3.3DNA的复制 课件 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

DNA的复制 高一生物组 目录 CONTENTS DNA复制的推测 DNA的复制 DNA复制的相关计算 习题检测 01 PART ONE DNA复制的推测 问题探讨 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 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 沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道： 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。 复制 DNA 2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？ 科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的实验证据之上。 问题探讨 假说—演绎法 DNA复制推测 1.她们为什么长得这么像？ 亲代的遗传物质通过复制传递给了子代。 2.什么是DNA的复制？新产生的DNA分子是一个全新的分子吗？ DNA复制推测 提出问题 作出假设 得出结论 演绎推理 实验验证 证明DNA半保留复制的实验 DNA以半保留方式复制（全保留、分散） 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 DNA以半保留方式进行复制 证明DNA半保留复制的实验 假说演绎法 DNA复制推测 半保留 复制 全保留 复制 DNA的是如何复制的? 一、提出问题 DNA复制推测 二、作出假设 半保留复制 全保留复制 分散复制 有人质疑 提出 DNA复制推测 二、作出假设 内容 结果 沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的这一假说。 DNA复制时，DNA双螺旋解开， 互补的碱基之间的 断裂，解开的 分别作为复制的模板，游离的 根据 原则，通过形成 ，结合到作为模板的单链上。 亲代DNA分子 新合成的每个DNA分子中， 都 。 半 保 留 复 制 氢键 两条单链 脱氧核苷酸 碱基互补配对 氢键 保留了原来DNA分子中的一条链 DNA复制推测 内容 DNA复制以DNA双链为模板， 子代DNA的 的。 全 保 留 复 制 亲代DNA分子 这个假说提出后，也有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说。 双链都是新合成 二、作出假设 DNA复制推测 内容 新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。 分散 复 制 亲代DNA分子 这个假说提出后，也有人持不同观点，提出分散复制等不同假说。 到底哪种假说正确呢 要证明DNA复制是半保留复制， 就需要通过实验区分亲代与子代的DNA。 二、作出假设 DNA复制推测 2.肉眼看不见DNA，如何区分亲代和子代的DNA呢？ 1.要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？ 把复制出的子代DNA链（子链）和原来的链（母链）区别开，观察它在新DNA中出现的情况。 同位素标记法 DNA复制推测 15N和14N 15N和14N是N元素的两种稳定的同位素(无放射性)，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大； 不能，用32P，14C等具有放射性的同位素标记无法区分亲代和子代DNA 3.能用32P，14C等具有放射性的同位素标记吗? 4.该实验用什么元素做标记? DNA复制推测 密度梯度离心技术是将样品加在惰性梯度介质中进行离心沉降，在一定的离心力下把颗粒分配到梯度中某些特定位置上，形成不同区带的分离方法。 密度梯度离心技术 14N/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA (轻带) (中带) (重带) 密度梯度离心技术 利用离心技术可以在试管中区分含有不同质量N元素的DNA。 DNA复制推测 DNA复制推测 三、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 DNA复制推测 2.全保留复制 15N 14N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 15N P F1 F2 15N / 15N-DNA 15N / 15N-DNA 14N / 14N-DNA 15N / 15N-DNA 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 14N / 14N-DNA DNA复制推测 3.分散复制 14N / 15N-DNA 15N / 15N-DNA 14N / 15N-DNA 15N 14N 15N 15N 15N 14N 14N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 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 DNA复制推测 四、实验验证 ①实验者： ②实验材料： ③实验方法 ： 梅塞尔森和斯塔尔 大肠杆菌 同位素标记技术、 密度梯度离心 梅塞尔森 斯塔尔 1958年 同位素标记技术 大肠杆菌： （繁殖快，20min一代） 关键思路： 通过实验区分亲代和子代的DNA 梅塞尔森 斯塔尔 1958年 同位素标记技术 资料：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，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。 大肠杆菌（繁殖快，20min一代） DNA复制推测 DNA复制推测 （1）获得15N标记的大肠杆菌DNA 15NH4Cl 14N/ 14N DNA 繁殖若干代 15N/ 15N DNA 目的？ DNA复制推测 （2）将15N标记的大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再进行离心，记录位置。 15N/ 15N DNA 14NH4Cl 再分裂一次 分裂一次 提取DNA 离心 提取DNA 离心 ？ ？ ？ 哪个位置 ？ ？ ？ 哪个位置 DNA复制推测 15N/15N-DNA（重带，密度最大）、15N/14N-DNA（中带，密度居中）、14N/14N-DNA（轻带，密度最小）、 14N/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA 轻带 中带 重带 通过密度梯度离心使其发生分层（15N质量大于14N） 这3种DNA离心后在试管在位置如图所示： DNA复制推测 三、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 高密度带 中密度带 低密度带 中密度带 DNA复制推测 2.全保留复制 15N 14N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 15N P F1 F2 15N / 15N-DNA 15N / 15N-DNA 14N / 14N-DNA 15N / 15N-DNA 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 14N / 14N-DNA 高密度带 高密度带 低密度带 高密度带 低密度带 DNA复制推测 3.