DNA的复制(经典)
第四章 DNA的复制-
• DNA的解链过程，首先在拓扑异构酶I的作 用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作 用，在复制起点处解开双链，一旦局部解 开双链，就必须有SSB蛋白来稳定解开的 单链，接着由引发酶等组成的引发体迅速 作用于两条单链DNA。 • 不论是前导链还是滞后链，都需要一段 RNA引物以开始子链DNA合成。
• 冈崎片段与半不连续复制 由于DNA双螺旋的两条是反向平行的，因此在复制 叉附近解开的DNA链一条是5’-3’方向，另一条是 3’-5’方向，决定了前导链的复制是连续的，而滞 后链的复制是不连续的。因此称为DNA的半不连续 复制。 冈崎片段 在DNA不连续复制过程中，沿着后随 链的模板链合成的新DNA片段。随后共价连接成完 整的单链。其长度在真核与原核生物当中存在差 别，真核冈崎片段长度约为100～200核苷酸残 基，而原核为1000～2000核苷酸残基。
末端长度可变
A typical telomere has a simple repeating structure with a G-T-rich strand that extends beyond the C-A-rich strand. The G-tail is generated by a limited degradation of the C-A-rich strand.
The rolling circle replicates DNA
Phage λ
A rolling circle appears as a circular molecule with a linear tail by electron microscopy.
某种蛋白质介入而在真正的末端启动复制
真核细胞中DNA的复制调控
• 真核细胞中DNA复制有3个水平的调控 （1）细胞生活周期水平的调控 即决定细胞停 留在G1期还是S期，许多外部因素和细胞因子 参与限制点的调控。 （2）染色体水平的调控 决定不同染色体或同一 染色体不同部位的复制子按一定的顺序在S期 起始复制 （3）复制子水平调控 决定复制的起始与否
DNA的复制PPT课件
•Molecular Biology Course
(CsCl gradient centrifuge)
N15
DNA
N14
Semi-ConservationReplication
–第三阶段为DNA复制的终止阶段。DNA复制的整个 过程中需要30多种酶及蛋白质分子参加，我们将 在DNA复制的各个阶段着重介绍它们的作用。
•Molecular Biology Course
•Molecular Biology
Course （二）、复制的起始阶段
1、复制的起点 2、复制的方向 3、复制的速度 4、DNA复制起始引发体的形成及所参与的酶和 蛋白质
1、DNA半保留复制的机理 2、DNA的半不连续复制
•Molecular Biology
Course
1、DNA半保留复制的机理
Semi-Conservation Replication
DNA作为遗传物质的基本特点就是在细胞分裂前进行准 确的自我复制，使DNA的量成倍增加，这是细胞分裂的 物质基础。
当用缺乏糖苷酶的大肠杆菌变异株（ung-进行 实验时，尿嘧啶不再被切除。）
此时，新合成的DNA有一半放射性标记出现于岗 崎片断中，另一股直接进入大的片断。由此可 见，当DNA复制时，一条链是连续的，另一条链 是不连续的，因此称为半不连续复制（semidiscontinuous replication） 。
二、复制的起始阶段
•Molecular Biology Course
复制叉（ replication fork ）：DNA分子中正在进行 复制的分叉部位。它由两条亲代链及在其上新合成的子 链构成。
高中生物必修二第三章第3节 DNA分子的复制
活动任务----演绎推理：
请依据两种假说分别演绎推理15N标记的DNA在14N的培养 基中培养1代前后的DNA,并分别预测两种假说第0代和第1代 DNA密度梯度离心后的结果，并画在离心管相应的位置上。
实验结果：
大肠杆菌在含15NH4Cl的 培养液中生长若干代
转移到含14NH4Cl 的培养液中
15N/15N DNA
A.每条染色体的两条单体都有被标记
B.每条染色体中都只有一条单体被标记
C.只有半数的染色体中一条单体被标记
D.每条染色体的两条单体都不被标记
4、用P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的 DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的 培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后 期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记 的染色体条数分别是
2.半保留复制
