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 NEW 2025 / 04 CYN 01 02 03 04 对DNA复制的推测及证据 DNA复制的计算 DNA复制的过程 DNA复制拓展 目录 CYN 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：“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 a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments. It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis 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 1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？ 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。 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 1953年，James Watson和Francis Crick于Nature杂志上发表了关于DNA双螺旋模型的研究论文，在文末，他们又提示了一种遗传物质可能的复制机制：双螺旋的两条链先解旋，每一条作为合成互补链的模板，即半保留复制模型，每个新的DNA分子含有一条来自亲本分子的链和一条新合成的链。 01 02 03 04 对DNA复制的推测及证据 DNA半保留复制的计算 DNA复制的过程 DNA复制拓展 目录 CYN （1）半保留复制 （2）全保留复制 子代DNA的双链都是新合成的 子代DNA中保留了亲代DNA分子中的一条链 一、对DNA复制的推测 1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记 和密度梯度离心技术，设计了一个巧妙的实验。 二、DNA半保留复制的实验证据 梅塞尔森 斯塔尔 思考：要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”，关键思路是什么？ 区分亲代和子代的DNA，标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。 思考：标记哪个元素？如何区分不同DNA 含N碱基 脱氧核苷酸 磷酸 五碳糖 P C H O N 15N 14N 背景知识 15N和14N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。 14N/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA (轻带) (中带) (重带) 密度梯度离心技术 实验过程： （1）用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，培养若干代，得到DNA被15N标记的大肠杆菌。 （2）将大肠杆菌转移至的含14N普通培养基中培养，在不同时刻收集大肠杆菌，提取DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。 15N和14N是N元素的两种稳定同位素,无放射性，含15N的DNA 比含14N的DNA密度大，利用 可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。 密度梯度离心技术 轻带 中带 重带 实验原理 ： 1.实验材料： 2.实验技术： 3.实验方法： 4.实验过程： 大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 同位素标记法和密度梯度离心技术 提出问题 DNA以什么方式复制？ 作出假说 DNA以半保留方式复制 让大肠杆菌在15NH4Cl的培养若干代，再放置在14NH4Cl培养。 演绎推理 假说-演绎法 15N 14N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 15N 14N 15N 14N P: F1: F2: 15N 15N 15N/15N 重带 15N/14N 14N/14N 15N/14N 轻带、 中带 中带 若为半保留复制 细胞再分裂一次 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 含14N的培养基 演绎推理 细胞再分裂一次 含14N的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 15N 15N P F1 F2 14N 14N 提出DNA离心 重带 轻带 重带 轻带 重带 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 若为全保留复制 演绎推理 宽窄代表含量 实验验证 得出结论 实验结果与预期相符，证明DNA的复制是以半保留的方式进行的。 思考：细胞分裂几次就能证明DNA复制是半保留复制？ 15N/15N 重带 15N/14N 14N/14N 15N/14N 轻带、 中带 中带 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 含14N的培养基 含14N的培养液中 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 重带 轻带 重带 轻带 重带 细胞分裂一次 细胞分裂两次 15N/15N 14N/14N 15N/15N 14N/14N 15N/15N 01 02 03 04 对DNA复制的推测及证据 DNA复制的计算 DNA复制的过程 DNA复制拓展 目录 CYN 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) 三、DNA复制的计算 (1)设1个DNA中有m个脱氧核苷酸（G），复制n次需要游离 的脱氧核苷酸G___________个 (2)第n次复制需要游离的脱氧核苷酸G____________个 (2n-1)×m 2n-1×m 亲代 子一代 子二代 子三代 需m个 需3m个 需7m个 需m个 需2m个 需4m个 第n次复制=复制n次-复制n-1次 第n次复制所需G数为 (2n-1)xm-（2n-1-1）xm=2n-1Xm 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 C 01 02 03 04 对DNA复制的推测及证据 DNA复制的计算 DNA复制的过程 DNA复制拓展 目录 CYN 1.概念： 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2.