第3章 第3节 DNA的复制（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学必修第二册（人教版2024）

基因的本质 第3章 第3节　DNA的复制 返回目录 生物学　必修2 　 教材梳理·新知全解 关键能力·合作探究 随堂检测·即时巩固 课时作业(十一) 目 录 Contents 教材梳理·新知全解 知识点1　对DNA分子复制的推测及实验证据 半保留 沃森 克里克 双螺旋 氢键 返回目录 生物学　必修2 　 解开的两条单链 碱基互补配对 氢键 一条链 返回目录 生物学　必修2 　 同位素标记 居中 半保留 三 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 重 全部 半保留 返回目录 生物学　必修2 　 知识点2　DNA分子的复制 亲代DNA 子代DNA 间期 间期 能量 解旋 把两条螺旋的双链解开 返回目录 生物学　必修2 　 母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 双螺旋结构 返回目录 生物学　必修2 　 亲代DNA分子 能量 酶 返回目录 生物学　必修2 　 遗传信息 遗传信息 边解旋边复制 半保留复制 双螺旋结构 碱基互补配对原则 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 关键能力·合作探究 返回目录 生物学　必修2 　 探究点1　DNA分子的复制 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 探究点2　DNA分子半保留复制的有关计算 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 随堂检测·即时巩固 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 返回目录 生物学　必修2 　 课时作业(十一)　DNA的复制 返回目录 生物学　必修2 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [课标要求]1.概述DNA分子的半保留复制(生命观念)。2.通过分析DNA半保留复制的实验证据，阐明运用假说—演绎法进行科学探究的基本思路(科学思维)。 1．对DNA复制的推测 (1)假说：__________复制方法。 (2)提出者：________和__________。 2．内容 (1)解旋：DNA分子复制时，DNA分子的__________解开，互补的碱基之间的________断裂。 (2)复制：以__________________作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据________________原则，通过形成________，结合到作为模板的单链上。 (3)特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的__________。 3．DNA半保留复制的实验证据 (1)实验方法：______________技术和离心技术。 (2)实验原理：只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度________。 (3)实验假设：DNA分子以__________的方式复制。 (4)实验结果预期：离心后应出现______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)实验结果：①立即取出，提取DNA→离心→______带。 ②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→________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__________的方式进行的。 1．概念 以______________为模板合成______________的过程。 2．时间(真核生物中) 细胞有丝分裂前的________，减数分裂前的________。 3．过程 解旋　eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(需要细胞提供________,需要________酶的作用,结果：________________________)) 子合成链 子代DNA：每条新链与其对应的模板链盘绕成____________形成 4．结果 形成两个与__________________完全相同的子代DNA分子。 5．条件 模板、原料、________、______。 6．意义 将____________从亲代细胞传给子代细胞，从而保持了____________的连续性。 7．特点 (1)________________；(2)______________。 8．准确复制的原因 (1)DNA分子独特的______________，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。 思考：若DNA分子在复制过程中出现了差错，则会产生什么影响？ 提示　产生的子代DNA与亲代DNA出现结构上的差异，可能会引起性状上的变异。 (教材P55“旁栏思考”)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？ 提示　全保留复制 项目 内容 概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 复制时间 有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期 复制场所 细胞核(主要)、线粒体和叶绿体 所需条件 模板 解旋后的两条DNA单链 原料 四种脱氧核苷酸 能量 ATP 酶 解旋酶、DNA聚合酶等 复制过程 (1)解旋：在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开； (2)合成子链：以解开的每一条母链为模板，以游离的四种脱氧核苷酸为原料，遵循碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的子链； (3)形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构，从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子 复制特点 半保留复制；边解旋边复制 复制结果 形成两个完全相同的DNA分子 准确复制 的原因 (1)DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供精确模板； (2)碱基互补配对原则保证复制过程准确无误地进行 【例1】 (2023·山东)将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是(　　) A．