新合成的DNA 分子一半新的， 一半旧的
3.分散复制
新合成的DNA分子新的和旧 的都有
1956年，两位年轻的美国分子生物学家梅塞尔森和斯塔 尔合作开展关于DNA复制的实验研究，实验结果于1958 年正式发表。
关键问题1： 肉眼看不见的DNA分子，用什么方法区分
亲代和子代的DNA单链？
（ ）个；第4次复制时需要游离的胞嘧 啶脱氧核苷酸的数目为 （ ）个
五、DNA复制与细胞分裂的关系:
进行第一次有丝分裂：
进行第二次有丝分裂：
1. 蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸 培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记 的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记 分布情况是（ ）
A.中期20和20、后期40和20 B.中期20和10、后期40和20 C.中期20和20、后期40和10 D.中期20和10、后期40和10
第二章DNA的复制
DNA Polymerase-palm domain
1. Contains two catalytic sites, one for addition of dNTPs and one for removal of the mispaired dNTP. 2. The polymerization site: (1) binds to two metal ions that alter the chemical environment around the catalytic site and lead to the catalysis. (2) Monitors the accuracy of base-pairing for the most recently added nucleotides by forming extensive hydrogen bond contacts with minor groove of the newly synthesized DNA. 3. Exonuclease site/proof reading site
原核生物中的三种DNA聚合酶
pol Ⅰ 5'→3'聚合酶活性 5'→3'外切酶活性 3'→5'外切酶活性 生理功能 + + +
去除引物,填补缺口 修复损伤 校正错误
pol Ⅱ + +
未知
pol Ⅲ + +
DNA 复制 校正错误
• 在真核生物中，目前发现的DNA聚合酶 有五种，分别命名为DNA聚合酶α（pol α），DNA聚合酶β（polβ），DNA聚合 酶γ（polγ），DNA聚合酶δ（pol δ）， DNA聚合酶ε（polε）。 • 参与染色体DNA复制的是polα（延长滞 后链）和polδ（延长前导链），参与线 粒体DNA复制的是polγ，polε与DNA损 伤修复、校读和填补缺口有关，polβ只 在其他聚合酶无活性时才发挥作用。
第三章 DNA的复制
（1）端粒和端粒酶的发现
1978 年 ， Blackburn 发现四膜虫大核中 rDNA 小分 子 末 端 的 端 粒 结 构 为 370520bp 的 (GGGGTT)n 重复片段。
加尾实验 1984
加尾实验 1985
四膜虫抽提液
酵母 末端重复序列
端 粒 酶 的 鉴 定
1985
端粒酶的分离纯化
TA
母代DNA 子代DNA
半保留复制的意义
按半保留复制方式，亲代DNA所含的信 息以极高的准确度传递给子代DNA分子,子 代保留了亲代的全部遗传信息 ，体现了遗 传的保守性。
遗传的保守性，是物种稳定性的分子基 础，但不是绝对的。
3.1.2 复制叉和复制体
复制叉：发生复制的 位点，或者称为生 长点。
后随链：背向复制叉，一段亲本DNA链先暴露 出来才能以相反方向合成DNA小片段，然后 这些小片段DNA连接形成完整的后随链。
冈崎的实验—脉冲标记实验
lig-突变体
冈崎的实验—脉冲追踪实验
3.1.5复制的起点、方向
复制起点（origin of replication，ori）
原核生物复制起始位点区特点
Dolly 1996-2003
端粒酶和永生
3.3 DNA复制的终止
ColE I
3.4 DNA复制的调控
质 粒 的 复 制 调 控
真核生物的DNA复制的调控
GLN1 GLN2 GLN3
cyclin
p34
MPF
cdc6,cdc8, cdc9,cdc21
3.2.2 多复制子复制的非一致性
每个复制子发动复制的先后时序有很大区别： 同一染色体上不同复制子之间 不同类型细胞之间
复制子的多少与DNA复制的速度有关 基因组的复制完成与细胞、组织及发育状态有 关。
(完整word)原核生物DNA的复制
原核生物DNA的复制1．与复制有关的酶及蛋白质：(1）拓扑异构酶：通过切断并连接DNA双链中的一股或双股,改变DNA分子拓扑构象,避免DNA分子打结、缠绕、连环,在复制的全程中都起作用.其种类有：拓扑异构酶I和拓扑异构酶II,拓扑异构酶I能切断DNA 双链中一股并再连接断端，反应不需ATP供能；拓扑异构酶II能使DNA双链同时发生断裂和再连接，需ATP 供能,并使DNA分子进入负超螺旋.(2) 解螺旋酶： DNA进行复制时，需亲代DNA的双链分别作模板来指导子代DNA分子的合成，解螺旋酶可以将DNA双链解开成为单链。
