3.3 DNA的复制-2024-2025学年高一生物下学期同步授课课件（人教版2019必修2）

第三章 基因的本质 第3节 DNA的复制 美日联合研究团队对萤火虫基因组的研究发现，萤火虫的发光能力来自于远古祖先细胞分裂时基因复制错误。研究团队分别对日本“平家萤”和美国“photinus pyralis”两个品种进行基因测序，发现萤火虫的荧光素酶基因和脂肪酸代谢酶基因很类似。萤火虫祖先体内细胞分裂进行一对一复制时，脂肪酸代谢酶基因发生复制错误，反复错误复制累积使该基因突变为荧光素酶基因。作为研究对象的两种萤火虫在1亿多年前就已分化，说明发光基因突变发生在更早之前。 DNA是怎样复制并传递给子代的呢？ 1 20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，其化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖。 2 威尔金斯富兰克林应用X射线衍射技术获得了DNA衍射图谱。 回顾DNA双螺旋结构模型的构建 3 查哥夫在DNA中，A与T的数量相等，C与G的数量相等。 4 沃森、克里克构建了一个将碱基安排在双螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋外部的DNA双螺旋结构。 在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，推出预测的结果，再通过实验来检验。如果实验结果与预测相符，就可以认为假说是正确的，反之，则可以认为假说是错误的。 观察实验，提出问题 分析问题，提出假说 实验检验，得出结论 一对相对性状的杂交实验 对分离现象的解释 对分离现象解释的验证 分离定律 回顾假说-演绎法 演绎推理，预测结果 一、对DNA复制的推测 1.沃森和克里克提出DNA自我复制假说： DNA复制时，DNA双链螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的2条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。 以两条母链为模板合成两条DNA子链，子代DNA中母链重新结合，两条子链彼此结合成另一个子代DNA分子。 半保留复制 提出假说 一、对DNA复制的推测 2.全保留复制 新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。 3.弥散复制 新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。 提出假说 二、对DNA复制的实验证据 演绎推理 1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）以大肠杆菌为材料，利用15N和14N进行同位素标记，将亲代DNA全部标记为15N，并将其放入14N的环境中培养。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，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。 梅塞尔森 斯塔尔 如何区分亲代和子代的DNA？ 同位素标记技术 密度梯度离心技术 二、对DNA复制的实验证据 演绎推理 实验过程：让大肠杆菌在含15NH4CL的培养液中繁殖若干代，然后将大肠杆菌转移到含14NH4CL的培养液，不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，观察离心后试管中DNA的位置。 梅塞尔森 斯塔尔 如何区分亲代和子代的DNA？ 同位素标记技术 密度梯度离心技术 密度梯度离心技术 利用离心技术可在试管中区分含不同N元素的DNA 密度 低 高 二、对DNA复制的实验证据 演绎推理 二、对DNA复制的实验证据 演绎推理 1.半保留复制 15N / 14N-DNA 15N / 15N-DNA 14N / 14N-DNA 15N / 14N-DNA 15N 14N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 15N 细胞再 分裂一次 转移到含14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 P F1 F2 二、对DNA复制的实验证据 演绎推理 中带、轻带 中带 重带 2.全保留复制 15N 14N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 15N P F1 F2 二、对DNA复制的实验证据 演绎推理 3.分散复制 15N 15N P 14N 15N 15N 14N 14N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N F1 F2 结论： DNA的复制 是以半保留 方式进行的 细胞再分裂一次 转移到含14NH4Cl 的培养液中 分裂一次 提取DNA离心 提取DNA离心 提取DNA离心 亲代 子一代 DNA 复制一次 子二代 DNA 复制一次 15N/ 15N-DNA 15N/ 14N 14N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 14N 15N/ 14N 14N/ 15N 二、对DNA复制的实验证据 实验验证 重带 中带 中带、轻带 1.DNA复制的时间？场所？ 2.DNA复制过程怎么进行? 3.DNA复制过程需要哪些条件? 4.DNA复制过程有何特点? 5.DNA复制有何生物学意义? 观看视频结合课本P55-56，回答以下问题 三、DNA的半保留复制 14 有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期, 随着染色体的复制而完成。（真核生物） 2. 时间 3. 场所 （1）真核生物： 1.概念 指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。 叶绿体、线粒体 （2）原核生物： 细胞核（主要） 拟核、细胞质（质粒） （3）病 毒： 宿主细胞内 三、DNA的半保留复制 01 解旋 条件：解旋酶、ATP（能量） 结果：DNA双螺旋的两条链解开，碱基对中氢键断裂。 02 合成子链 条件：两条母链作模板、 四种游离的脱氧核苷酸， DNA聚合酶等、 ATP（能量） 结果：以解开的每一条母链为模板，以游离的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。 方向：5’→ 3’ 每条新形成的子链与其模板链 盘绕成双螺旋结构。形成两个子代DNA分子。 03 重新螺旋 4.过程 5、特点 边解旋边复制、 半保留复制 6、结果 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子 7、准确复制的原因 （1）DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。 （2）通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 8、意义 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。 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 核心归纳 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。 注意 将全部被15N标记的双链DNA分子（亲代）转移到含有14N的培养基上培养n代，则子n代中： (1)子代DNA分子总数？ (2)含15N的DNA分子数？ (3)含14N的DNA分子数？ (4)只含15N的DNA分子数？ (5)只含14N的DNA分子数？ 2n个 2个 2n个 0个 (2n－2)个 (7)若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则： ①经过连续n次复制，需消耗游离的该脱氧核苷酸数目为 个。 ②第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸 个。 四、DNA复制有关计算 (6)亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为 个。 2n-1 m·(2n－1) m·2n－1 (1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别， 前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。 (2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。 (3)切记在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分子都只有两个。 (4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”， “含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。 特别提醒：“DNA复制”相关题目的4点“注意” 四、DNA复制有关计算 20 1.(2022·天津和平区高一期中)将一个用15N标记的DNA分子放到14N的培养基上培养，让其连续复制三次，将每次复制产物置于试管内进行离心，图中分别代表复制1次、2次、3次后的分层结果的是 A.c、e、f　　 B.c、e、b C.a、b、d　　 D.c、a、b √ 五、跟踪训练 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 √ 3.下图为某真核细胞中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，并且不需要消耗ATP D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子 √ Lavf57.83.100 $$