分散复制 14N / 15N-DNA 15N / 15N-DNA 14N / 15N-DNA 15N 14N 15N 15N 15N 14N 14N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 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 高密度带 中密度带 中密度带 DNA复制推测 五、实验结论 结论：证明DNA的复制是半保留复制 排除DNA的复制是全保留复制 排除DNA的复制是分散型复制 亲 代 子一代 子二代 细胞再分裂一次 15N 14N 15N 15N 14N 14N 转移到含14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 15N 14N 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 02 PART TWO DNA的复制 DNA的复制 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 DNA的复制 4.条件： 科恩伯格 1959年获诺贝尔奖 资料一：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶等物质，结果并未得到DNA分子。 资料二：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶等物质，又加入了微量的DNA分子。结果有新的DNA产生，且与加入的微量DNA分子相同。 亲代DNA分子中的两条母链 游离的4种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP等 DNA的复制 5.过程： 新合成的子链 DNA聚合酶 DNA解旋酶 DNA聚合酶 游离的脱氧核苷酸 解旋 合成子链 重新螺旋 DNA的复制 在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链解开。 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 （1）、解旋 DNA的复制 ①游离的4种脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机 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 形成氢键 （2）、合成子链 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的复制 ②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。 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 合成方向： 子链的5'端→ 3'端 形成磷酸二酯键 （2）、合成子链 DNA的复制 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' （3）、重新螺旋 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 DNA的复制 5.过程： ①需要细胞提供 。 解旋 ②需要 酶催化,使氢键断裂。 ③结果：使DNA双螺旋的两条链解开。 能量 解旋 合成子链 ②模板： 。 ③原料： 。 ①酶： 酶等。 ④原则： 。 DNA聚合 亲代DNA的两条链(母链) 游离的4种脱氧核苷酸 碱基互补配对原则 重新螺旋: 每条新链与其对应的模板链盘绕成 .结构。 双螺旋 子链合成的方向均为5’-端→3’-端 DNA的复制 6.结果： ①二条母链的碱基顺序是否相同？ ②二条子链的碱基顺序是否相同？ ③新合成的两个DNA碱基顺序是否相同？ 不同，互补 相同 不同，互补 形成两个完全相同的DNA分子。 结果: DNA的复制 （1）.半保留复制——准确 （2）.边解旋边复制 ①模板：特定碱基序列 ②酶：识别，专一催化 ③原则：碱基互补配对 高效 （3）.双向复制 （4）.真核生物有多个复制起点 7.特点： DNA的复制 资料：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。 原核生物： 真核生物： 多起点双向复制 单起点双向复制 DNA的复制 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精准复制的原因： （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。 9.DNA复制的意义： DNA的复制 概念 场所 时期 条件 DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 主要是在细胞核(次要在线粒体、叶绿体) 细胞分裂（有丝分裂或减数分裂）前的间期 D N A的复制 模板 原料 酶 能量 亲代DNA分子中的两条母链 以细胞中游离的4种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP等 DNA的复制 特点 精确复制的原因 意义 方向 结果 ①半保留复制；②边解旋边复制； ③双向复制；④真核生物有多个复制起点 （1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板； （2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。 将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。 形成两个完全相同的DNA分子 从子链的5' 端向 3' 端延伸 D N A复制的过程 03 PART THREE DNA的相关计算 DNA的相关计算 亲 代 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 复制1次 复制2次 复制3次 2 4 8 =21 =22 =23 1：请画出一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中培养3代的DNA复制过程。 DNA的相关计算 合作探究一：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分子数是多少？ （3）含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数是多少？ （4）不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数是多少？ （2）子代DNA (含14N)分子数是多少？ DNA的相关计算 DNA分子数 子代DNA分子数 子代DNA (含14N)分子数 不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数 含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数 2n个 2n个 2个 2n-2个 一、DNA分子数 DNA的相关计算 例1：一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N的培养液中繁殖3代： 第三代中含有15N的DNA分子有___个， 不含15N的DNA分子有___个， 含有14N的DNA分子有____个， 不含14N的DNA分子有____个， 只含有14N的DNA分子有___个。 