大肠杆菌中发现的解螺旋酶为DnaB。
（3）单链结合蛋白（SSB）：在复制中模板需处于单链状态,SSB可以模板的单链状态并保护模板不受核酸酶的降解.随着DNA双链的不断解开，SSB能不断的与之结合、解离。
(4）引物酶：是一种RNA聚合酶，在复制的起始点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。
DNA 聚合酶不能催化两个游离的dNTP聚合反应,若没有引物就不能起始DNA合成。
引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA,并由这一小段RNA引物提供3’-OH，经DNA聚合酶催化链的延伸.（5） DNA聚合酶：是依赖DNA的DNA聚合酶，简称为DNA pol，以DNA为模板，dNTP为原料，催化脱氧核苷酸加到引物或DNA链的3’—OH末端，合成互补的DNA新链，即5’→3'聚合活性。
原核生物的DNA 聚合酶有DNA polI、DNA pol II和DNA pol III，DNA pol III是复制延长中真正起催化作用的，除具有5’→3’聚合活性,还有3’→ 5’ 核酸外切酶活性和碱基选择功能,能够识别错配的碱基并切除，起即时校读的作用；DNA pol I具有5'→3’聚合活性、3’→ 5'和5'→3’核酸外切酶活性，5’→3’核酸外切酶活性可用于切除引物以及突变片段,起切除、修复作用。
第2章 DNA的复制
- 第四节 DNA的复制 真核生物复制的特点
1、复制叉移动速度大约只有50bp/s，不到大肠杆菌得1/20。 2、真核生物每条染色质上可以有多处复制起始点：人类DNA中 每间隔3万－30万个碱基就有一个复制起始点，而原核生物只有 一个起始点； 3、真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上DNA 的复制不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起始点上 可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个复制单元，但 可有多个复制叉。 4、真核生物DNA聚合酶的特性：5种DNA聚合酶 5、端粒酶保证染色体复制的完整性。
“多莉”的衰老 研究端粒丢失的速率，预测人类的寿命 研究推测端粒酶与肿瘤的关系
第五节 DNA复制的调控
原核细胞的生长和增殖速度取决于培养条件，在不同
生长和增殖速度的细胞中DNA链延伸的速度几乎是恒定的， 但复制叉的数量不同。迅速分裂的细胞具较多复制叉，而分 裂缓慢的细胞复制叉较少并出现复制的间隙。
第五节 DNA复制的调控
真核细胞的生活周期可分为4个时期：
（1）G1：复制预备期;
（2）S：复制期;
（3）G2：有丝分裂准备期； （4）M：有丝分裂期。
DNA复制只发生在S期。
第五节 DNA复制的调控
真核细胞中DNA复制有3个水平的调控：
1.细胞生活周期水平调控，也称为限制点调控，即决定细
胞停留在G1期， 还是进入S期。——复制起点点火
5’
5’ 3’
+
3’ 复制叉到达末 3’ 端后，一条单
5’ 链被置换出来
末端碱基配对
5’
形成双链体起
3’
始点
5’
以单链为模板
3’
5’ 的DNA合成
3: 腺病毒DNA的复制
DNA是如何复制的
DNA是如何复制的DNA（脱氧核糖核酸）是构成生物体遗传信息的分子。
在细胞分裂过程中，DNA 需要复制自身，以确保每个新细胞都能够获得完整的遗传信息。
那么，DNA是如何复制的呢？半保留复制DNA复制的过程被称为半保留复制，因为每条新合成的DNA分子包含一个旧的链和一个新的链。
这种复制方式确保了遗传信息的连续性，并减少了错误的积累。
酶的作用DNA复制是由多个酶协同作用完成的。
以下是复制过程中涉及的主要酶：1.脱氧核苷酸三磷酸合成酶（DNA聚合酶）：该酶能够识别DNA模板链上的碱基，并将相应的脱氧核苷酸加入到新合成链上。
2.DNA螺旋酶：该酶能够解开DNA双螺旋结构，使得DNA链能够被复制。
3.DNA连接酶：该酶能够将新合成的DNA片段连接起来，形成完整的DNA链。
复制过程DNA复制的过程可以分为以下几个步骤：1.起始点识别：复制过程从DNA的起始点开始。
在起始点附近，DNA螺旋酶解开DNA的双螺旋结构，形成一个称为复制泡的区域。
2.RNA引物合成：DNA聚合酶根据DNA模板链上的碱基序列合成一条短的RNA引物。
3.DNA合成：DNA聚合酶利用RNA引物作为起始点，在模板链上依次加入相应的脱氧核苷酸，合成新的DNA链。
4.RNA引物去除：DNA聚合酶继续合成DNA链，同时DNA连接酶移除RNA引物，并将新合成的DNA片段连接起来。
5.终止点处理：复制过程在整个DNA分子上进行，直到达到终止点。