时间： 真核细胞：细胞核（主要）、线粒体和叶绿体； 原核细胞：拟核（主要）、质粒； 病毒：宿主细胞中（如：噬菌体侵染大肠杆菌）。 细胞分裂前的间期。 3.场所： 四、DNA复制的过程 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：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA部分双螺旋的两条链解开。 4.过程： 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：以游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链。 （2）合成子链：以游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链。 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 形成磷酸二酯键 合成方向：子链的5’端→ 3’端 （2）合成子代DNA：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 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 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' 5.条件： 类比法 DNA复制需要 复印试卷需要 复印机 电源 A4纸 试卷 复印的设备 能 量 原 料 模 板 酶 ATP 4种脱氧核苷酸 母链DNA 请用类比法，说出DNA复制需要的条件有哪些？ 四种脱氧核苷酸 解旋酶（使氢键断裂） DNA聚合酶（连接磷酸二酯键） DNA连接酶 氢键的形成是自发的，不需要能量和酶 ATP(主要由有氧呼吸提供) 亲代DNA的两条链(两条母链) （1）模板： （2）原料： （3）能量： （4）酶： 总结： （1）半保留复制 （2）边解旋边复制 高效 （3）双向复制 （4）真核生物有多起点复制 6.特点： 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新合成的二个DNA碱基顺序是否相同？ 不同，互补 相同 不同，互补 结果:形成两个完全相同的DNA分子。 7.结果和意义： 意义：将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保持 遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。 TCTTGCTC AGAACGAG ①独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。 ②严格的碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。 AGAACGAG TCTTGCTC AGAACGAG TCTTGCTC + 思考：DNA能够准确复制的原因有哪些？ 01 02 03 04 对DNA复制的推测及证据 DNA复制的计算 DNA复制的过程 DNA复制拓展 目录 CYN 复制方向：5'端→ 3'端 复制叉 1真核生物DNA复制的特点： 复制泡 特点： 多起点不同时复制 双向复制 真核生物DNA复制的特点： 2.原核生物DNA复制的特点： 特点：边解旋边复制 单起点、双向复制 方式：半保留复制 DNA复制的推测 DNA复制实验证据 DNA复制 全保留复制 半保留复制 实验过程 实验结果 实验结论 基本条件 过程 特点 用15N标记DNA大肠杆菌放在含有14N的培养液中培养，在不同时刻提取DNA并进行分离 亲代：一条DNA带（底部） 第一代：一条DNA带（中间） 第二代：两条DNA带（中间、上部） DNA复制是半保留复制 解旋 合成子链 重新螺旋 模板 酶 能量 原料 DNA的 两 条 链 四种脱氧核苷酸 边解旋边复制 解旋酶 DNA聚 合 酶 证明 参与 参与 课堂小结 1.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，如图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 解析：子一代DNA，说明DNA分子只复制一次，亲代DNA为15N—15N，在含14N的培养基中培养，且DNA为半保留复制，故子一代DNA都是15N—14N，应为图中的②，A正确；子二代DNA，说明DNA分子复制二次，产生4个DNA分子，其中2个是14N—14N，2个为15N—14N，应为图中的①，B正确；子三代DNA，说明DNA分子复制三次，产生8个DNA分子，其中6个是14N—14N，2个为15N—14N，应为③而不是④，C错误；据题意可知，亲代的DNA是15N—15N，应为图中的⑤，D正确。 C 课堂测试 2.某亲本DNA分子双链均以白色表示，以黑色表示第一次复制出的DNA子链，以灰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( ) A. B. C. D. 解析：DNA复制具有半保留复制的特征，即每个子代DNA分子中均含有亲代DNA分子的一条链，据此可分析如下：如果亲本DNA分子双链均以白色表示，以黑色表示第一次复制出的DNA子链，则复制一次获得的2个DNA分子都各含有1条白色链和1条黑色链，灰色表示第二次复制出的DNA子链，则第二次复制形成的4个DNA分子都含有灰色链，2个DNA分子含有白色链，2个DNA分子含有黑色链，即C正确。 C 3.某双链DNA分子复制的过程如图所示。据图分析，下列有关叙述中错误的是( ) A.解旋酶的移动方向为从右向左 B.DNA聚合酶的移动方向为从右向左 C.后随链的延伸方向为5'→3' D.图示体现了DNA分子边解旋边复制的特点 解析：由图可知，解旋酶的移动方向为从右向左，A正确；DNA聚合酶的移动方向与前导链和后随链的延伸方向一致，即对前导链而言，DNA聚合酶从右向左移动，对于后随链而言，DNA聚合酶从左向右移动，B错误；DNA聚合酶只能从子链的5'端向3'端延伸，故前导链和后随链的延伸方向都是5'→3'，C正确；图示复制过程体现了DNA分子边解旋边复制的特点，D正确。 B 4.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述错误的是( ) A.复制过程是边解旋边复制 B.以游离的8种核苷酸为原料 C.DNA双螺旋结构为复制提供模板 D.碱基互补配对原则保证复制准确进行 解析：DNA分子复制过程是边解旋边复制、半保留复制方式，A正确；以游离的4种脱氧核苷酸为原料，B错误；DNA双螺旋结构为复制提供模板，碱基互补配对原则保证复制准确进行，C、D正确。 B Lavf57.83.100 $$