3.3 DNA的复制课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

第3章 基因的本质 自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”，而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么？摩尔根在他的《基因论》一书的末尾说：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”这个假设能成立吗？ 1 第3节 DNA的复制 目标 01 02 03 概述DNA复制方式的假说及实验依据。 掌握DNA复制的过程。 归纳DNA复制的相关计算规律。 教学目标 3 1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？ 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。 沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“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”。 讨论： 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； 问题探讨 (1)DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂； (2)解开的两条单链分别作为复制的模板，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； (3)新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链， 这种复制方式被称做半保留复制。 沃森和克里克 一、对DNA复制的推测 假说1——半保留复制 1、提出者： 2、主要内容： 3、模式图： 2、模式图： 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。 一、对DNA复制的推测 假说2——全保留复制 1、主要内容： 一、对DNA复制的推测 假说3——分散复制 1、主要内容： 复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中。 2、模式图： 要证明DNA复制是半保留复制，就需要通过实验区分亲代与子代的DNA。 DNA到底是如何复制的呢? 一、对DNA复制的推测 需要通过实验验证 DNA是肉眼看不见的，如何做才能区分亲代和子代的DNA,又如何进行实验观察呢？ 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。 半保留复制 全保留复制 分散复制 1.实验者： 2.实验材料： 3.技术手段 ： 美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 4.背景知识： 大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 同位素标记技术、密度梯度离心技术 ①15N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； ②利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA； 二、DNA半保留复制的实验证据 必修一P51 提取DNA离心 (2)将前面获得的大 肠杆菌转移到含 14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 第一代 密度 低 高 15N/15N-DNA(重带) (1)大肠杆菌在含15NH4Cl的 培养液中生长若干代， 大肠杆菌的DNA几乎都 是15N标记的； 密度 低 高 细胞再分裂一次 提取DNA离心 密度 低 高 提取DNA离心 第二代 条带是什么样的？ 二、DNA半保留复制的实验证据 5.实验过程： DNA复制一次 DNA复制两次 若为半保留复制 亲代 子一代 子二代 细胞再分裂一次 转移到含14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 提取DNA离心 提取DNA离心 提取DNA离心 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 二、DNA半保留复制的实验证据 6.实验预期： 重带 中带 轻带 中带 15N 15N 15N 14N 14N 15N 15N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代 (1/2) (1/2) 11 若为全保留复制 亲代 子一代 子二代 细胞再分裂一次 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 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 二、DNA半保留复制的实验证据 6.实验预期： 重带 轻带 轻带 重带 重带 15N 15N 14N 14N 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代 (1/2) (1/2) (3/4) (1/4) 12 亲代 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 子一代 15N/15N-DNA 1514N/1514N-DNA 若为分散复制 二、DNA半保留复制的实验证据 6.实验预期： 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 1514N/1514N-DNA 子二代 重带 中带 中带 大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代 13 15N/14N-DNA（中带） 15N/14N-DNA（中带） 14N/14N-DNA（轻带） 实验结果证明：DNA的复制是以半保留的方式进行的 二、DNA半保留复制的实验证据 7.实验结果： 排除全保留复制 排除分散复制 二、DNA半保留复制的实验证据 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是如何复制的? 提出问题 半保留复制 全保留复制 分散复制等 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 8.实验方法： 假说—演绎法 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? 阅读教材P55—56，思考下列问题： 三、DNA复制的过程 三、DNA复制的过程 三、DNA复制的过程 1.概念： 2.时间： 3.场所： 以________为模板合成_________的过程； 亲代DNA 子代DNA _______________期，随着_____________而完成的。 