最后，DNA连接酶修复剩余的“缺口”，形成完整的DNA分子。
结论DNA复制是一种精确而复杂的过程，通过半保留复制方式确保了遗传信息的传递和连续性。
在细胞分裂过程中，DNA复制是不可或缺的，它确保了每个新细胞都能够获得完整的遗传信息，从而维持生物体的正常功能和遗传特征。
DNA复制PPT(共38张PPT)
在减数第二次分裂的后期
碱基互补配对原则 新复制两个子代DNA分子是在什么时间分离的？
亲代DNA分子的两条链
科学家推测：如果DNA复制以半保留方式进行，那么经过离心以后子代中将会出现 三种DNA分子：
腺嘌呤脱氧核苷酸，鸟嘌呤脱氧核苷酸，胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
半保留复制 (3)求出复制4次需多少个胞嘧啶脱氧核苷酸：
通过离心使其发生分层(15N质量大于14N)
亲代DNA分子
如果对亲代、子一代、子二代的DNA都分别进行 离心，结果会怎样分布？
DNA分子复制的过程
DNA的复制的定义、时间、场所
★1定义： 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
★2时间： 有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期
★3场所： 真核生物：细胞核（主要）、叶绿体、线粒体
200/20%=1000(个) (2)求出该DNA分子中含有多少个胞嘧啶脱氧核糖核
苷酸：［1000-(200×2)］/2=300(个) (3)求出复制4次需多少个胞嘧啶脱氧核苷酸：
（24－1）×300=4500(个)
能力提升
以含有31P标志的大肠杆菌放 入32P的培养液中，培养2代。离 心结果如右：
亲代DNA
子代DNA
复制一次
沃森和克里克推测是半保留复制模型
沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说：DNA 分子在复制时DNA双螺旋将解开，互补的碱基之间的 氢键断裂，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。由于新合成的每个DNA分子中，都 保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方 式被称作半保留复制。
例2、从DNA分子的复制过程可以看出，DNA分子复制
dna的复制
DNA的复制引言DNA复制是生物体细胞分裂的重要过程，它使得一个细胞能够复制其遗传信息，并将这些信息传递给下一代细胞。
DNA 的复制是一个精确的过程，因为一旦发生错误，就会导致突变和遗传信息的丢失。
本文将介绍DNA的复制原理、过程以及与其他生物过程的关联。
DNA的结构在了解DNA的复制之前，首先需要了解DNA的结构。
DNA是由四种碱基（腺嘌呤，胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶）的排列组合构成的双链螺旋结构。
碱基通过氢键相互连接，在两条链之间形成稳定的连接。
其中两条链的排列是互补的，即碱基A与T相互配对，碱基G与C相互配对。
DNA复制的原理DNA复制是由一个酶系统驱动的复杂过程，该酶系统包括DNA聚合酶、脱氧核苷酸和其他辅助蛋白质。
复制过程中，DNA双链被解开形成两条单链，然后每条单链作为模板来合成新的互补链。
这种方式称为半保留复制，因为新合成的DNA分子保留了一个原始模板链和一个新合成链。
DNA复制的过程DNA复制主要分为三个步骤：解旋、复制和连接。
1.解旋：DNA双链的解旋是由螺旋酶负责的，它能够将双链分开，并形成两条可供复制的单链。
2.复制：在解旋之后，DNA聚合酶开始作用。
DNA聚合酶以单链作为模板，根据碱基配对规则，合成新的互补链。
复制的过程是连续的，从DNA的起始点开始，向两个方向同时进行。
复制的速度可以达到几百个核苷酸每秒。
3.连接：复制过程中，一些蛋白质能够识别并修复DNA链上的错误。
一旦复制完成，这些蛋白质还能将两条单链连接起来，形成完整的DNA双链。
DNA复制与细胞周期DNA复制与细胞周期密切相关。
在细胞周期的S期（DNA 合成期），细胞会进行DNA复制。
复制的完成是细胞周期前进的一个关键步骤，因为只有在DNA复制完成后，细胞才能进行有丝分裂。
在有丝分裂过程中，复制后的DNA被均匀地分配给两个新的细胞。
DNA复制的调控为了确保DNA复制的准确性和顺利进行，细胞发展了一套复杂的调控机制。
第二章 DNA的复制-分子生物学
25
错配碱基
切除错配 核苷酸
正确 核苷酸
复制方向
3´ 5´ 3´ 3´ 5´
DNA聚合酶Ⅰ的校对功能(3’-5’ 外切酶活性)
26
5’－3‘外切酶活性： ♦ 从5’-P端依次切除，可 连续切除多个核苷酸； ♦ 只切配对的5’-P末端核 苷酸； ♦ 既可切除脱氧核苷酸 也可切除核苷酸； ♦ 对只有5’末端的切口也 有活性。
Pol C: polymerase
Dimerizing Units