2 6 8 0 6 DNA的相关计算 合作探究一：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： 2.脱氧核苷酸链数： （1）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数是多少？ （2）亲代脱氧核苷酸链数(15N)是多少？ （3）新合成的脱氧核苷酸链数(14N)是多少？ DNA的相关计算 二、脱氧核苷酸链数 脱氧核苷酸链数 子代DNA分子中脱氧核苷酸链数 新合成的脱氧核苷酸链数(14N) 亲代脱氧核苷酸链数(15N) 2n+1条 2条 2n+1-2条 例2： 有15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中复制三次：则含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例_____， 含15N的链占全部DNA分子单链的比例依次是 ______。 DNA的相关计算 1/4 1/8 DNA的相关计算 三、消耗的脱氧核苷酸数 （1）1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （2）2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （3）n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （4）第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （5）第2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ （6）第n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？ 合作探究二：将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个。 DNA的相关计算 1次 复制 2次 复制 n次 复制 第1次、第2次...n次 3m m (2n－1) m 1次、2次...n次 第1次 复制 第2次 复制 第n次 复制 2m m·2n－1 m 例3： 一个DNA分子中有碱基A20个，占全部碱基的20％，若DNA连续复制2次，需要碱基C________个,第2次复制需要碱基C________个。 90 60 实战演练 1.具有100个碱基对的1个DNA分子片断，内含40个T，如果连续复制两次，则需要游离的C的数目为（ ）。 A.160 B.180 C.200 D.220 B 2.某双链DNA分子共有含氮碱基1400个，其中一条链的碱基中A+T/C+G=2/5，问该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是( ) A. 300 B．400 C．600 D．1200 C 实战演练 3.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 4.已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上 A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸2 100个，则该DNA分子已经复制了(　　) A.3次 B.4次 C.5次 D.6次 A A DNA的相关计算 （四）与细胞分裂相关的计算 DNA的相关计算 （四）与细胞分裂相关的计算 实战演练 例4：用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是(　 　) A.中期20和20、后期40和20 B.中期20和10、后期40和20 C.中期20和20、后期40和10 D.中期20和10、后期40和10 A 特别提醒：“DNA复制”相关题目的4点“注意” 注意事项 第一 第二 第四 第三 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。 看清试题中问的是“DNA分子数”？还是“链数”？是“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。 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链的DNA分子仅有两个。 注意碱基的单位是“对”还是“个”。 DNA的相关计算 （五）有丝分裂与减数分裂中染色体标记情况分析 A C T T G A C G A T G A A C T G C T 复制 染色体数目不变 DNA数目加倍 复制产生的两个子代DNA分子位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。 A C T T G A C G A T G A A C T G C T A C T T G A C G A T G A A C T G C T （1）1条染色体（母链被15N标记，在含14N的培养基中培养） 规律：复制一次，子染色体都带标记； 复制两次，子染色体一半带有标记。 1.有丝分裂中染色体标记情况分析 2.减数分裂中染色体标记情况分析 规律：形成的4个子细胞中的每条染色体均带有标记。 一对同源染色体 15N标记 同源染色体分离 姐妹染色单体分离 15N标记1对同源染色体上的两个DNA分子 DNA的相关计算 以一个细胞中的所有DNA的两条链被标记为例 1.有丝分裂中染色体标记情况分析 第 一 次 有 丝 分 裂 用15N标记1对同源染色体上的2个DNA分子 每条同源染色体上的 每条染色体单体均带有标记 分裂形成2个子细胞， 每个子细胞中的 每条染色体均带有标记 1.有丝分裂中染色体标记情况分析 第 二次 有 丝 分 裂 分裂形成4个子细胞，子细胞类型有4种组合方式。 ① ①有 的子细胞 带有标记 ② ②③有 的子细胞 带有标记 ④ ④ 子细胞带有标记 ③ 1/2 3/4 全部 DNA的相关计算 2.减数分裂中染色体标记情况分析 15N标记1对同源染色体上的两个DNA分子 同源染色体分离 姐妹染色单体分离 分裂形成4个子细胞，全部子细胞中的每条染色体均带有标记。 有关DNA复制的拓展 有关DNA复制的拓展 04 PART FOUR 习题检测 习题检测 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。 ( ) ✘ ✘ 习题检测 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 习题检测 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 习题检测 4.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？ 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。 习题检测 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。 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。 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) Lavf57.83.100 $$