11DNA真核复制3
DNA复制的方向和方式
DNA复制的方向和方式 释疑 DNA复制的方向和方式
近期在进行DNA的复制教学内容，本来觉得这些内容容易理解，但也产生的一些问题。
问题：DNA复制和方向如何？复制是多个起点同时还是不同时？原核生物和真核生物的DNA复制方式是不是相同？
DNA的复制是传递遗传信息所必需的，也就是说这是DNA的一个功能。高中生物教材只讲到复制过程、基本条件、特点和方式，没有讲到原核生物和真核生物DNA的复制方式区别，也没讲到染色体的DNA和质DNA的复制方式区别。下面根据有关资料，对教材相关的知识进行拓展。
典例解析
试题：（2009年江苏高考试题）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：B 解析：从图中可以看到DNA分子复制是有多个起点，但是由于复制环有大有小，所以复制并不是同时开始的，而是有先有后，故A项错误；DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，而且由图可知复制是两个单链同时反向进行的，所以是一个边解旋边双向复制的过程，故B项正确；DNA分子复制过程中需要模板、原料、能量和酶等基本条件，其中酶包括解旋酶、DNA聚合酶和DNA连接酶等，故C项正确；DNA分子通过边解旋边双向复制的方式进行复制，而非两条母链完全解开后才开始合成新的子链，由此在解旋结束时也伴随着复制结束，并产生两个完全相同的DNA分子，提高了复制速率，故D项正确。
NO.1 复制子和复制起始点
复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起始点，常用ori或o表示。
原核生物每个DNA分子只有一个复制起始点，真核生物DNA分子有多个复制起始点。
每个复制起点到终点间的DNA复制区域称复制子，每个复制子在一个细胞分裂周期中必须启动而且只能启动一次，真核生物染色体为多复制子。复制时，双链DNA由起始点处打开，沿两条张开的单链模板合成DNA新链，两侧形成的Y型结构称为复制叉。 NO.2 复制方向
第3节 DNA的复制
课前预学区 明确目标 课前准备
目
课中导学区 情境问题 探究体验
录
课堂思学区 学习反思 评价检测
一、对DNA复制的推测 1.半保留复制 (1)提出者:① 沃森和克里克 。 (2)内容:DNA复制时,DNA双螺旋解开,互补的碱基之间的② 氢键 断裂,解开的 ③ 两条单链 分别作为复制的模板,游离的④ 脱氧核苷酸 根据⑤ 碱基互补配对 原则 ,通过形成⑥ 氢键 ,结合到作为模板的单链上。 (3)结果:新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的⑦ 一 条链。 2.全保留复制 概念:指DNA复制以DNA双链为模板,子代DNA的双链都是⑧ 新合成的 。
2022
人教版 新教材 必修2
第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
1.通过对探究DNA复制方式的推测及实验的分析,再一次体会假说—演绎法,掌握 科学研究的方法,提升实验探究能力。
2.通过图解分析,构建DNA复制的过程,明确精确复制的原因,达成结构与功能相适 应、模型构建等生命观念和科学思维素养的提升。
对DNA复制的推测及实验验证 活动1 分析假说—演绎法探究DNA半保留 复制方式 1.要想证明DNA的复制方式,关键是什么?
