3.3DNA的复制课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

第三章 基因的本质 第3节 DNA的复制 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 问题探讨 沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“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” 1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？ 碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示DNA的复制可能要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。 2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？ 科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的实验证据之上。 in the following communications. We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chemical arguments. It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic material. Full details of the structure, including the con-ditions assumed in building it , together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere. Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 问题探讨 无论细胞有丝分裂还是减数分裂，都要经历一个较长的细胞分裂间期。细胞在分裂间期主要有什么变化？ DNA分子是怎样进行复制的呢? Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 一、对DNA复制的推测 1.半保留复制（沃森&克里克） DNA复制时，DNA双链螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的2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。 特点：一模一样，一新一旧 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 一、对DNA复制的推测 2.全保留复制 以两条母链为模板合成两条DNA子链，子代DNA中母链重新结合，两条子链彼此结合成另一个子代DNA分子。 特点：一全新，一全旧 3.分散复制（弥散复制） 亲代DNA双链被切成片段后合成，然后子、母双链聚集成“杂种链”。 特点：新旧都有，随机组合 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 二、DNA半保留复制的实验证据 半保留 复制 全保留 复制 需要通过实验验证 首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ②利用离心技术可以在试管中区分含有不同氮元素的DNA； 二、DNA半保留复制的实验证据 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。 科学家：梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl） 材料：大肠杆菌 技术：同位素标记法（15N无放射性）、密度梯度离心法 ① 15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大 氯化铯离心分离时,盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部,同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗,使Cs+与Cl-分散在整个溶液中,CsCl经过离心后,溶液达到一个平衡状态,扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡,形成一个连续的CsCl浓度梯度,溶液的密度在离心管底部最大,顶部最小。 如果DNA分子溶解在CsCl中,它们会逐渐集中在一条狭窄的带上,则DNA分子的密度恰好与那一点的CsCl密度相等.若用同位素标记DNA分子,则使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外线的特点,用光源照射在照相底板上就出现了DNA的不同位置。 科学方法：假说-演绎法 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 二、DNA半保留复制的实验证据 2、实验过程 ①先用15NH4Cl培养液培养大肠杆菌 ②让大肠杆菌繁殖若干代（ DNA 几 乎都是15N标记） ③将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的 普通培养液中 ④在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA ⑤将提取的DNA进行离心，记录离心管中DNA的位置 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 二、DNA半保留复制的实验证据 高密度带 中密度带 低密度带 15N 14N 15N 15N 14N 14N 2、实验过程 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 二、DNA半保留复制的实验证据 15N 14N 14N 14N 15N 14N 亲代 子一代 子二代 细胞再分裂一次 15N 15N 转移到含14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 3、实验预期 半保留复制 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 亲代 子一代 子二代 15N 15N 转移到含14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 15N 15N 14N 14N 14N 14N 15N 15N 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 全保留复制 二、DNA半保留复制的实验证 3、实验预期 细胞再分裂一次 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 二、DNA半保留复制的实验证据 子一代 子二代 亲代 细胞再分裂一次 15N 15N 转移到14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 15N 14N 15N 14N 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 分散复制 3、实验预期 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 亲代 子一代 子二代 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 半保留复制 全保留复制 分散复制 实验预期 二、DNA半保留复制的实验证据 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 结论：证明DNA的复制是半保留复制 实验验证 二、DNA半保留复制的实验证据 4、实验结果 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 作出假说 演绎推理 实验验证 2、推测可能的复制方式 3、推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果 5、结论：DNA复制是半保留复制 1、DNA的是如何复制的? 提出问题 半保留复制 全保留复制 分散复制 假说——演绎法 4、证明DNA半保留复制的实验 得出结论 二、DNA半保留复制的实验证据 5、探究历程 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 三、DNA复制的过程 1.DNA复制的概念是什么?时间？场所？ 2.DNA复制过程怎么进行? 3.DNA复制过程需要哪些条件? 4.DNA复制过程有何特点? 5.DNA复制有何生物学意义? 阅读P55，思考下列问题： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 三、DNA复制的过程 细胞分裂前的间期,随着染色体的复制而完成。 2.时间： 3.场所: 真核生物： 1.概念： 指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。 叶绿体、线粒体 原核生物： 细胞核（主要） 主要在拟核 4.