据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象 B．甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等 C．丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等 D．②延伸方向为5端至3端，其模板链3端指向解旋方向 答案　D 解析　依据题图分析，图甲时新合成的单链①比②短，图乙时①比②长，因此可以说明①和②延伸时均存在暂停现象，A项正确；①和②两条链中碱基是互补的，图甲时新合成的单链①比②短，但②中多出的部分可能不含有A、T，因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等，B项正确；①和②两条链中碱基是互补的，丙为复制结束时的图像，新合成的单链①与②等长，故图丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等，C项正确；①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来，其中一条母链合成子链时①的5端指向解旋方向，那么另一条母链合成子链时②的延伸方向为5端至3端，其模板链5端指向解旋方向，D项错误。 DNA的复制应注意以下4点 (1)DNA复制的主要场所是细胞核，其他如真核细胞的线粒体、叶绿体及原核细胞的拟核等也含有DNA，也进行DNA的复制。 (2)解旋酶：使DNA氢键断裂，双螺旋解开。DNA聚合酶：将游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸长链。 (3)外部条件对DNA复制的影响：在DNA复制过程中，需要酶的催化和ATP供能。因此影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响DNA的复制。 (4)DNA复制的精确性并不意味着毫无差错，极个别的错误若保留下来，会导致生物的变异。 【例2】 大肠杆菌在含有3H－脱氧核苷培养液中培养，3H－脱氧核苷掺入到新合成的DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入3H－脱氧核苷的DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核DNA第2次复制时，局部示意图如图。DNA双链区段①②③对应的显色情况可能是(　　) A．深色、浅色、浅色 B．浅色、浅色、深色 C．浅色、深色、深色 D．深色、浅色、深色 答案　B 解析　DNA的复制方式为半保留复制，大肠杆菌在含有 3H－脱氧核苷培养液中培养，核DNA第1次复制后产生的子代DNA的两条链一条被3H标记，另一条未被标记，如图所示，大肠杆菌拟核DNA第2次复制时，以两条链中一条被3H标记，另一条未被标记的DNA分子为模板，故DNA双链区段①为浅色，区域②③中两条子链均含有3H，其中一条模板链含有3H，一条模板链不含3H，故区域②③分别呈现浅色、深色(或深色、浅色)，B符合题意。 假设将一个全部被15N标记的DNA分子(0代)转移到含 14N的培养基中培养n代，过程如图所示。则： 1．DNA分子数 (1)子代DNA分子＝2n个。 (2)含15N的DNA分子＝2个。 (3)含14N的DNA分子＝2n个。 (4)只含15N的DNA分子＝0个。 (5)只含14N的DNA分子＝(2n－2)个。 2．脱氧核苷酸链数 (1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链＝2n＋1条。 (2)含15N的脱氧核苷酸链＝2条。 (3)含14N的脱氧核苷酸链＝(2n＋1－2)条。 3．复制消耗的脱氧核苷酸数 设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则： (1)经过n次复制共需要消耗游离的该种脱氧核苷酸m·(2n－1)个。 (2)第n次复制时，共需要消耗游离的该种脱氧核苷酸 m·2n－1个。 【例3】 下列关于DNA分子结构与复制的叙述，正确的是(　　) ①含有m个腺嘌呤的DNA分子第n次复制需要腺嘌呤脱氧核苷酸2n－1·m个　②在一个双链DNA分子中，G＋C占碱基总数的M%，那么该DNA分子的每条链中G＋C都占该链碱基总数的M%　③细胞内全部DNA被32P标记后，在不含32P的环境中进行连续有丝分裂，第2次分裂的每个子细胞染色体均有一半有标记　④1个DNA双链被32P标记后，复制n次，子代 DNA中有标记的占1/2n A．①② B．②③ C．③④ D．②④ 答案　A 解析　①含有m个腺嘌呤的DNA分子第n次复制，需要 2n－1个DNA分子进行复制，每个DNA分子需要m个腺嘌呤脱氧核苷酸，那么2n－1个DNA分子就需要2n－1·m个腺嘌呤脱氧核苷酸，①正确。②在一个双链DNA分子中，G＋C占碱基总数的M%，由于两条链中G＋C的数目是相等的，那么该DNA分子的每条链中G＋C占该链碱基总数的比例都是M%，②正确。③细胞内全部DNA被32P标记后，在不含32P 的环境中进行连续有丝分裂，第2次分裂中期，每条染色体中都有一条姐妹染色单体被32P标记，在有丝分裂后期，着丝粒分裂后，有一半染色体带有标 记，但带有标记的DNA随染色体向细胞两极的移动是随机的，③错误。④1个DNA双链被32P标记后，不管复制多少次，都只有2个DNA带有标记，所以复制n次，子代DNA中有标记的占2/2n＝1/2n－1，④错误。 DNA分子复制相关计算的注意事项 (1)运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数。 (2)运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸的数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。 (3)在计算消耗脱氧核苷酸数时，要明确是经过n次复制还是第n次复制。 【例4】 具有N个碱基对的一个DNA分子片段，含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸。 (1)该片段完成n次复制需要________(填字母)个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。 (2)该片段完成第n次复制需要________(填字母)个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。 A．(2n－1)(N－m) B．2n－1(N－m) C．2n－1 (N/2－m) D．2n(N/2－m) 解析　由题意可知，该DNA分子片段含有胞嘧啶脱氧核苷酸的个数为(2N－2m)/2＝N－m。(1)该片段完成 n次复制，共产生DNA分子数为2n个，新增DNA分子(2n－1)个。当其完成n次复制时，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(2n－1)(N－m)个，A项正确。