Sliding Clamp the clamp loader
32
33
34
35
B 真核生物聚合酶
五种 • DNA聚合酶α • DNA聚合酶δ • DNA聚合酶γ
• DNA聚合酶β、ε
功能： • 参与随从链的合成 • 参与前导链的合成 • 参与线粒体DNA的合成 • 参与DNA的修复
21
4）DNA聚合酶（DNA Polymerase）： • 以dNTP为前体催化合成DNA • 需要模板和引物的存在 • 不能起始合成新的DNA链
• 催化dNTP加到生长中的DNA链的3’-OH末端
• 催化DNA合成的方向是5'→3'
22
A 原核生物聚合酶 • DNA聚合酶有5种
• 具有多种酶活性的多功能酶 • 参与DNA复制的主要是polⅢ和polⅠ。 DNA聚合酶Ⅰ（DNA PolymeraseⅠ， PolⅠ） • Kornberg酶（1956年）
连续的小片段的链称为随从链。
（复制方向与解链方向相反)
61
♦ 冈崎片段（Okazaki）： DNA复制时，一股以5’ 3’方向的母链作为模板， 指导新合成的链沿5’ 3’合成1000—2000个核苷酸不连
DNA的复制
AT
+ A T
CG
AT CG
GC
GC
AT
AT
GC
GC
9. DNA准确复制的原因 （1）DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。 （2）通过碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。
AT GC AT AT CG GC AT GC
AT
AT
GC
GC
AT
AT
+ A T
CG
AT CG
GC
GC
AT
AT
GC
2. 脱氧核苷酸链数（复制n次）
（1）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：2n＋1条 （2）亲代脱氧核苷酸（15N）链数： 2条
注：无论复制多少次，含15N的链数始终是2条。 （3）新合成的脱氧核苷酸（14N）链数： 2n＋1-2条
3.消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷 酸m个，经过n次复制后需要消耗该脱
C 培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的（ ）
A．1／10 B．1／5 C．1／16 D．1／25
练习
[例题4]某DNA分子有2000个脱氧核苷酸，已知它的一条单链 上碱基A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，若该分子复制一次，则需
C 要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是( )
A. 200个 B. 300个 C．400个 D．800个
1. DNA分子数计算（复制n次）
（1）子代DNA（含14N） 分子数： 2n个 （2）含亲代链（15N）的DNA分子数： 2个
注：无论复制多少次，含15N的DNA分子数始终是2个。 （3）不含亲代链（只含14N）的DNA分子数： 2n-2个 （4）只含15N的DNA分子数： 0个
第四章 DNA的复制
第四章DNA的复制第一节DNA复制的特点一、DNA的半保留复制DNA复制的可能机制：全保留复制散布式复制半保留复制二、复制的起点（Orient）复制起点或复制原点，常用Ori或O表示。
复制起点的结构（以E.coli为例）1、框架结构(Frame structure)间隔序列变化大，识别序列较保守2、有一系列的反向重复序列（回文结构），故易形成高级结构3、有4个9bp的重复序列—“dna盒”较保守，TTATNCANA，是OriC复制起始时dnaA蛋白的特异结合位点。
4、有3个13bp的重复序列GATCTNTTNTTTT，dnaA蛋白结合位点，DNA融化解链。
5、有11个GA*TC序列A的甲基化是必须的，若缺失，则复制功能受影响复制起点的功能复制的起动（主要功能）控制复制（有些参与）A、控制拷贝数B、控制复制周期C、控制复制方向三、复制的方向双向等速复制：E.coli、酵母、果蝇、哺乳动物单向复制：动物线粒体不对称复制：枯草杆菌DNA复制子：生物体的单个复制单位，包含一个复制原点，也可能包括一个复制终点。
通常，细菌、病毒和线粒体DNA都只含有一个复制子，而真核基因组含有多个复制子。
四、DNA复制的方式1、复制叉式、“复制叉”、“复制眼”2、θ型复制(Cairns复制)1963年Cairns提出。
E.coli DNA的复制为θ型复制。
3、滚环型复制λ噬菌体：产生多联体尾巴ΦX174：成环滚环型复制4、D环型复制线粒体和叶绿体的环状DNA第二节DNA复制有关的酶和蛋白质一、原核DNA聚合酶的种类DNA聚合酶I（DNA pol I）DNA聚合酶II（DNA pol II）二、DNA pol I的性质DNA pol I分子量为109kd，约1000个残基，由polA基因编码。