条件: 病毒： 宿主细胞内 ③能量 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 由细胞代谢提供的ATP等 ①模板 ②原料 ④酶 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 17 ⑴解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A C G T A T A C G G C T A G C C G T A 3' 5' C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' ATP 解旋酶 5、过程 三、DNA复制的过程 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 18 ⑵合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的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。 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T 形成氢键 5、过程 三、DNA复制的过程 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 19 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T A C G C A A G C T A G T C A T T A DNA聚合酶 5' 3' T A T G C A T G A T C G A G C T T 5' 3' ATP ATP 合成方向： 子链的5'端→ 3'端 形成磷酸二酯键 ⑵合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的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。 DNA复制的方向？ 从子链的5' 端向 3' 端延伸 三、DNA复制的过程 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 20 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T 5' 3' T A G C C G T A T A G C C G A T A T 3' 5' T T A C G C G T A T A T A T A 5' 3' 三、DNA复制的过程 （3）形成子代DNA分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 21 解旋酶 酶 5' 3' 3' 5' DNA聚合酶 5' 3' 前导链 5' 3' 冈崎片段 DNA连接酶 DNA聚合酶的底物： 脱氧核苷酸 DNA连接酶的底物： DNA片段 后随链 前导链与后随（滞后链）： 互补配对 单链附着蛋白 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 6.原则: 7.特点: 边解旋边复制 半保留复制 碱基互补配对原则 提高复制效率，减少DNA突变可能 10.意义: DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。 9.DNA准确复制的原因 ①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。 ②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。 8.结果: 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子 三、DNA复制的过程 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 24 DNA是主要的遗传物质 ： 基因 染色体 DNA 蛋白质 定位 成分 结构 双螺旋结构 脱氧核苷酸 形成 复制 功能 半保留复制 DNA可能的复制机制 假说 复制机制的实验证据 碱基互补配对原则 验证 时间 场所 条件 过程 结果 原则 意义 结论 本节思维导图 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 练习与应用 一、概念检测 1.DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。据此判断下列相关表述是否正确。 (1)DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。（ ） (2)在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的。（ ） × × 2.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是( ) A.复制均在细胞核内进行 B.碱基互补配对原则保证了复制的准确性 C.1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子 D.游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链 B Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 练习与应用 3.将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是( ) A.所有的大肠杆菌都含有15N B.含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2 C.含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4 D.含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8 C Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 练习与应用 二、拓展应用 1.虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错误?这些错误可能产生什么影响? 可能有6个碱基发生错误，产生的影响可能很大，也可能没有影响。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 练习与应用 2.已知果蝇的基因组大小为18×108bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的速率一般为50-100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。 说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 单起点双向复制（原核生物） Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 亲 代 复制一次 复制两次 复制三次 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 拓展补充 2 =21 4 =22 8 =23 DNA数量 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 30 1.亲代DNA分子经 n 次复制后 ①子代DNA分子数： ②含亲代母链的DNA分子数： ③不含亲代母链的DNA分子数： 2n个 2个 2n-2个 例1：一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N的培养液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___个，不含15N的DNA分子有___个，含有14N的DNA分子有____个，不含14N的DNA分子有____个，只含有14N的DNA分子有___个。 2 6 8 0 6 ④母链和子链的条数分别是： 2条 2n＋1 - 2 条 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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 ？ ②第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数？ 2.消耗的脱氧核苷酸数： m (2n－1)个 m·2n－1 例、一个具有a个碱基对的DNA，含有b个A，该DNA完成n次复制，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸多少个？ （2n-1）X (2a-2b)/2 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 复制代数 1 2 3 … n DNA数 2 8 … 15N/15N 0 0 … 15N/14N 2 … 2 14N/14N 0 6 … DNA链数 4 8 … 15N链数 2 2 … 14N链数 2 6 … 4 2n 0 0 2 2 2 16 2n+1 2 2 14 2n+1-2 2n-2 将一个15N/15N的DNA分子放于14N的原料中复制n代，完成下表并总结规律： 拓展补充 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 复制 15N 15N 15N 14N 15N 　 复制 2、一个有15N标记的染色体在14N的培养基中复制后形成两个染色单体，这两个染色单体的标记性是否相同？ 1、一个双链DNA的分子量为a，放在32P的培养基中培养数代后，分子量变为b,再把这样一个32P标记的DNA放在31P的正常培养基中复制两次，则得到的DNA分子量平均应为 ？ （3a＋b）/4 课堂练习 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. $$