包括__________________和_________________ 细胞分裂前的间 有丝分裂前的间期 减数分裂前的间期 真核生物: 主要在______，其次在______（______和______） 原核生物: 主要在______，其次在______（_____） DNA病毒: ____________内 细胞核 细胞质 线粒体 叶绿体 拟核 细胞质 质粒 活的宿主细胞 染色体的复制 三、DNA复制的过程 三、DNA复制的过程 4.过程： 能量 解旋酶 母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 双螺旋结构 6.特点： 5.条件： (2)原料：四种脱氧核苷酸 (3)酶：解旋酶、 DNA聚合酶等 (4)能量：ATP(物质) (1)半保留复制 (2)边解旋边复制 (1)模板：亲代DNA的两条链(两条母链) 三、DNA复制的过程 课本P56：二、拓展应用 2.已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp（bp表示碱基对），真核细胞中DNA复制的速率一般为50-200bp/s，下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫做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复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好准备； （3）双向复制 （填空一般不填） 思考： 宫颈瘤细胞的DNA长36mm，DNA复制速度约为4um/min,但复制过程仅需40min即可完成，这说明了什么？ ①真核生物：多起点双向复制 ②原核生物：单起点双向复制 **多起点复制提高了DNA复制的效率 **复制泡大小不同的原因是复制时间有先后，复制泡大的复制开始的早； 开始晚 开始早 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子 8.结果： 10.意义： DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 从子链的5' 端向 3' 端延伸 7.方向: 9.DNA准确复制的原因 ①DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。 ②碱基互补配对能力，保证了复制能够准确地进行。 三、DNA复制的过程 DNA复制的推测 DNA复制实验证据 DNA复制 全保留复制 半保留复制 实验过程 实验结果 实验结论 基本条件 过程 特点 用15N标记DNA大肠杆菌放在含有14N的培养液中培养，在不同时刻提取DNA并进行分离 亲代：一条DNA带（底部） 第一代：一条DNA带（中间） 第二代：两条DNA带（中间、上部） DNA复制是半保留复制 解旋 合成子链 重新螺旋 模板 酶 能量 原料 DNA的两条链 四种脱氧核苷酸 边解旋边复制 解旋酶 DNA聚合酶 证明 参与 参与 1、将含有15N的DNA放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则： (1)DNA分子数： ①子代DNA (含14N)分子数是多少？ ②含有亲代DNA链的子代DNA(含15N)分子数是多少？ ③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数是多少？ (2)脱氧核苷酸链数： ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数是多少？ ②亲代脱氧核苷酸链数(含15N)是多少？ ③新合成的脱氧核苷酸链数(含14N)是多少？ 三、DNA复制的相关计算 亲 代 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 复制1次 复制2次 复制3次 2 4 8 =21 =22 =23 三、DNA复制的相关计算 (1)DNA分子数： ①子代DNA (含14N)分子数＝ ②含有亲代DNA链的子代DNA(含15N)分子数＝ ③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数＝ 2n个 2个 (2n－2)个 (2)脱氧核苷酸链数： ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝ ②亲代脱氧核苷酸链数(含15N)＝ ③新合成的脱氧核苷酸链数(含14N)＝ 2n＋1条 2条 (2n＋1－2)条 三、DNA复制的相关计算 1、将含有15N的DNA放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则： 2.将用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中，让其复制 三次，则含有14N的DNA分子占全部DNA分子的比例是：（ ） A． 1 B．1/2 C．1/4 D．1/8 ✔ 1.一个由15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，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 ✔ 3.一个被15N标记的DNA分子，以含14N的4种脱氧核苷酸为原料， 连续复制3次，则含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链 的比例是 (　　) A.1/2 B.1/4 C.1/6 D.1/8 ✔ 4.在一个密闭的容器里，用含有同位素14C的脱氧核苷酸合成一个 DNA分子，然后加入普通的含12C的脱氧核苷酸，经n次复制后， 所得DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含14C的脱氧核苷酸链 数之比是 (　　) A.2n∶1 B.(2n-2)∶n C.(2n-2)∶2 D.(2n-1)∶1 ✔ 5.一个含有1000个脱氧核苷酸对的双链DNA分子，放在32P标记 了脱氧核苷酸的培养基中培养一代后，形成的子代DNA分子 其相对分子量比原来增加了（　　） A.1000　　　B.2000 C.4000　　D.5000 6.某DNA分子中含有1 000个碱基对(被32P标记)，其中有胸腺嘧 啶400个。若将该DNA分子放在只含被31P标记的脱氧核苷酸的 培养液中让其复制两次，子代DNA分子相对分子质量平均比原 来减少 。 1500 ✔ 2、将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养， 若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸 m 个， （1）1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （2）2次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （3）n次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ 三、DNA复制的相关计算 2、将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养， 若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个， （1）1次复制需要该游离的脱氧核苷酸 （2）2次复制需要该游离的脱氧核苷酸 （3）n次复制需要该游离的脱氧核苷酸 14N 15N 14N 15N 15N 15N 15N 15N 复制2次： 14N 14N 亲代 汉水丑生侯伟作品 14N 14N 15N 15N 复制1次： 复制1次：m个 复制2次：3m个 复制n次：m (2n－1)个 三、DNA复制的相关计算 2.