用枯草杆菌蛋白酶处理DNA pol I，可获得两个片段。
大片段分子量为76kd，具有5'-3'聚合酶活性和3' -5'外切酶活性，被称为Klenow片段。
DNA分子的复制--公开课PPT课件
9
练习：结合所学知识回答下列问题：
(1)从图中可看出DNA复制的方式是 __半__保__留__复__制___。 (2)A和B是DNA分子复制过程需要的酶， 其中B能将单个的脱氧核苷酸连接成 脱氧核苷酸链，从而形成子链；
则A是____解__旋_____酶， B是_____D_N__A_聚__合_____酶。 (3)图示过程在绿色植物叶肉细胞 中进行的场所细有胞__核__、__线__粒__体，、叶绿体 进行的时间为_有__丝__分__裂__的__间__期____。
位素磷分别是： 31P ， 31P 和32P 。
⑷、上述实验结果证明了DNA的复制方式
是 半保留复制 。
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2020/1/15
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10
二、对DNA分子复制的推测
半保留复制
全保留复制
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如果要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？
区分亲代和子代的DNA，
标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分 布
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问题1:如果要在实验中直观地区别、“标识” 母链或子链,可以采取什么办法？
同位素标记法
问题2:可以用什么元素的同位素(放射性)
6
一、DNA分子复制的过程（P54） ：
解旋： 解旋酶催化 模板 边解旋边复制
合成子链:以母链为模板进行碱基配对 （在DNA聚合酶的催化下，利用游离的脱 氧核苷酸合成脱氧核苷酸链）
母链（旧链） 形成子代DNA: 组成
子链（新链）
方式：半保留复制
7
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一、DNA复制的过程
思考及小组讨论解决以下问题：
5
一、DNA复制的过程
(公开课)DNA的复制
（1）概念：
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程. (2)复制的时间：
细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期
(3)DNA复制的场所： 细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
（4）需要的条件： A.酶： 解旋酶，DNA聚合酶等 B.原料：细胞中游离的四种脱氧核苷酸 C.模板： 亲代DNA分子
D.能量： ATP
亲代DNA分子
问题２:如果要在实验中直观地区别、“标识” 母链或子链,可以采取什么办法？
同位素(具放射性)标记的方法
问题３:如果用同位素 (放射性)进行标记,用 什么元素?
可用C、H、O、 N、P等元素
亲代DNA分子
问题４:如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境 中进行培养，则亲代、子一代、子二代DNA分 别含有哪种N元素？
通过离心使其发生分层(15N质量大于14N)
亲代DNA分子
问题６:如果对亲代、子一代、子二代的DNA 都分别进行离心，结果会怎样分布？
【验证 假设】
拓展延伸
根据上面实验过程,完成下列表格
世代 分子 总数
DNA分子在离心管中位 置
不同DNA分子占全部DNA分子之比
15N分子 杂种分子
14N分子
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个， 经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸 m ·（2n -1）个。
②复制第n次所需该脱氧核苷酸数为 m·2n-1 个 。
(4)碱基总数＝失去H2O数＋2
例如：一个DNA分子片段，经水分解消耗88个水
分子，得到多少个脱氧核苷酸？ 90
（5）复制过程：
①解旋：在解旋酶的作用下，双链螺旋的DNA打
开氢键，解开成为两条单链，每条单链 均作为模板合成新的DNA。
DNA的复制
真核生物复制起点的研究是以酵母为基础的
富含AT
• “呼吸现象”
DNA复制原点处氢键迅速断裂与再生， 导致两条DNA链不断解链与聚合， 形成瞬间的单泡状结构的过程。
在富含AT的区域内尤为明显
常温（37℃）即可发生解链
• 复制起点两侧基因的转导频率高
aob ca o b d
复制起点e c a o b d f
g e ca o b d f h