【提示】关键是通过实验区分亲代与子代的DNA。
2.1958年,美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔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。结合课本P54“思考·讨论”,回答下列有关问题。
(4)实验第一代只出现一条居中的DNA条带,这个结果排除了哪种复制方式?第二代 出现了中带和轻带两条条带,说明什么? 【提示】全保留复制;说明DNA的复制方式为半保留复制。
DNA半保留复制的实验证据 1.实验方法:同位素标记技术和离心技术。 2.实验原理 (1)DNA的两条链都用15N标记,那么这样的DNA分子密度最大,离心时应该 在试管的底部。 (2)DNA的两条链都没有被15N标记,那么这样的DNA分子密度最小,离心时 应该在试管的上部。 (3)DNA的两条链中只有一条单链被15N标记,那么这样的DNA分子离心时 应该在试管的中部。
关于真核生物dna复制中生成的冈崎片段
关于真核生物dna复制中生成的冈崎片段
真核生物 DNA 复制过程中生成的冈崎片段 (Okazaki fragments) 是指 DNA 聚合酶在进行 DNA 复制时，将 DNA 双链解开后，在 DNA 模板链的端点处进行复制，然后把新的 DNA 链合成出来。
在这个过程中，DNA 聚合酶将 DNA 模板链的一个末端作为起点，利用核苷酸分子作为模板，在 RNA 聚合酶的作用下合成一条新的 DNA 链。
这条新链与原来的 DNA 链平行，并形成一个新的起点，以便进行下一次 DNA 复制。
冈崎片段的生成是 DNA 复制中的一个重要步骤，是 DNA 聚合酶将 DNA 模板链解开后，进行复制的一个重要过程。
在这个过程中，DNA 聚合酶需要消耗能量，并通过不断合成新的 DNA 链来延长 DNA 分子。
同时，冈崎片段的生成也可能会导致一些新的问题，例如新生成的 DNA 链可能与原来的 DNA 链不匹配，或者 DNA 聚合酶在进行DNA 复制时可能会出现错误，导致 DNA 分子的突变。
在真核生物 DNA 复制过程中，冈崎片段的生成是非常重要的一步，是 DNA 复制顺利进行的必要步骤。
同时，为了更好地了解冈崎片段的生成过程，科学家们一直在不断进行研究，希望能够更好地理解真核生物 DNA 复制的机制，以及 DNA 复制过程中可能出现的错误和风险。
3-3DNA的复制 课件 高一下学期生物人教版必修2
①解旋——在能量驱动下， 提示：DNA聚合酶的合成方向是5´→3´，这也是核苷酸
解旋酶将DNA双螺旋解开 链的方向
友情学校：大庆实验中学
课件创意：一生唐
三、DNA复制的过程
5.条件：
(1)模板：亲代DNA的两条链(两条母链)
(2)原料：四种脱氧核苷酸(No:A、G、C、T)
(3)酶：解旋酶、 DNA聚合酶等
染色体
置于不含T含BrdU 的培养基培养
DNA
置于不含T含BrdU 的培养基培养
染色体中只含有T
第一次有丝分裂中期
预测全保留和弥散复制时，第一次和第二 次有丝分裂中期时染色单体的染色情况？
友情学校：大庆实验中学
第二次有丝分裂中期
课件创意：一生唐
二、DNA半保留复制的实验证据---真核生物
实验结果符合半 保留复制的预期
旁栏.思考
第一代只出现一条居中的DNA条带，
这个结果排除了哪种复制方式？ 【答案】第一代只出现一条居中的DNA
条带，这个结果排除了全保留复制的
方式。
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真核生物的DNA复制可以采用上述方法研 究吗？为什么？
课件创意：一生唐
二、DNA半保留复制的实验证据---真核生物
BrdU可以用代替T与碱基A进行互补配对。 若DNA中含有T，则染色体经吉姆萨染色为深色； 若DNA中只含有BrdU，则染色体经吉姆萨染色为浅色。
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第二次有丝分裂中期
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三、DNA复制的过程
回顾学过的知识及认真观看以下视频回答问题 1.主要的遗传物质是什么？ 2.DNA 分 子 主 要 存 在 哪 里 ？
亲代DNA复制
-A
(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。
原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点
原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点原核生物和真核生物都有一个共同的目标，即通过DNA复制来传递遗传信息。
然而，它们之间的DNA复制过程在许多方面有很大的异同。
在原核生物中，例如细菌，DNA复制过程通常涉及三个主要步骤：初始化、复制和终止。
在初始化阶段，DNA双链被解旋，并有一个作为起始点的特定序列称为起始点。
在这个区域，DNA链被“解开”，形成两条单链。