(2)该片段完成(n－1)次复制时共产生DNA分子2n－1个，若再完成一次复制(也就是第n次复制)，新增DNA分子数为2n－ 2n－1＝2n－1个，故需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为2n－1(N－m)个，B项正确。 答案　(1)A　(2)B 核心知识小结 [网络构建] 核心知识小结 [答题必备] 1．DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2．DNA复制的过程可分为三步： (1)解旋：复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 (2)合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，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。 (3)螺旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 3．DNA复制的特点：边解旋边复制，半保留复制。 4．DNA复制需要的条件：模板、原料、能量、酶。 1．保证DNA复制准确无误地进行的最关键的步骤是(　　) A．DNA解旋酶促进DNA的两条互补链分离 B．游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对 C．脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链 D．模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构 答案　B 解析　DNA复制过程严格遵循碱基互补配对原则，通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。 2．(2021·辽宁)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是(　　) A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3端 B．子链的合成过程不需要引物参与 C．DNA每条链的5端是羟基末端 D．DNA聚合酶的作用是打开DNA双链 答案　A 解析　子链延伸的方向为5→3，故游离的脱氧核苷酸添加到3端，A项正确；子链的合成过程需要引物参与，B项错误；DNA每条链的5端是磷酸基团末端，3端是羟基末端，C项错误；解旋酶的作用是打开DNA双链，D项错误。 3．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养液中连续复制四次。其结果不可能是(　　) A．含有15N的DNA分子占1/8 B．含有14N的DNA分子占7/8 C．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个 D．复制结果共产生16个DNA分子 答案　B 解析　由于DNA的复制方式是半保留复制，经过四次复制形成16个DNA分子，有2个DNA分子的一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子的两条链都只含有14N，因此所有的DNA分子都含14N。该DNA分子中含有胞嘧啶60个，由此计算出含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各40个，复制四次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40×(24－1)＝600(个)。 A．繁殖过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数 B．要得到图丙所示结果至少需要40分钟 C．图乙是大肠杆菌转入14N培养液中繁殖 一代获得的结果 D．出现图丁结果至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为4x 4．将15N标记的大肠杆菌(其DNA经密度梯度离心后如图甲)，转至以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养，每20分钟繁殖一代。收集并提取DNA，进行密度梯度离心，图乙、丙、丁为离心结果模拟图。已知大肠杆菌DNA中胞嘧啶个数为x，下列有关叙述正确的是(　　) 答案　A 解析　大肠杆菌的DNA是双链的，双链DNA分子中嘌呤数与嘧啶数相等，因此大肠杆菌繁殖过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数，A项正确；DNA复制的特点是半保留复制，图丙中只有中带，DNA复制一次即可，故得到图丙所示结果至少需要20分钟，B、C项错误；图丁中有中带和轻带，出现图丁所示结果至少需要繁殖两代，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(22－1)·x＝3x，D项错误。 5．如下图所示，图甲中的DNA分子有a和d两条链，将图甲中某一片段放大后如图乙所示，结合所学知识回答下列问题： (1)图甲中，A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶，其中B能将单个的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上，从而形成子链，则A是________酶，B是________酶。 (2)真核细胞中DNA复制时间是________________________；在复制完成后，两个子代DNA分开的时期为_________________ ______________________________________________________。 (3)图乙中， 7是________________。DNA分子的基本骨架由_________(用图中数字表示)交替连接而成； DNA分子两条链上的碱基通过________(用图中数字表示)连接成碱基对。 (4)DNA分子通过复制，将________从亲代细胞传给了子代细胞，从而保持了________的连续性。 解析　(1)由题意可知，A是解旋酶，B是DNA聚合酶。(2)真核细胞DNA复制的时间是有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期，复制后的DNA分子进入染色体中形成姐妹染色单体上的DNA分子，而姐妹染色单体在有丝分裂后期和减数分裂Ⅱ后期分开。(3)图乙中7的碱基与A配对，说明4是T ，故7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸；DNA分子的基本骨架由5(磷酸)和6(脱氧核糖)交替连接而成；DNA分子两条链上的碱基通过9(氢键)连接。 答案　(1)解旋　DNA聚合　(2)有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期　有丝分裂后期、减数分裂Ⅱ后期　(3)胸腺嘧啶脱氧核苷酸　5和6　9　(4)遗传信息　遗传信息 $$