大多数 rDNA 位于复制起点两侧
4a 4b 3c 3d 2e 2f 1g 1h
• 子链DNA延伸方向
DNA聚合酶只在DNA新链的3’-OH端反应； DNA新链的延伸方向为 5’ → 3’ 。
T CA
5’PPP
OH
C
+ ppp OH
聚合反应
T CA C
5’PPP
OH 3’ + ppi
复制
M13+
+
E.coli D利N福平A聚合酶不M1能3 发动
[利福平 s ]
子链DNA的复制起始无M13 复制
! E.coli
[利福平 S ] + M13
利福平
有M13 复制
E.coli [ 利福平 R ]
利福平
M13
有M13 复制
总结：
• M13 复制子的形成需要 RNA聚合酶发动合成一段 RNA 分子作为引物；
DNA复制起始控制机理知之甚少
DNA复制的特点
★ 有一定的复制起始点 ★ 半保留复制 ★ 需要引物 原核生物50-100bp，真核生物10bp ★ 双向复制 ★ 半不连续复制
3.2. 复制起点与方向
DNA复制的起点 （origin of
生物化学复习资料之DNA的复制
生物化学复习资料之DNA的复制、转录、翻译部分DNA的生物合成第一节 DNA的复制一、半保留复制（semi-conservation replication）（一）证据：1. 用氮15标记大肠杆菌DNA，然后在氮-14中培养，新形成的DNA是杂合双链，即双链中一条是重链（约重1％），一条是轻链。
第二代则有一半全是轻链，一半是杂合双链。
2.大肠杆菌DNA在用氚标记的胸苷复制近两代，放射自显影，未复制部分银密度低，由一条放射链和一条非放射链组成；已复制部分有一条双链是放射的，一条双链有一半是放射的。
这证明大肠杆菌DNA是环状分子，以半保留方式复制。
（二）特点：子代保留一条亲代链，而不是将它分解。
这说明DNA是相对稳定的。
双螺旋DNA（或RNA）是所有已知基因的复制形式。
二、复制的起点和单位（一）基因组能独立进行复制的单位称为复制子。
原核生物是单复制子，真核生物是多复制子。
每个复制子有起点。
通过测定基因出现的频率可以确定起点位置，距离起点越近的基因出现的频率越高。
起点有发动复制的序列，也有决定拷贝数的序列。
起点的结构是很保守的。
（二）复制终止点：已发现Ecoli的与复制终止有关位点，其中含有23bp的保守序列，由tus蛋白与此位点结合参与复制的终止。
真核生物中似乎没有复制终止点。
（三）复制多数是双向、对称的，但也有例外。
通过放射自显影可以判断复制是双向还是单向：先在低放射性培养基中起始复制，再转移到高放射性培养基中，如是双向复制，其放射自显影图是中间银密度低；单向复制则为一端低。
（四）单向复制有一些特殊方式：1.滚动环：噬菌体φX174DNA是环状单链分子，复制时先形成双链，再将正链切开，将5’连接在细胞膜上，从3’延长，滚动合成出新的正链。
2. 取代环：线粒体DNA复制时是高度不对称的，一条链先复制，另一条链保持单链而被取代，呈D环形状。
这是因为两条链的复制起点不同，另一条链的起点露出才能复制。
三、有关的酶（一）反应特点：1. 以四种dNTP为底物2.需要模板指导3 需要有引物3’-羟基存在4. DNA链的生长方向是5’-3’5.产物DNA的性质与模板相同（二）大肠杆菌DNA聚合酶1DNA聚合酶I：单链球状蛋白，含锌。
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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；
复制一次
2.半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；
复制一次
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
复制一次
二、DNA半保留复制的实验证据
15N/ 15N
重带(下部)
例如：一个DNA分子片段，经水分解消耗88个水
分子，得到多少个脱氧核苷酸？ 90
三、DNA分子复制的过程
解旋： 解旋酶催化（氢键断裂） 模板 同时进行(边解旋边复制）
以母链为模板进行碱基配对 （在DNA聚合酶的催化下，利 用游离的脱氧核苷酸进行）
形成两个子代DNA: 母链（旧链）
组成 子链（新链）
G
A
T
A
T
T G
刚解旋 C
G
通过碱基互补 G
C
配对C脱氧核苷酸
结所正合以到在母D复链NA上制A复T 制特点之A 一T是:
G边C解旋边复制G C
A
T
A
T
C
G
C
G
A
T
另一条
子代A DNTA
C
G
A
T
一A条子T代
CDNAG
G
C
G
C
A
T
A
T
形成两条完全相同的子代DNA
G
C
G
C
1.概念： DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
变通：亲代母链与子代DNA链数之比为：1/2n
含亲代母链的DNA分子数与子代DNA分子数
之比为：2/ 2n
规律2：亲代DNA分子经 n 次复制后， 所需某种游离的脱氧核苷酸数为：
