3.3 DNA的复制 课件 2023—2024学年高一下学期生物人教版必修2

3.3 DNA的复制 1 一、对DNA复制方式的探究（提出假说、设计实验） 二、对DNA复制方式的探究（预期结果、结果结论） 三、DNA半保留复制的过程 四、关于DNA复制过程所需原料的计算 一、对DNA复制方式的探究（提出假说） 半保留复制 全保留复制 弥散复制 问题：怎样区分不同复制方式产生的子代DNA分子？ 半保留复制 全保留复制 弥散复制 普通细菌的DNA中的氮元素几乎都是14N，在培养细菌的培养液中加入 15NH4Cl，15N被细菌吸收后用于DNA复制，掺入到新合成的DNA子链中。 N14—N14DNA N15—N15DNA N14—N15DNA N14 N15—N14N15DNA 密度梯度离心：提取大肠杆菌的DNA，密度梯度离心后，分子量不同的DNA会出现在离心管的不同位置。密度越大（分子量越大）的DNA分子位于离心管的最下部。 N14—N14DNA N15—N15DNA 如何区分N14—N14DNA、N15—N15DNA、N14—N15DNA、N14 N15—N14N15DNA？ 提取普通大肠杆菌的DNA，离心后可得到N14—N14DNA在离心管中的位置，作为参照。 普通大肠杆菌在加入15NH4Cl的培养液中培养多代，随机获取的大肠杆菌的DNA几乎都是N15—N15DNA ，提取其DNA，离心后可得到N15—N15DNA在离心管中的位置，作为参照。 要想区分三种不同的DNA分子复制方式，就需要区分三种不同方式所产生的子代DNA分子，科学家呢就想到了同位素标记法，比如将N14标记的大肠杆菌培养在N15的培养基中，这样得到的子代大肠杆菌DNA就会掺入N15，从而导致子代大肠杆菌DNA分子的密度出现变化。不同密度的DNA分子可以用氯化铯密度梯度离心进行区别，氯化铯密度梯度离心就是在离心管中加入氯化铯溶液，经过长时间的离心之后，离心管上部的氯化铯溶度较高，而离心管的底部氯化铯的溶度更高，密度液更大。这样就会建立起离心管中自上而下的氯化铯密度梯度。 如果在离心中，同时加入DNA分子，那么DNA分子就会悬停在与密度相等的部位。因为含有N14的DNA分子和含有15N的DNA分子的质量不同，密度也有差异，因此含有14N的DNA分子和含有15N的DNA将会悬停在不同的部位。15N的DNA更重一点，因此其悬停的部位更靠近离心管的底部；而14N的DNA分子要轻一些，会悬停在离心管相对靠上的部位。不过这时候的DNA所处的部位用肉眼还是看不到的。 科学家可以利用DNA对的紫外光的吸收特性，用特定波长的紫外光照射，特定波长的紫外光就会被DNA吸收，有DNA的部位由于吸收了特定波长的紫外光而变暗，就像大家在图像中看到这样，两条暗带分别表示N14的DNA和15N的DNA。另外也可以使用显微光密度计进行检测，检测时有DNA的部位会形成波峰，不同的波峰代表不同密度的DNA，图示中我们看到两个波峰，就代表了两种不同密度的DNA分子，即N14的DNA分子和N15的DNA分子。 通过以上内容的介绍，我们现在能够明确了：用氯化铯密度梯度离心，DNA就会悬停在与其等密度的部位。采用特殊的计数手段，将DNA显现出来，就可以区分不同密度的DNA分子了。 这里，有一个问题需要注意，就是实验中，我们要依据的是DNA分子会悬停在与其等密度的部位，所以实验过程中就要求DNA的密度不能自然发生改变，否则DNA悬停的部位也会发生变化。因此这个实验不宜采用放射性同位素来进行，因为放射性同位素会自发衰变，衰变之后DNA的质量会下降，密度会降低，这样DNA悬停的部位也就变了，虽然这种影响可以通过选择半衰期长的放射性核素标记来尽可能降低，但是用稳定性核素则可以完全避免这种影响，所以接下来的实验中，我们选择N14和15N进行实验，因为它们都是稳定性的核素。 6 重 轻 半保留复制 全保留复制 弥散复制 含15N的培养基培养若干代 含14N的培养基 15N//15N 14N//14N Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 实验过程 现在我们就来看一下科学家所作的实验，先来了解一下实验用的生物材料——大肠杆菌，大肠杆菌是原核生物，因此在大肠杆菌的拟核中有一个大型环状DNA分子，并且这个DNA分子并没有和组蛋白结合形成真核细胞中染色体那样的结构，因此大肠杆菌的DNA分子相对来说，比较容易提取出来进行直接分析。 另一方面，我们根据化学常识知道，自然界中存在的N元素主要是14N，而15N的含量是极少的。所以如果我们随手拿出一个普通的大肠杆菌，这个大肠杆菌体内含N化合物中所含有的N主要就是14N，基本可以认为不含有15N，比如假定这是普通大肠杆菌拟核中的大型环状DNA分子，那么这个DNA分子的两条链中都是含有N元素的，并且其中的N元素基本都是14N，可以视作不含有15N。 接下来我们把这样