3.3 DNA的复制 课件 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

3.3 DNA的复制 1 （1）让恐龙复活的关键是什么？ 获得恐龙的DNA分子，让DNA进行复制。 （2）DNA作为遗传物质，是如何进行复制的,怎样保证DNA准确复制？ 情境导入 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 讨论 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的复制可能需要先解开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？这反映科学研究具有什么特点？ 科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。 课本P53 问题探讨—教材P53 1、科学的研究方法 （二）推测可能的复制方式 （三）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 （四）完成实验 （一）DNA的是如何复制的? 假说—演绎法 提出问题 作出假说 演绎推理 实验验证 得出结论 探究DNA的复制方式 DNA结构对遗传的影响 ①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂； 对DNA复制的推测 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 双螺旋解开 氢键断裂 ①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂； 5 对DNA复制的推测 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’ 5’ 5’ 3’ 模板 模板 子链 子链 6 对DNA复制的推测 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。 3’ 5’ 5’ 3’ 模板 模板 子链 子链 原来的 原来的 新的 新的 7 对DNA复制的推测 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 半保留复制 + 应该是 全保留复制 8 对DNA复制的推测 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 半保留复制 + 5’ 3’ 5’ 3’ 全保留复制 5’ 3’ 5’ 3’ + 5’ 3’ 5’ 3’ 都是新链 哪种假说正确？ 9 对DNA复制的推测 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 分散复制 + 应该是 分散复制 补充： 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”。 10 2、对DNA复制的推测 (2)全保留复制 新复制出的分子直接形成，完全没有旧的 复制 一次 亲代DNA 子代DNA (1)半保留复制(沃森和克里克提出） 形成的分子一半是新的，一半是旧的 复制一次 亲代DNA 子代DNA —作出假设 探究DNA的复制方式 提出问题 要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？ 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。 如何做区分亲代和子代的DNA,又如何进行实验观察呢？ DNA以什么方式复制？ 做出假设 DNA以半保留方式复制（全保留、分散） 演绎推理 探究DNA的复制方式 同位素标记法 问题1：如果用同位素进行标记,用什么元素? 含N碱基 脱氧核苷酸 磷酸 五碳糖 P C H O N 演绎推理 可标记C、H、O、N、P元素 探究DNA的复制方式 问题2：若用14C、3H、32P标记，除了放射性外，原链和新链还有什么不同？ 原链上的C都为14C,新链中的C都为12C，相对分子质量不同，一条重，一条轻 √ 选用稳定的同位素15N 进行标记 问题3：如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境中进行培养，则子一代DNA分别含有哪种N元素？这些DNA密度有什么区别？有什么方法可以把他它们区分开吗？ 密度梯度离心 15N 14N 15N 14N 14N 14N 15N 15N 密度最大 密度居中 密度居中 密度最小 探究DNA的复制方式 15N 15N 15N 15N 14 通过超离心机对某一介质（氯化铯等） 长时间加一个离心力，使其在离心管内从液面到底部出现一定的密度梯度。 密度梯度离心： 探究DNA的复制方式 15 密度梯度模拟实验 密度 低 高 16 问题4：按此假设（DNA是半保留复制或全保留复制），复制得到的子一代DNA和子二代DNA的组成将分别是怎样的?（请用两种颜色的笔，画出子代的情况），并预期密度梯度离心的结果 子二代 亲 代 全保留复制 半保留复制 子一代 探究DNA的复制方式 轻带 中带 重带 重带 重带 轻带 重带 中带 轻带 任务一：探究DNA的复制方式 科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(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)，如图所示。 核心探讨—步步高P58 请据图回答下列问题： (1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？ 同位素标记技术。 (2)如何测定子代DNA带有同位素的情况？ 对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。 (3)若DNA复制的方式是全保留复制，请你预期实验结果并完善表格： 大肠杆菌 DNA在离心管中 的位置及比例 DNA分子所含N的类型 亲代 下部，100% 15N/15N－DNA 第一代 下部____，上部____ ____________________________ 第二代 下部____，上部____ ____________________________ 50% 50% 15N/15N－DNA、14N/14N－DNA 25% 75% 15N/15N－DNA、14N/14N－DNA 核心探讨—步步高P58 (4)若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何？ 第一代只出现1条中带，第二代只出现1条位于中带和轻带之间的条带。 （15N+3×14N） 4 + （15N+3×14N） 4 （15N+3×14N） 4 + （15N+3×14N） 4 （15N+3×14N） 4 + （15N+3×14N） 4 （15N+3×14N） 4 + （15N+3×14N） 4 中带 轻中带之间 分散 复 制 （15N+14N） 2 （15N+14N） 2 + （15N+14N） 2 （15N+14N） 2 + 核心探讨—步步高P58 梅塞尔森 斯塔尔 1958年 大肠杆菌 同位素标记技术 探究DNA的复制方式 实验验证 21 DNA半保留复制的实验 实验结果与 推理结果相同。 实验验证 得出结论 半保留复制 DNA复制方式为 。 半保留复制 探究DNA的复制方式 (5)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式？ 排除了全保留的复制方式。 核心探讨—步步高P58 (6)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉？ 排除了分散复制的方式。 (1)沃森和克里克以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制( ) (2)证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法( ) 判断正误—步步高P58 25 1.某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是 √ 典题应用—步步高P58 2.将在含15NH4Cl的培养液中培养了若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是 A.细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层 B.细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA 位于上层 C.细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位于试管的上层 D.该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制 √ 典题应用—步步高P59 荧光 标记法 用荧光染料标记小鼠和人细胞表面的蛋白质，诱导细胞融合，证明 现代分子生物学技术利用该技术证明 基因在染色体上呈线性排列 细胞膜具有一定的流动性 阅读课本P55思考如下问题： 1.DNA分子复制的概念是什么? 2..DNA分子复制过程需要哪些条件? 3.DNA分子复制过程怎么进行? 4.DNA分子复制的意义？ 2.1 DNA复制的过程 DNA复制的过程 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。 有丝分裂间期和 减数第一次分裂前的间期 真核生物：主要是细胞核（线粒体、叶绿体） 2.1 DNA复制的过程 1 DNA复制的概念： 2 发生时期： 3 场所： DNA复制的过程 原核生物： 拟核、细胞质（质粒） DNA病毒：活的宿主细胞内 ⑴解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 断开氢键 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 解旋：细胞内: 解旋酶使氢键断裂 体 外：高 温使氢键断裂 DNA复制的过程 ⑵以母链为模板进行碱基配对： 形成氢键 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 游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链的碱基配对， 确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。 DNA复制的过程 （氢键的形成不需要酶） ⑶合成子链： 形成磷酸二酯键 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 在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧核苷酸聚合成 脱氧核苷酸链。 DNA聚合酶：只能从5  →3 方向聚合DNA子链 子链延伸方向：5’端→3’端 DNA聚合酶作用：将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链 DNA复制的过程 拓展：为什么DNA的复制需要RNA引物？ ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC 5’ 3’ TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG 3’ 5’ GGAUCG 5’ AUCGCG 5’ RNA引物Ⅰ RNA引物Ⅱ TAGCGCTATCGCATCGACGCT 3’ ATAGCGTAGCTGCGACCTAGC 3’ DNA聚合酶特点：不能从头合成DNA，而只能延伸3’-端DNA链。 因此，DNA复制需要引物，为DNA聚合酶提供3’。 DNA的合成方向：总是从子链的5‘端向3’端延伸。 ⑷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。 重新螺旋 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' DNA复制的过程 新合成的子链 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA解旋酶 游离的脱氧核苷酸 解 旋 需要细胞提供能量 需要解旋酶的作用 结果：氢键断裂，双链打开 合成子链 模板： 原料： 酶 ： 能量： 原则： 方向： 解开的每一条母链 四种脱氧核苷酸 DNA聚合酶等 细胞提供ATP 碱基互补配对原则 5‘-端至3’-端 DNA复制的过程 4 过程与条件： 2.1 DNA复制的过程 5 方向： DNA复制的方向： 5' 端向 3' 端方向合成子链 两条子链延伸方向相反 DNA复制的过程 TCTTGCTC AGAACGAG AGAACGAG TCTTGCTC AGAACGAG TCTTGCTC + ①2条母链碱基顺序是什么关系？ ②2条子链碱基顺序是什么关系？ ③新的2个DNA碱基顺序是什么关系？ 互补 互补 相同 形成两个完全相同的DNA分子 a d a b c d 6 结果： DNA复制的过程 如图为DNA分子复制的两个模型，请据图回答下列问题。 (1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中哪个部位？ (2)图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？ 