某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后， 消耗周围环境中含腺嘌呤的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子 已经复制了几次（是第几代）（ ） A．三次（第四代） B．四次（第五代） C．五次（第六代） D．六次（第七代） 1.某DNA分子有碱基200对，已知腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占碱基 总数的60%，则该DNA分子连续复制两次所需游离的鸟嘌呤脱 氧核苷酸分子数为（ ） A．80 B．160 C．240 D．320 ✔ ✔ 3.已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上A︰C︰T︰G =1︰2︰3︰4。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中 含G的脱氧核苷酸4500个，则该DNA分子已经复制了(　) A.3次 B.4次 C.5次 D.6次 ✔ 3、将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养， 若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个， （1）第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （2）第2次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （3）第n次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ 三、DNA复制的相关计算 3、将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养， 若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个， （1）第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸 （2）第2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸 （3）第n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸 14N 15N 14N 15N 15N 15N 15N 15N 复制2次： 14N 14N 亲代 汉水丑生侯伟作品 14N 14N 15N 15N 复制1次： 第1次：m个 第2次：2m个 第n次：m·2n－1个 三、DNA复制的相关计算 1.有100个碱基对的某DNA分子片段，内含60个胞嘧啶脱氧核苷 酸，若连续复制n次，则在第n次复制时需游离的胸腺嘧啶脱 氧核苷酸是多少？(　　) A．40n－1 B．40n C．40×2n－1 D．40×(2n－1) ✔ 1.子代DNA分子总数： ____ 个； 第n代产生的DNA总数：____个； 2. 含15N的DNA分子数= ____个 3. 含14N的DNA分子数= ____ 个 4. 只含15N的DNA分子数= ____ 个 5. 只含14N的DNA分子数= ____个 6. 脱氧核苷酸链数= ____ 条 7. 含15N的脱氧核苷酸链数= __条 8. 含14N的脱氧核苷酸链数= ________条 9. 设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个,则： 经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸_________ 个； 在第 n次复制时，需消耗游离的该种脱氧核苷酸_______ 个； 假设将一个全部被15N标记的DNA分子(亲代)转移到含14N的培养基中 培养n代，结果如下： 2n 2n-1 2 2n 全部含有14N 0 2n - 2 2n+1 2 2n+1- 2 m×(2n- 1) m×2n-1 三、DNA复制的相关计算 减数分裂Ⅰ（DNA复制一代） 减数分裂Ⅱ （DNA不再复制） 四、DNA复制与细胞分裂 减数分裂 第一次有丝分裂（DNA复制一代） 第二次有丝分裂（DNA复制两代） 四、DNA复制与细胞分裂 有丝分裂 1、假设将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记，并 供给含14N的原料。该细胞进行减数分裂产生的4个精细胞中，含 15N标记的DNA的精子所占的比例是(　　) A．0 B．25% C．50% D．100% 2、洋葱根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成 一个细胞周期，然后转入不含3H标记的培养液中继续培养至第一 个细胞周期的分裂中期，如图能正确表示该细胞分裂中期的是 (只考虑其中一条染色体上的DNA分子)(　　) 第一 注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。 第二 第三 注意碱基的单位是“对”还是“个”。 切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸链的DNA分子仅有两个。 第四 看清试题中问的是“DNA分子数”？还是“链数”？是“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。 关于“DNA复制”的四点“注意” 练习与应用 45 . 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。（ ） ✖ ✖ 46 . 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 一、概念检测 47 . 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 一、概念检测 48 . 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。 49 . 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。 二、拓展应用 50 . 真核生物 具多个复制起点； 进行双向复制。 原核生物 单个复制起点； 进行双向复制。 二、拓展应用 51 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 52 Lavf57.83.100 $$