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3节　DNA的复制 课前自主预习案 夯基提能•分层突破 强化落实•学业达标 高效课堂•实践运用 疑难解答•全程培优 课前自主预习案 知识梳理·填准记牢——自主·预习·先知 一、对DNA复制的推测 1．提出者：_______________。 2．假说内容： (1)解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的______断裂。 (2)复制 (3)特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式称作__________。 沃森和克里克 氢键　 两条单链 脱氧核苷酸　 碱基互补配对 半保留复制 二、DNA半保留复制的实验证据 1．实验材料：________。 2．实验技术：运用__________技术和密度梯度离心技术。 3．实验过程： 大肠杆菌 同位素标记 15NH4Cl 14NH4Cl DNA 离心 4．实验结果 (1)复制一次产生的DNA分子中，一条链含14N，另一条链含15N，DNA分子密度居中； (2)复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含______，另两个DNA分子中一条链含15N，另一条链含14N。 5．实验结论：DNA的复制方式为__________。 14N 半保留复制 三、DNA复制的过程 1．DNA复制的概念、时间、场所 (1)概念：以__________为模板合成子代DNA的过程。 (2)时间：有丝分裂的______和____________________。 (3)场所：主要是_________。 亲代DNA 间期 减数分裂Ⅰ前的间期 细胞核 2．DNA 复制的过程 双螺旋结构 能量 解旋酶 解开 母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 3．特点 (1)过程：____________。 (2)方式：__________。 4．准确复制的原因 (1)DNA独特的______结构，为复制提供了精确的模板； (2)通过____________，保证了复制能够准确地进行。 5．意义：将________从亲代细胞传给子代细胞，保持了遗传信息的______。 边解旋边复制 半保留复制 双螺旋 碱基互补配对 遗传信息 连续性 知识应用·强化落实——效果·检测·定向 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) 1．证明DNA复制方式的实验只能用同位素标记N。(　　) 2．在证明DNA复制方式的实验中，从Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少有一条链含14N。(　　) 3．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA中两条链均是新合成的。(　　) 提示：×　DNA的组成元素有C、H、O、N、P，这几种元素都有同位素，所以标记任何一种元素都可以。 √ 提示：×　DNA的复制方式为半保留复制，所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。 夯基提能•分层突破 课程标准 概述DNA分子通过半保留方式进行复制 1.通过DNA的复制，认同生命的延续与发展观；理解遗传信息，认同DNA的遗传物质观。(生命观念) 2．分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。(科学思维) 3．运用假说—演绎法，探究DNA半保留复制。(科学探究) 杰克逊是美国杰出的歌手、词曲创作人、舞蹈家、表演家、慈善家，2009年6月25日辞世，享年50岁。多少歌迷为此心碎，多少人对此难以置信，难道我们真的永远无法再看到他了吗？一些生命复制技术专家相信，起死回生的复制技术成真，只是时间上的问题而已。要实现复制人的梦想，必须对DNA进行复制。请思考： (1)什么是DNA的复制？ (2)DNA复制需要哪些条件？ 学习主题一　对DNA复制的推测 任务一　科学家在研究DNA的复制方式时，提出了两种复制模式：全保留复制和半保留复制(如图所示) 请据图回答问题： 1．用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？   提示：同位素标记技术。 2．如何测定子代DNA带有同位素的情况？   3．若DNA复制的方式为全保留复制，上述实验结果会怎样？   提示：对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。 提示：①亲代大肠杆菌：提取DNA→离心→全部是重带。②繁殖一代后取出：提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。③繁殖两代后取出：提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。 任务二　在DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶，这两种酶的作用分别是什么？ 提示：解旋酶的作用是将两条脱氧核苷酸链打开，DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸连接到3′－端。 任务三　DNA的复制为什么需要适宜的温度和pH? 提示：因为DNA复制过程需要酶的参与，而酶的活性受温度和pH的影响。 任务四　如果将DNA分子的两条链用15N标记，转移到含14N的培养基中培养，复制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA链、含14N的DNA链各是多少？ 提示：2个、4个、2条、6条。 【重点笔记】 易错提醒 (1)该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。 (2)在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，应以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。 1.