R ＝a (2 n－1) 其中 a 表示亲代DNA含有的某种
碱基数，n 表示复制的次数。
规律3：碱基总数＝失去H2O数＋2
解析：所用知识为“半保留复制”和“碱基互补配对原则”，并图示
分析。 A T
TA
GC
CG
解：根据半保留复制和碱基互补配对原则
连续第一次复制
AT
AT
DNA分子数= 2n
TA
TA
GC
GC
脱氧核苷酸链数= 2n+1
CG
CG
连续第二次复制
母链数= 2
AT
AT
AT
AT
子链数= 2n+1 ﹣2
TA
TA
TA
TA
GC
15N/ 14N
中带(中间)
14N/ 14N
轻带(上部)
实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的
15N/ 14N
中带(中间)
【智慧眼——寻找规律】
规律1：亲代DNA复制n代后，DNA分子 数为＿2n ＿＿，含亲代母链的DNA分子数 为＿2＿个＿，不含亲代母链的DNA分子数 为＿2＿n－＿2 ＿
GC
GC
G C 答：一个DNA连续复制n次后，共有2n个
CG
CG
CG
C G DNA，2n+1条脱氧核苷酸链，母链2条，
连续第n次复制 子链2n+1 ﹣2条
②一个DNA的碱基A（T、G、C）占碱基总数的a%，碱基总数为m， 连续复制n次后，共需要G（C、A、T）多少个？
解析：先求出亲代DNA中G=C=？每两条新链所必需的鸟嘌呤（G）数 等于亲代DNA胞嘧啶（C）数，再求出DNA复制n代后子链数；最后求 出DNA连续复制n代后需要鸟嘌呤数。 解： 因为A=ma%，A=T、G=C， A+T= 2ma%，
课堂练习
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 2.DNA分子的复制发生在细胞有丝分裂的（ ） A.分裂前期 B. 分裂中期 C. 分裂后期 D. 分裂间期
3.下列关于DNA复制的说法，其中不正确的是（ ）
所以G=C=m（1/2﹣ a%），每形成两条新链所必需的鸟嘌呤数等 于亲代DNA胞嘧啶数= m （1/2﹣ a%）
DNA复制n代后子链数=2n+1 ﹣2
DNA连续复制n代后需要
鸟嘌呤=[（2n+1 ﹣2 ）/2] m （1/2﹣ a%） = m （2n ﹣1）（1/2﹣ a%）
答：DNA连续复制n代后需要鸟嘌呤数是m （2n ﹣1）（1/2﹣ a%）。
7.准确复制原因 ①DNA双链提供精确的模板
②碱基互补配对原则
8.DNA分子的复制实质(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。
思维拓展
Ⅰ １)复制n次后DNA个数:
Ⅱ 2n（n=复制次数）
Ⅲ
2）含母链的DNA数量及比例 2 2ｎ
2.场所： 细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
3.时期： 有丝分裂间期、减数：游离的脱氧核苷酸（A、G、C、T）
能量：ATP
酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等
5.复制过程： 解旋→合成互补子链→形成子代DNA
6.复制特点 （1）边解旋边复制 （2）半保留复制
思维拓展
１)DNA个数: 2n（n=复制次数）
2）含母链的DNA数量及比 例 3）含母链的脱氧核苷酸链数 占总链数比
2 2ｎ
2 2n×2
4）复制n次消耗原料的量：a（２ｎ－１）
5）复制第n次消耗原料的量：a２ｎ－１
4
3
与复制有关的碱基计算
①一个DNA连续复制n次后，共有多少个DNA？多少条脱氧核苷酸链？ 母链多少条？子链多少条？
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 分子是边解旋复制的
D. DNA 复制过程中两条母链均可作模板
4.以DNA的一条链“－A－T－C－”为模板，经复制后
的子链是（
）
A. “－T－A－G－”
B. “－U－A－G－”
C. “－T－A－C－”
D. “－T－U－G－”
T G
C
T 与复制 有关的酶
DNA分子利用细胞提供A的能量T，在解旋酶的作用下，
把两条扭成螺旋的双链C 解开，G 这个过程叫解旋。
A
T
T
A
T
G
A
C
G
G
G
C
C
在酶的催化下
A
T
T
氢键已被C打开
G
C
A
C
A
A A
C
亲代DGNA的 G
一条链作为模板
C
A
G
T G T T
G
T G
C T
C
T C
还未解旋
A
T
C
5.由15N标记细菌的DNA，然后又
将14N来供给这种细菌，于是该细菌便
用14N来合成DNA，假设细菌连续分裂
边
半
解
保
旋
留
复
复
制
制
多
起
点
复
制
A
T
思DD考平面模式图复制过程23NN：、、有1AA复复、何制制D关N过 形系A程 成？复有 的C制AACAG何 子需主 代要G要DTTGTC哪N特些A点和基？亲本代条D件N？A
G
C
游离的 脱氧核苷酸
A
T
C
G
A
T
A
T
A
C
G
G
G
C
A
T
氢注键将意被，C 打此开处！
G
C