3.3 DNA的复制（讲义）-【讲义+分层练】2021-2022学年高一生物下学期同步备课优质资源（人教版2019必修2）

《第3章 基因的本质》教学讲义[高中生物学 必修2] 第3节 DNA的复制 必会知识 考点梳理拓展延伸易错警示 必会知识一 对DNA复制的推测 1．遗传物质自我复制的假说—半保留复制假说 沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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，因此这种复制方式称作半保留复制。 2．遗传物质自我复制的其他假说 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。 必会知识二 DNA半保留复制的实验证据 1．实验材料与方法 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证实了DNA是以半保留的方式复制的(假设)。 2．实验原理 15N和14N是N元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对质量不同，含15N的DNA密度大，含14N的DNA密度小，因此，利用密度梯度离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。 密度梯度离心技术：用一定的惰性介质在离心管内形成一系列连续或不连续的密度梯度，将需要分离的物质置于离心管介质中，通过离心力的作用使物质分离、分层。密度大的物质位于离心管的下部，密度小的物质位于离心管上部。 3．实验过程 (1)用15N标记的NH4C1培养大肠杆菌，获得的大肠杆菌的DNA分子双链都含15N(15N/15N)。 (2)将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养(大肠杆菌每20 min繁殖一代)，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，记录离心后试管中DNA的位置。 4．实验预期 若DNA的复制方式为半保留复制，离心后，提取出的DNA会因为质量不同而出现三条DNA带。 5．实验结论：科学家的实验结果与预期相同，从而证明DNA是以半保留的方式进行复制的。 ①该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。 ②该实验也可以用P，C等元素进行标记。 ③在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。 必会知识三 DNA复制的过程 1．概念：DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2．时间：在真核生物中，在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。 3．场所：真核生物的细胞核(主要)线粒体叶绿体及原核生物的拟核。 4．过程 (1)解旋：DNA利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，两条脱氧核苷酸链中配对的碱基从氢键处断裂，于是两条螺旋的双链解开，此过程叫作解旋。解开的两条单链作为母链(模板链)。 (2)合成子链：以解开的每一条母链(模板链)为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，以细胞中游离的四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 (3)形成子代DNA：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母链互相盘绕成双螺旋结构。这样，复制结束后，个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。 5．DNA复制的条件：DNA的复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。 (1)模板：亲代DNA分子的两条链。 (2)原料：四种游离的脱氧核苷酸 (3)能量：ATP (4)酶：解旋酶，DNA聚合酶，DNA连接酶等。 6．DNA复制结果：形成两个与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子。 7．DNA复制特点：(1)边解旋边复制；(2)半保留复制。 8．DNA复制的意义：将遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性。 DNA复制过程补充分析：DNA双螺旋的两条链是反向平行的，一条是5′→3′方向，另一条是3′→5′方向。生物细胞内所有的DNA聚合酶都只能催化子链从5′→3′的合成。因此，以3′→5′的母链为模板链时，DNA聚合酶从5′→3′的方向合成互补的子链，这条新合成的子链称为前导链。当以另一条链为模板时则不能连续合成子链。这时，DNA聚合酶会催化合成一段段小的新链片段，这些片段被称为冈崎片段。最后，由DNA连接酶负责把这些冈崎片段连接成子链，这条新合成的子链叫滞后链。这种前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物细胞中是普遍存在的，称为DNA合成的半不连续复制。 必会知识四 DNA分子的复制相关计算 1．DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有： (1)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条； ②亲代脱氧核苷酸链数＝2条； ③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。 (2)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