对DNA复制的推测 假说 遗传物质自我复制的假说 提出者 沃森和克里克 内容 (1)解旋：DNA复制时，DNA的双螺旋解开，配对碱基之间的氢键断裂 (2)复制：以解开的两条母链作为复制的模板，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 特点 新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，是半保留复制 2.DNA半保留复制的实验证据分析 (1)实验方法：同位素标记法和密度梯度离心法。 (2)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。 (3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。 (4)实验预期：离心后应出现3条DNA带。 ①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。 ②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。 ③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。 (5)实验过程 (6)过程分析 ①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。 (7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。   1．(合格考)下列有关探究DNA复制过程的说法，不正确的是(　　) A．实验利用了同位素标记法 B．细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次 C．密度梯度超速离心后，DNA在试管中的位置与相对分子质量无关 D．实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点 答案：C 解析：探究DNA复制的实验中，用15N标记亲代细胞的DNA，在含14N的培养液中连续分裂两次(在每次分裂前的间期DNA都复制一次)，分别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA，进行密度梯度超速离心，DNA在试管中的位置取决于DNA所含同位素的情况，即相对分子质量的大小。实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点。 2．(合格考)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA离心分离，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　) A.子一代DNA应为② B．子二代DNA应为① C．子三代DNA应为④ D．亲代的DNA应为⑤ 答案：C 解析：亲代DNA全为15N，应为⑤，复制一次后，DNA一条链为15N，一条链为14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个全为14N，2个是一条链为15N，一条链为14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA全为14N，2个DNA的一条链为14N，一条链为15N，故C错。 3．(等级考)(不定项)“探究DNA的复制过程”实验中，科学家设计了以NH4Cl为氮源培养大肠杆菌的同位素示踪实验，下列叙述正确的是(　　) A．可先将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养 B．15N/15N­DNA、15N/14N­DNA、14N/14N­DNA的密度各不相同 C．可对每一代大肠杆菌直接做密度梯度离心，无需破碎细胞处理 D．分析子一代与子二代的离心结果可得出DNA分子的复制方式 答案： ABD 解析： DNA分子的元素组成包括C、H、O、N、P，可将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中获得双链被15N标记的DNA分子，A正确；离心后15N/15N­DNA为重密度带、15N/14N­DNA为中密度带、14N/14N­DNA为轻密度带，故三者的密度各不相同，B正确；需要将每一代大肠杆菌破碎，释放出DNA分子进行密度梯度离心，会出现密度带，C错误；子一代均为中密度带，子二代1/2中密度带、1/2轻密度带，说明DNA分子的复制方式是半保留复制，D正确。 学习主题二　DNA的复制 活动1　阅读教材P55～56，结合图3－10，探究下列问题： 1．DNA复制时有几条模板链？新合成的DNA中的两条链全是子链吗？     2．DNA复制时，用什么方法识别DNA中哪一条链是母链，哪一条链是子链？DNA复制所形成的子代DNA是否是亲代DNA链和子代DNA链随机结合的？   提示：①两条模板链(亲代DNA分子解开螺旋的两条链)。②不是，是一条母链和一条子链。 提示：①同位素标记法。②不是，是亲代DNA链与其互补的子链结合形成的子代DNA。 3．若将某一试管中加入缓冲液、ATP、解旋酶、DNA模板和四种脱氧核苷酸，并置于适宜的温度下，能否完成DNA的复制？并分析其原因。     4．若1个DNA含有m个腺嘌呤，则复制n次需要多少游离的腺嘌呤脱氧核苷酸？ 提示：不能。复制条件不完全，缺少DNA聚合酶等。 提示：需m·(2n－1)个。因为1个DNA复制n次，共形成2n个DNA，其中有两条脱氧核苷酸链为母链，不需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸。 5．DNA复制具有准确性，那么在任何情况下，DNA复制产生的子代DNA与亲代DNA都完全相同吗？ 提示：不一定。DNA复制时，会受到各种因素的干扰，碱基序列可能会发生改变，从而使后代DNA与亲代DNA碱基序列不同，导致遗传信息发生改变。 任务二　根据【图文联动】图①、图②思考下列问题： 1．图①中进行的是什么过程？发生的时期和场所是什么？     2．图①中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图②中的哪个部位？abcd四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？ 