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 DNA复制的过程 DNA复制 ①过程：边解旋边复制 ②方式：半保留复制 DNA复制的过程 7 特点： 2．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。 由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 半保留复制 边解旋边复制 多个复制起点 请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。 特点 教材P56 下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。 原核生物 真核生物 一个复制起点 拓展：真核生物与原核生物DNA复制的区别 核心归纳—步步高P60 DNA复制的起点和方向 (1)原核生物：单起点双向复制   (2)真核生物：多起点双向复制   在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。 2.2 DNA复制的意义 【资料】DNA平均每复制109个碱基对才会产生一个错误。 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。 使遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。 1. 如何保证复制具有如此高的准确性？ 2. DNA进行高精确性的自我复制有何意义？ DNA复制的意义 1. 解旋酶——断开氢键 DNA聚合酶——形成磷酸二酯键 2.DNA复制分别以亲代DNA分子的两条单链为模板 （而非只以其中一条单链为模板） 3.破坏氢键——解旋酶作用 形成氢键——不需要酶的催化 4.亲代DNA分子两条链都可作为模板，其互补链的合成方向均为5′­端到3′­端 特别提醒 5.DNA复制的场所并非只在细胞核中，线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。 6.并非所有细胞都进行DNA复制，只有分裂的细胞才能进行DNA复制。 7.DNA复制并非单向进行，而是双向多起点复制，且各个复制起点并不是同时开始的。 哺乳动物成熟红细胞不能进行DNA复制 特别提醒 原则 碱基互补配对 时间 细胞分裂前的间期 场所 真核：细胞核、线粒体、叶绿体 原核：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 DNA复制的归纳总结 (1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同( ) (2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制( ) (3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链( ) (4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中( ) (5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键( ) 判断正误—步步高P59 49 假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下： (1)DNA分子数 ①子n代DNA分子总数为______个。 ②含15N的DNA分子数为______个。 ③含14N的DNA分子数为______个。 ④只含15N的DNA分子数为______个。 ⑤只含14N的DNA分子数为_________个。 2n 2 2n 0 (2n－2) 核心探讨—步步高P59 (2)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝_______条。 ②亲代脱氧核苷酸链数＝______条。 ③新合成的脱氧核苷酸链数＝____________条。 2n＋1 2 (2n＋1－2) 假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下： 核心探讨—步步高P60 (3)消耗的脱氧核苷酸数 ①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为________________个。 ②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为________________个。 不消耗 m·(2n－1) m·2n－1 假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下： 核心探讨—步步高P60 DNA复制了n次”或“第n次复制” 碱基是“对”或“个” “DNA分子数”或“链数” “含”或“只含” 易错点拔 3.如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是 A.DNA分子在酶①的作用下水解 成脱氧核苷酸，酶②催化碱基 对之间的连接 B.在复制过程中解旋和复制是同时进行的 C.解旋酶能使双链DNA解开，该过程不需要消耗ATP D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子 √ 典题应用—步步高P60 4.未被32P标记的某DNA分子中含有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤300个，以含32P的化合物为原料，DNA分子连续复制三次。下列有关叙述错误的是 A.所有子代DNA分子都含有32P B.子代DNA分子中，可能出现只有一条链含32P C.第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸4900个 D.子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8 √ 典题应用—步步高P60 5.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 √ 典题应用 5.一个带有同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占 A.12.5% B.25% C.50% D.100% 典题应用 √ 6.某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后，共消耗周围环境中的腺嘌呤脱氧核苷酸3 000个，则该DNA分子已经复制了几次 A.四次 B.五次 C.六次 D.七次 √ 网络构建 Lavf57.83.100 $$