然后，在复制阶段，DNA聚合酶酶按照单链的方向在DNA模板上滑动，并通过添加互补的核苷酸来合成新的DNA链。
在这个过程中，每一条互补链成为新的DNA链，利用原有的DNA作为模板进行复制。
最后，在终止阶段，DNA链与模板分离，并两个新合成的DNA被分隔开。
与之不同，真核生物的DNA复制需要更多的步骤和复杂的机制。
真核生物的DNA复制通常涉及以下几个关键过程：初始化、复制和终止。
在初始化阶段，一个复制起始点复合物被形成，这是由一些特定蛋白质组成的复合物，它们负责在DNA双链之间形成一个“开口”。
该起始点通常包含一些保守的序列和其他特征，以帮助DNA聚合酶酶能够选择正确的地方开始复制。
在复制阶段，DNA聚合酶复制酶与其他辅助蛋白一起在DNA模板上滑动，并沿着模板合成新的DNA链。
然而，与原核生物中的DNA聚合酶不同，真核生物中DNA聚合酶复制酶通常有多个亚单位，每个亚单位具有不同的功能，并需要一些配合的蛋白质来完成复制过程。
此外，真核生物的DNA复制过程还涉及DNA拳卷和解旋过程，以帮助DNA复制酶复制DNA链。
这些过程由一些拳卷和解旋酶负责，这些酶能够在复制过程中产生一个单链DNA模板，以便DNA复制酶复制新的DNA链。
在终止阶段，复制过程以类似于原核生物的方式结束。
新合成的DNA 链被分离，复制起始点复合物被解体，然后两个新合成的DNA分隔开。
总结来说1.异同点：原核生物的DNA复制通常涉及三个主要步骤，而真核生物的DNA复制需要更多的步骤和复杂的机制。
原核生物及真核生物DNA复制
真核生物DNA聚合酶及有关蛋白
表 真核生物五种DNA聚合酶
DNA聚合 酶
位置
功能α核 引发 Nhomakorabeaδ
核 合成
ε
核 修复
βγ
核 线粒体 修复 复制
相对活性 80% 分子量 300K
170-230K
250K
亚基
3’→5’ 外切
催化核心（180K） 催化核心
催化核
两个引物酶(60,50K) (125K)
心
一个未知
原核生物及真核生物DNA复制
9、单链结合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：稳定已被解开的DNA 单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶 降解。
原核生物及真核生物DNA复制
（三）DNA的复制过程（大肠杆菌为例）
双链的解开
RNA引物的合成
DNA链的延伸
切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的
5、 DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶 ●以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物 ●反应需要有模板的指导 ●反应需要有3-OH存在 ●DNA链的合成方向为5 3
原核生物及真核生物DNA复制
原核生物中的DNA聚合酶(大肠杆菌）
性质
聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶 Ⅲ
3' 5 '外切活性 +
+
+
5' 3 '外切活性 +
在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并 连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的 方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一 条完整的DNA链为原滞核生后物及链真核。生物DNA复制
在DNA复制过程中，前导链能连续合成， 而滞后链只能是断续的合成53 的多 个短片段，这些不连续的小片段称为冈 崎片段。
DNA的复制与分配
DNA数目： 4n
数 染色单体数目： 4n
染色体数目： 2n
染色质 形 纺锤体
染色体 散乱分布 出现
两出现
核仁、核膜 消失
两消失
中 期
2.中期(metaphase)
DNA数目： 4n 数 染色单体数目： 4n
染色体数目： 2n
形 染色体 着丝点排列在赤道板上， 形态固定，数目清晰。
（3）后期： 次级精母细胞中的每条染色
体上的着丝点一分为二，两条 姐妹染色单体随之分开，成为 两条染色体，并在纺锤丝的牵 引下，这两条染色体分别向细 胞的两极移动。
此时与体细胞染色体数相同
（4）末期： 两组子染色体到达细胞两
极后，随着细胞的分裂进入到 两个子细胞中，这样，减数第 一次分裂中形成的两个次级精 母细胞，经过减数第二次分裂， 就形成了四个精细胞。
总结
精子的形成过程
（一）减数第一次分裂 四分体
复制
联会
同源染色 体分离
精原细胞 2n
初级精母细胞 2n
次级精母细胞 n
（二）减数第二次分裂
着丝点 分裂
变形
n 次级精母细胞
2n
（三）减数分裂基本过程
精细胞 n
精子 n
精原 复制 初级精 联会→四分体→次级精 着丝
细胞 2n
母细胞 2n
同源染色体分离
配子即有性生殖细胞, 如何形成?
