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

DNA 的 复 制 DNA中的遗传信息在亲子代间传递时必然要经历“自我复制”， 如何保证复制的准确性呢？ 课堂导入 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。” 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. 《核酸的分子结构》论文节选 沃森和克里克 提出DNA自我复制假说： 半保留复制 问题探讨 一、对DNA复制的推测--提出假说 半保留复制 (沃森和克里克提出） 半保留复制： 形成的子代DNA一条链是亲代链，一条链是新合成的 全保留复制 全保留复制： 子代DNA的双链都是新合成的 一、对DNA复制的推测 1.要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？” 关键思路是什么？ 把复制出的子代DNA链（子链）和原来的链（母链）区别开，观察它在新DNA中出现的情况。 2.肉眼看不见DNA，如何区分亲代和子代的DNA呢？ 同位素标记法 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，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。 一、对DNA复制的推测 密度梯度离心：是一种利用离心力和密度梯度介质分离不同密度颗粒的技术。 一、对DNA复制的推测--演绎推理 假如亲代DNA的两条链都是被15N标记，将其置于14N的环境中进行复制，完成一次复制后提取DNA进行密度梯度离心。 半保留复制 子一代 子二代 亲 代 15N 15N 15N 15N 15N 15N 重带 中带 中带1/2 轻带1/2 一、对DNA复制的推测--演绎推理 假如亲代DNA的两条链都是被15N标记，将其置于14N的环境中进行复制，完成一次复制后提取DNA进行密度梯度离心。 全保留复制 子一代 子二代 亲 代 重带 重带1/4 轻带3/4 重带1/2 轻带1/2 15N 15N 二、DNA半保留复制的实验证据--实验验证、得出结论 美国生物学家 梅塞尔森和斯塔尔 DNA的复制是以半保留的方式进行的。 DNA复制方式的探究历程--假说-演绎法 提出问题： DNA是如何复制的？ 作出假说： 推测可能的复制方式： 半保留复制、全保留复制 演绎推理： 根据复制方式， 预测实验结果。 实验验证、得出结论： DNA的复制是以半保留的方式进行的 假说3：分散复制方式 亲代DNA分子将断裂成短片段，以这些亲本短片段为模板合成同样长短的新的DNA片段，再将这些新旧片段混合连接，形成完整的全长DNA分子。这样形成的双链，均既含有亲本的DNA片段，又有新合成的DNA片段。 亲代DNA 子代DNA DNA复制方式的探究历程 三、DNA复制的过程 1、概念 指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。 2、时间 细胞分裂前的间期 3、场所 真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质） 原核生物：拟核、细胞质 病毒生物：宿主细胞内 解旋 需要ATP提供能量 解旋酶作用（断裂氢键） 把两条螺旋的双链解开，暴露碱基 合成子链 模板：解开的两条母链 原料：游离的四种脱氧核苷酸 酶：DNA聚合酶等（形成磷酸二酯键） 原则：碱基互补配对 边解旋边复制 形成子代DNA 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋 三、DNA复制的过程 4、过程 方向：子链延伸方向的5’→3’ 三、DNA复制的过程 5、条件 模板 原料 酶 能量 DNA分子的两条母链 细胞中游离的4种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP（破坏氢键） DNA复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。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。 三、DNA复制的过程 三、DNA复制的过程 6、特点 半保留复制； 边解旋边复制。 资料：已知果蝇的基因组大小为1.8×108 bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的效率一般为50-100 bp/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。 真核生物： （复制原点） 多起点双向复制 拓展 原核生物DNA复制的特点： 边解旋边复制，半保留复制 单起点双向复制 三、DNA复制的过程 7、准确自我复制原因： 资料：DNA平均每复制109个碱基对才会产生一个错误。 DNA分子独特的双螺旋结构提供精确的模板 复制过程严格遵循碱基互补配对原则 8、生物学意义： 使遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性。 DNA复制总结 时间 场所 条件 模板 原料 能量 酶 原则 方向 特点 意义 细胞分裂前的间期 真核：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体 原核：拟核、细胞质（质粒） 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 ATP水解提供 解旋酶、DNA聚合酶等 从子链的5' 端向 3' 端延伸 半保留复制；边解旋边复制；多起点双向复制（真核） 遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性 碱基互补配对原则 小结 2、氢键的形成需要酶的催化吗？ a和c，b和d的碱基排列顺序相同。 解旋酶 DNA聚合酶 磷酸二酯键 氢键 不需要 1、图1中的酶1和酶2分别是什么酶？图2中e、f分别是什么键，图1中的酶分别作用于 哪些键？ 3、a、b、c、d 4条单链中，碱基排列顺序相同的是？ 小试牛刀 解旋酶 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ DNA聚合酶 拓展 DNA聚合酶 DNA复制的前导链（领头链）和后随链（滞后链） DNA复制的前导链（领头链）和后随链（滞后链） 拓展 四、DNA复制相关的计算 一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中培养3代的DNA复制过程。 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 DNA数量 四、DNA复制相关的计算 一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中复制了n次： 子代DNA ①子代DNA分子数 个； ②只含15N的DNA数 个； ③含15N的DNA数 个； ④只含14N的DNA数 个； ⑤含14N的DNA数 个。 2n 0 2 2n-2 2n 脱氧核苷酸链数 ①含15N的链数 条； ②含14N的链数 条； ③子代DNA中被标记的DNA所占的比例 ； ④子代中被标记的链占总链数的比例 。 2 2n+1-2 2/2n = 1/2n-1 2/2n+1 = 1/2n 四、DNA复制相关的计算 一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中复制了n次，假如该DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个。 消耗的脱氧核苷酸数： ①经过n次复制需消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸为____________个。 ②在第n次复制时，需消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数为________________个。 不消耗 m·(2n－1) m·2n－1 细菌在 培养基中繁殖数代后，其 的含氮碱基均含有 ，然后再移入 培养基中培养，提取其子代的 离心，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是( ) 。 A.第一次分裂的子代 应为⑤ B.第二次分裂的子代 应为① C.第三次分裂的子代 应为③ D.亲代的 应为⑤ A 小试牛刀 女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为4 μm/min，但复制过程仅需40 min左右即可完成。这是因为DNA分子（ ） A.边解旋边复制 B.复制起点多，分段进行复制 C.以半保留方式复制 D.一个复制点双向复制，使子链迅速延伸 B 小试牛刀 DNA 复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷 (​3H-dT) 的培养基中，3H-dT可掺入正在复制的 DNA 分子，使其带有放射性。短时间后迅速将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT 的培养基中。一段时间后，抽取大肠杆菌的 DNA 检测其放射性，结果如图。据图可以得出的结论是( ) 。 A. DNA 复制从起点向两个方向延伸 B. DNA 复制方式为半保留复制 C. DNA 复制为边解旋边复制的过程 D. DNA 复制遵循碱基互补配对原则 A 小试牛刀 某个DNA片段由500对碱基组成，A+T占碱基总数的34%，该DNA片段复制3次，共需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为（ ） A.990 B.1650 C.1320 D.2310 D 小试牛刀 有15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中复制三次，则含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例、含15N的单链占全部DNA分子单链的比例依次是（ ） A. 1/4 、1/8 B. 1/2、1/4 C. 1/4 、1/16 D. 1/8、1/8 A 小试牛刀 一、概念检测 1.×× 2.B 3.C 二、拓展应用 1．【提示】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。 2．【答案】说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA的复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 练习与应用 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) $$