提示：DNA复制；有丝分裂间期和减数分裂Ⅰ前的间期。真核生物DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物DNA复制的场所主要是拟核。 提示：酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的碱基排列顺序相同，b和d的碱基排列顺序相同。 3．从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制？为什么？图1所示的特点还有什么？可用什么方法检测母链和子链？     4．DNA复制受到各种外界因素的干扰时，碱基序列会发生变化吗？ 提示：可以，因为两条母链进入到两个子代DNA中，新形成的子代DNA中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA是边解旋边复制的；可采用同位素标记法检测母链和子链。 提示：碱基序列可能会发生改变，使后代DNA与亲代DNA不同，遗传信息也发生改变。 任务三　如图为真核生物染色体上DNA复制过程的示意图，请据图分析DNA复制效率较高的原因。 提示：(1)从多个起点开始进行复制；(2)边解旋边复制；(3)每个起点都是同时向两个方向进行复制。 DNA复制过程图解 任务二图示 1.全面理解DNA的复制 (1)DNA复制的场所：主要是在细胞核。 真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。 原核生物：拟核、细胞质(如质粒的复制)。 病毒：宿主细胞内。 (2)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在体细胞中发生在有丝分裂前的间期；在有性生殖过程中发生在减数分裂Ⅰ前的间期。 (3)复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。 ①解旋酶的作用是破坏碱基对间的氢键。 ②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。 ③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。 (4)两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。 (5)DNA复制的方向：5′－端→3′－端 2．DNA复制的有关计算 将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则： (1)DNA分子数 ①子代DNA分子数＝2n个。 ②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。 ③不含亲代链的子代DNA分子数＝(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＝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。 (3)消耗的脱氧核苷酸数：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m(2n－1)个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。 【重点笔记】 1．巧记DNA的复制——“一所，两期，三步，四条件” “一所”是指复制的场所主要是细胞核；“两期”是指复制的时期主要是有丝分裂前的间期和减数分裂Ⅰ前的间期；“三步”是指“三个步骤”即解旋、形成子链、母链与子链形成新的DNA；“四条件”是指原料、模板、能量和酶。 2．DNA复制相关计算时四个易错点 (1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，后者只是最后一次复制。 (2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。 (3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA都只有两个。 (4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。   1．(合格考)下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的是(　　) A．酶①和酶②均作用于氢键 B．该过程的模板链是a、d链 C．该过程中的c、d链结构相同 D．DNA的复制是半保留复制 答案：D 解析：图中酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶，前者作用于氢键，后者作用于磷酸二酯键，A项错误；该过程中a、b链为模板链，c、d链分别是以a、b链为模板合成的子链，c、d链碱基互补，B、C项错误；DNA的复制是半保留复制，D项正确。 2．(合格考)下列关于真核细胞中DNA复制的叙述，错误的是(　　) A．子链的延伸方向是5′→3′ B．复制过程不需要能量的驱动 C．复制主要发生在细胞核中 D．复制是边解旋边复制的过程 答案：B 解析：DNA复制时，DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从引物的3′端延伸DNA链，因此DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸，A正确；复制过程需要消耗能量，需要能量的驱动，B错误；真核细胞中DNA主要分布在细胞核中，因此复制主要发生在细胞核中，C正确；DNA的边解旋边复制是DNA复制的特点，即复制是边解旋边复制的过程，D正确。 3．(等级考)如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是(　　) A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的 B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的 C．