减数分裂--一种特殊方式的有丝分裂
（一）、减数分裂的概念
1、范围： 进行有性生殖的生物 2、时期： 产生成熟生殖细胞的过程中
3、特点： 染色体只复制一次，而细胞分裂二次
4、结果： 成熟生殖细胞中的染色体数目比原始 生殖细胞的减少一半
DNA复制
ε δ
（二）复制终止和端粒酶
• • • • • • • 1．端粒 是真核生物染色体末端的结构。 端粒在维持DNA完整性，决定细胞寿命。 2、端粒结构： 共同特点是简单串联重复序列，富含G。 与特定蛋白形成复合物。 可形成四链结构。
G链 –T2G4-----TTGGGG TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG C链--A2C4-----
三、复制起点
• 复制有固定的起点，原核生物单个起点， 真核生物多个起点。
真核生物的多复制子 多个复制眼
单双向复制取决于起点处有一个还是两个复制叉
单向复制 双向复制
四、复制子
• 复制体：复制叉处的许多酶和蛋白组成的 复合体，协同动作合成DNA
复制子（Replicon）；又称复制单位 或复制 元， DNA中含有一定复制起点和复制终点 的复制单位
1） 二倍体病毒－－含两个基因组RNA拷贝
2） 还含一细胞tRNA－－逆转录合成DNA时的引物
3） 结构和组成
a) gag基因－－病毒颗粒核心蛋白，即DNA结合蛋白 b) pol基因－－与核酸合成和重组有关蛋白(多肽复合体) 逆转录酶、整合酶、RNaseH c) env基因－－病毒颗粒被膜 d) R－－10～80base（不同病毒）的正向重复 e) U3、U5－－一定长度 f) PBS －－反转录时tRNA引物的3’端结合位点
• 二.引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为 模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的 引物（Primer)。
三、 DNA连接酶（DNA Ligase）
• 切刻的 3’－OH 和 5’－P 相邻， • 切刻各自碱基处于配对状态 • 需要能量 原核（ATP、NAD） 真核 （ATP） • 用途： 复制过程中，5’ 端RNA引物被置换 后切刻的连接，修复、重组
第三章 DNA复制
D-环型
滚环型
单林娜 制作
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第三节 DNA复制的酶学
(Enzymology of DNA Replication)
一、复制中解链与DNA分子的拓扑学变化
与DNA几何学性质相关的酶
1.拓扑异构酶 (topoisomerase)
DNA复制时松弛超螺旋，以利复制叉
的行进及DNA合成，合成后再使其恢 复成超螺旋。
2、复制方向（复制过程的顺序性） 复制叉（Replication fork）：染色体中参与复制的活 性区域，即复制正在发生的位点 复制眼（replication eye）：电子显微镜下观察正在复制的DNA， 复制的区域形如一只眼睛
复制眼：在一个长的未复制区域内DNA已经复制的区域
真核生物的多复制子 多个复制眼
底物－－dNTP
Poly(核苷酸)n－3’-OH ＋ dNTP OH
→ Poly(核苷酸)n+1－3’＋ 2Pi
大肠杆菌DNA聚合酶（3种）
三种DNA聚合酶的结构和功能
DNA pol
5´3´的聚合作用，合成20个核苷酸即离
开模板
3´5´外切酶活性
5´3´外切酶活性
去除RNA引物，校正错误，修复损伤
条链并不同时进行复 制，轻链先开始复制，
稍后重链再开始复制， 当复制沿轻链开始时， 重链上产生了D环，随 环形轻链复制的进行， D环增大，重链后亦开 始复制，最后两条链 完成复制形成两条新 的DNA双螺旋。 线粒 体和叶绿体 DNA的 复制方式
（3）共价延伸方式(covalence
elongation）或滚环式复制
DNA pol Ⅲ 功能
5´3´的聚合作用（α亚基） 3´5´外切酶活性（ε亚基） 在DNA复制中主要作用