ②复制：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。 4.特点 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，是半保留复制。 这一假说提出后，也有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说。全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。 到底哪种假说正确呢? 3.2 DNA半保留复制的实验证据 DNA半保留复制的实验证据要证明DNA复制是半保留复制，就需要通过实验区分 亲代与子代的DNA。 1958年，美国生物学家梅塞尔森（M. Meselson，1930—）和斯塔尔（F. Stahl，1929-）以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了一个巧妙的实验。 1.实验材料：大肠杆菌。 2.实验方法：稳定性同位素标记法和密度梯度离心法。 3.实验原理：含15N的双链DNA分子密度大，含14N的双链DNA分子密度小，一条链含15N、一条链含14N的双链DNA分子密度居中。 4.实验假设：DNA分子以半保留方式复制 5.实验步骤 （1）利用含15N的培养基培养大肠杆菌多代，使其DNA双链被15N充分标记。 （2）将大肠杆菌转移到含14N的培养基中培养。 （3）在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，将提取的DNA进行密度梯度离心。 （4）记录离心后试管中DNA的位置。 6.实验预期：离心后可能出现三种不同的DNA条带。 （1）重带（密度最大）：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。 （2）中带（密度居中）：一条链为15N标记，另一条链为14N标记的子代双链DNA。 （2）轻带（密度最小）：两条链都为14N标记的子代双链DNA。 6.实验过程示意图： 证明DNA复制方式的实验示意图 8.结果分析 科学家完成上述实验的结果是：亲代大肠杆菌的DNA经离心处理后，试管中只出现了一条DNA带，位置靠近试管的底部，说明其密度最大，是15N标记的亲代双链DNA（15N/15N-DNA）；将转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条带，但位置居中，说明其密度居中，是只有一条单链被15N标记的子代双链DNA（15N/14N-DNA）；将第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中，为14N/14N-DNA，另一条带的位置更靠上，说明其密度最小，是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA（14N/14N-DNA）。 9.实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。 3.3 DNA分子复制的原理和过程 DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。 1.DNA分子复制的时间、场所和条件 （1）时间：细胞分裂间期（一个细胞周期DNA只复制一次） （2）场所：真核生物主要在细胞核（其次在线粒体、叶绿体），原核生物的拟核。 （3）条件 ①模板：解旋后的两条DNA单链 ②原料：4种游离的脱氧核苷酸 ③能量：细胞呼吸产生的ATP（叶绿体内DNA复制，能量来自光合作用产生的ATP） ④酶：解旋酶和DNA聚合酶等 2. DNA分子复制的过程 复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，这个过程叫作解旋。然后，DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。这样，复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中。 DNA复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 ①解旋：在解旋酶的作用下，氢键断裂，双螺旋逐渐解开 ②合成：分别以两条母链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。 ③螺旋化：子链与对应的母链绕成双螺旋结构，构成DNA分子。