真核生物DNA分子复制过程中解旋酶作用于氢键 D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率 答案：A 解析：分析题图可知，图中的三个复制起点复制的DNA片段的长度不同，圈比较大的表示复制开始的时间较早，因此DNA分子复制的起始时间不同，A错误；DNA分子的复制过程是边解旋边复制的，B正确；DNA分子的复制首先要在解旋酶的作用下使双链间的氢键断裂，C正确；真核生物的DNA分子复制具有多个起点，这种复制方式加速了复制进程，提高了复制速率，D正确。 4．(等级考)(不定项)用一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个。下列叙述正确的是(　　) A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等 B．噬菌体DNA含有(2m＋n)个氢键 C．该噬菌体繁殖4次，子代中只有14个含有31P D．噬菌体DNA第4次复制共需要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸 答案： ABD 解析：噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，其DNA的复制及表达需要大肠杆菌提供原料、酶和ATP等，A正确；DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个，T有（m－n）个，因此氢键个数＝2（m－n）＋3n＝（2m＋n）个，B正确；子代噬菌体中有16个含31P，C错误；噬菌体DNA第4次复制共需要腺嘌呤脱氧核苷酸＝（m－n）·24－1＝8（m－n）个，D正确。 强化落实•学业达标 网络建构 主干落实 1.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸原料以及酶和能量。 2．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。 3．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。 4．DNA通过复制，保持了遗传信息的连续性。 高效课堂•实践运用 1.下列关于人体细胞内DNA复制的叙述，错误的是(　　) A．主要在细胞核内复制 B．复制以两条DNA母链为模板 C．复制以4种核糖核苷酸为原料 D．DNA复制会消耗能量 答案：C 解析：由于DNA主要分布在细胞核内，所以DNA的复制主要发生在细胞核内，A正确；DNA复制时分别以两条链为模板进行复制，B正确；DNA的基本组成单位为脱氧核苷酸，所以复制时以4种脱氧核苷酸为原料，C错误；DNA复制时需消耗能量(ATP)，D正确。 2．某DNA的两条链均被3H标记，将该DNA在不含标记元素的环境中连续复制两次，则所形成的4个子代DNA分子为(　　) 答案：C 解析：DNA是半保留复制，一个双链均被3H标记的DNA复制两次后形成的4个DNA中，只有两分子DNA被3H标记。 3．下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是(　　) ①互补碱基对之间氢键断裂　 ②互补碱基对之间氢键连接　 ③DNA分子在解旋酶的作用下解旋　 ④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对　 ⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构 A．①③④②⑤ B．③①⑤④② C．①④②⑤③ D．③①④②⑤ 答案：D 解析：DNA复制的基本过程是：解旋→合成子链→双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间的氢键断裂，在合成子链时重新形成新的氢键。 4．在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N－DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如下图所示： 请分析回答： (1)由实验结果可推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链含_____，另一条链含____。 (2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的DNA用同样方法分离，请参照甲图，将DNA分子可能出现在试管中的位置在乙图中标出。 14N 15N (3)若将15N－DNA(亲代)的大肠杆菌在14N培养基上连续复制3次，则所产生的子代DNA中全含15N(重DNA)，一条链含15N(中DNA)及两条链均不含15N(轻DNA)的比例为________，在这些子代DNA中，含15N的链与全部子代DNA链的比例为___________。 (4)若一个DNA分子的一条单链中＝1.5，此比例在其互补链中的比值是_____；在整个DNA分子中的比值是___。以该单链为模板合成的子代DNA分子中，A＋G的总含量占________。 0∶2∶6 2∶16(或1∶8) 2/3 1 50% 疑难解答•全程培优 教材第53页►【问题探讨】 1．提示：半保留复制。 2．提示：不确定性；严谨性。 教材第54页►【思考·讨论】 1．15N/14N－DNA　1/214N/14N－DNA　1/215N/14N－DNA 2．第一代出现的结果是1/214N/14N－DNA　1/215N/15N－DNA　第二代出现的结果是3/414N/14N－DNA　1/415N/15N－DNA。 教材第55页►【旁栏思考题】 　全保留复制。 教材第56页►【练习与应用】 一、概念检测 1．(1)×　DNA的复制随着染色体的复制而完成。 (2)×　DNA的复制发生在细胞分裂前的间期。 2．B　DNA复制主要发生在真核生物的细胞核内，另外线粒体、叶绿体及原核生物的拟核等也可发生复制，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的准确性，B正确；1个DNA分子复制1次产生2个DNA分子，C错误；游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，D错误。 3．C 二、拓展应用 1．提示：可能有31.6×108×2×10－9≈6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响。 2．提示：真核生物中DNA的复制是从多个起点开始的，这种复制方式提高了复制效率。 $$