3.3 DNA的复制 课件 2023—2024学年高一下学期生物人教版必修2

第3节 DNA的复制 授课：张帅军 孟德尔 遗传定律 萨顿 假说 摩尔根 果蝇杂交实验 艾弗里 肺炎链球菌转化实验 赫尔希蔡斯 噬菌体侵染细菌实验 沃森 克里克 DNA双螺旋结构 1866 1903 1909 1944 1952 1953 遗传学发展简史 DNA分子到底是以什么方式进行复制的？ 1、沃森和克里克提出DNA自我复制假说，他们认为DNA复制时先解开双螺旋，解开的两条单链作为模板，脱氧核苷酸按照碱基互补配对原则合成新的一条链。这样新合成的DNA就保留了原来亲代DNA一半，他们将其称为半保留复制。 复制一次 亲代DNA 子代DNA 母链 母链 子链 子链 一. DNA复制的推测（假说） 2、半保留复制的假说一提出来，就受到了许多科学家的质疑，许多科学家质疑DNA的双螺旋结构如何打开？最后又如何恢复？所以有些科学家回避了双螺旋如何打开的问题，提出了全保留复制的假说。 一. DNA复制的推测（假说） 复制一次 亲代DNA 子代DNA 一、对DNA复制的推测 最早提出的DNA复制模型有三种：全保留复制、半保留复制和弥散复制 1.全保留复制： 新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。 2.半保留复制： 形成的分子一半是新的，一半是旧的。 3. 分散复制（弥散复制）：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。 复制一次 亲代DNA 子代DNA 一、对DNA复制的推测 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？ 一、对DNA复制的推测 梅塞尔森 斯塔尔 1958年 大肠杆菌 1.3 DNA半保留复制的实验证据 同位素标记技术 14N/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA (轻带) (中带) (重带) 1.3 DNA半保留复制的实验证据 密度梯度离心技术 二、DNA半保留复制的实验证据 将方框中的内容填写出来 资料2中子一代DNA为什么均沉降于中带？子二代DNA为何分别沉降于轻带和中带？ 三、DNA复制的过程 1. 概念：DNA的复制是指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。 2. 时间：细胞有丝分裂的间期、减数分裂Ⅰ的间期 3. 场所：细胞核（主要场所）、线粒体、叶绿体。 三、DNA复制的过程 4. 过程 （1）在细胞提供能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 （2）DNA聚合酶等以解开的每一条链为模板，以细胞中游离的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。 三、DNA复制的过程 4. 过程 （3）每条新链与模板链盘绕成双螺旋结构。 三、DNA复制的过程 5. DNA复制的条件 （1）模板：DNA的两条链 （2）酶：解旋酶，DNA聚合酶 （3）能量：ATP （4）原料：4种游离的脱氧核苷酸 6. DNA复制产物：两个完全相同的DNA分子 7. DNA复制遵循的原则：碱基互补配对 A=T G=C 三、DNA复制的过程 6. DNA复制的特点 （1）边解旋边复制 （2）半保留复制 （3）多起点多区段进行(双向不同时) 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50~100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，右图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。 三、DNA复制的过程 7. DNA复制意义： DNA通过复制后，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。 8. DNA精确复制的原因： 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。 三、DNA复制的过程 原则 碱基互补配对 时间 有丝分裂和减数分裂Ⅰ的间期 场所 真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体 原核生物：拟核、细胞质（质粒） 条件 模板 亲代DNA的两条链 原料 4种游离的脱氧核苷酸 能量 ATP 酶 解旋酶、DNA聚合酶等 方向 从子链的5' 端向 3' 端延伸 特点 半保留复制；边解旋边复制；多起点复制 意义 保持了遗传信息的连续性 四、总结 DNA的复制 DNA复制过程中的相关计算 亲代DNA分子经过n次复制 （1）DNA分子数的计算 ①子代DNA分子数：2n ②含亲代母链的DNA分子数：2 ③不含亲代母链的DNA分子数：2n-2 DNA复制过程中的相关计算 亲代DNA分子经过n次复制 （2）脱氧核苷酸链数的计算 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：2n+1 ②亲代脱氧核苷酸链数：2 ③新合成的脱氧核苷酸链数：2n+1-2 DNA复制过程中的相关计算 亲代DNA分子经过n次复制 （3）消耗的脱氧核苷酸数的计算 若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个 则需要消耗该脱氧核苷酸：m(2n-1)个 1．含有100个碱基对的一个DNA分子片段，A+T占30%，如果连续复制2 次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为（ ）A．280个 B．210个 C．120个 D．90个 3．甲生物遗传物质的碱基组成为：嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物核酸的碱基组成为：嘌呤占34%、嘧啶占66%，则甲、乙生物可能是（    ） A．HIV、T2噬菌体 B．新冠病毒、果蝇 C．烟草花叶病毒、烟草 D．乳酸菌、玉米 2.某DNA片段中有100个碱基对，其中鸟嘌呤占20%，DNA连续复制，该DNA片段第三次复制时需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数是（　　）A．420个 B．280个 C．240个 D．160个 重点题型精练 1.DNA复制过程中，复制区的双螺旋分开，从此处形成两条子代双链，这两个相接区域形成的“Y”字型结构称为复制叉，如图甲所示。双向延伸的DNA在电镜下呈“θ”型，称为复制泡，如图乙所示。下列叙述错误的是（　　） A．在图甲中，两条子链的延伸方向均为5′→3′ B．由图乙可推知，复制环越大，复制启动的时间越早 C．由图乙可知，DNA复制起点的两侧都能形成复制叉 D．图乙片段中有3种解旋酶参与催化DNA分子中氢键的断裂 2．DNA复制时，一条新子链可以进行连续复制，而另一条链只能先合成新链片段即冈崎片段（图所示）。由于DNA聚合酶不能直接起始DNA新链或冈崎片段的合成，需先借助引物酶以DNA为模板合成RNA引物，DNA聚合酶再在引物的末端上聚合脱氧核苷酸。当DNA整条单链合成完毕或冈崎片段相连后，DNA聚合酶再把RNA引物水解掉，换上相应的DNA片段。下列说法错误的（ ） A．引物酶属于RNA聚合酶 B．DNA复制时，一条新子链按5'→3'方向进行，而另一条链复制方向相反，按3'→5'方向进行 C．DNA聚合酶既能催化磷酸二酯键形成也能催化磷酸二酯键断裂 D．冈崎等人对DNA进行标记时，标记物应在胸腺嘧啶上 ★时间： 有丝分裂分裂间期、减数第一次分裂前的间期 ★过程： 亲代DNA提供 原则： 条件： 游离的脱氧核苷酸 碱基互补配对原则 模板： 原料： 能量： 酶： ★特点： 边解旋边复制 半保留复制 ★意义： 保持前后代遗传信息的连续性、稳定性 解旋 合成子链 形成DNA ATP 解旋酶、DNA聚合酶 （二）DNA的复制过程 课堂小结 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 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 4、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，形成的子代分子其相对分子量比原来增加了（　　　　） A、1000　　　　　　B、2000 C、4000　　　　　　C、5000 A 巩固练习 脱氧 核糖 含氮碱基 磷酸 5、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？ 一个DNA含有胞嘧啶脱氧核苷酸： (2a-2b)/2 完成n次复制，净增DNA： 2n-1 （2n-1） (2a-2b)/2 巩固练习 6、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 巩固练习 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？ 【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. 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 - 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。 【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。 $$