第3章 第3节 DNA通过复制传递遗传信息（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化（浙科版2019）

第三章　遗传的分子基础 第三节　DNA通过复制传递遗传信息 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 栏目索引 预习案 自主读教材 探究案 互动探疑难 巩固案 总结与应用 预习案 自主读教材 大肠杆菌 同位素示踪 半保留复制 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 亲代DNA 细胞分裂前的间期 细胞核 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 边解旋边复制 半保留复制 双螺旋 碱基互补配对 遗传信息 连续性 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 相同 DNA的复制 前后代遗传信息的连续性 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 × √ 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 × × 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 探究案 互动探疑难 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 第三章　遗传的分子基础 返回导航 生物学　必修 2 （配浙科版） 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1．探究DNA的复制过程 (1)实验材料：________。 (2)实验方法：运用__________技术。 (3)实验结论：DNA的复制方式为__________。 2．DNA分子复制的过程 (1)DNA复制的概念、时间、场所 ①概念：产生两个跟__________完全相同的新DNA分子的过程。 ②时间：________________。 ③场所：主要是______。 (2)DNA分子的复制过程 (3)特点 ①过程：____________。 ②方式：__________。 (4)准确复制的原因 ①DNA分子独特的______结构为复制提供了精确的模板。 ②通过____________保证了复制的准确进行。 (5)意义：将________从亲代传给子代，保持了遗传信息的______。 二、DNA复制是遗传物质从亲代向子代传递的基础 DNA的复制不仅保证了多细胞生物体的每个体细胞都携带____的遗传信息，而且生殖细胞在形成过程中也要进行____________，这一复制过程使亲代的遗传信息传递给子代，从而保持了______________________。因此，子代能够继承亲代的性状。 1．判正误 (1)证明DNA复制方式的实验只能用同位素标记N。( ) 提示　DNA的组成元素有C、H、O、N、P，这几种元素都有同位素，所以标记任何一种元素都可以。 (2)在证明DNA复制方式的实验中，从Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少有一条链含 14N。( ) (3)DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。( ) 提示　DNA分子的复制方式为半保留复制，所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。 (4)DNA复制时先进行解旋，然后再进行复制。( ) 提示　DNA复制是边解旋边复制，两者同时进行。 2．微思考 (1)DNA复制是否只在有丝分裂和减数分裂过程中进行？是否只发生于细胞核中？ 提示　不是，无丝分裂过程中也发生DNA复制。线粒体和叶绿体中也有DNA，也进行DNA复制。 (2)DNA复制时，解旋酶作用于DNA的什么部位？ 提示　解旋酶作用于连接碱基对的氢键。 任务驱动一　探究DNA的复制过程 1．在DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶，这两种酶的作用分别是什么？ 提示　解旋酶的作用是将两条脱氧核苷酸链打开，DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸连接到3′端。 2．DNA的复制为什么需要适宜的温度和pH? 提示　因为DNA复制过程需要酶，而酶的活性受温度和pH的影响。 3．如果将DNA分子的两条链用15N标记，转移到含14N的培养基中培养，复制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA链、含14N的DNA链各是多少？ 提示　2个、4个、2条、6条。 DNA半保留复制实验证据的分析 (1)实验方法：同位素示踪法和密度梯度离心法。 (2)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。 (3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。 (4)实验预期：离心后应出现3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)过程分析 ①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。 ②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。 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的复制是以半保留方式进行的。 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 C　[亲代DNA全为15N，应为⑤；复制一次后，DNA一条链为15N，一条链为14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个全为14N、2个一条链为15N、一条链为 14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA全为 14N，2个DNA的一条链为 14N、一条链为 15N，故C错误。] [借题发挥]　实验过程中注意的问题(科学思维) (1)该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。 (2)该实验也可以用P、C等元素进行标记。 (3)在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。 沃森和克里克在发表了DNA双螺旋结构的论文后，又提出了DNA自我复制的假说。下列有关该假说内容的叙述，不正确的是(　　) A．DNA复制时，双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂 B．以解开的两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，通过氢键结合到作为模板的单链上 C．形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链 D．形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成 D　[沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制，即形成的DNA分子包括一条母链和一条子链，D错误。] 任务驱动二　DNA复制的过程 1．阅读教材P66～67，结合图3－11、3－12，探究下列问题： (1)DNA复制时有几条模板链？新合成的DNA分子中的两条链全是子链吗？ 提示　两条模板链(亲代DNA分子解开螺旋的两条链)。不是，而是一条母链和一条子链。 (2)DNA复制时，用什么方法识别DNA中哪一条链是母链，哪一条链是子链？DNA复制所形成的子代DNA分子是不是亲代DNA链和子代DNA链随机结合的？ 提示　同位素示踪法。不是，而是亲代DNA链与其相应的子链结合形成子代DNA分子。 (3)若在某一试管中加入缓冲液、ATP、解旋酶、DNA模板和四种脱氧核苷酸，并置于适宜的温度下，能否完成DNA复制？分析原因。 提示　不能。复制条件不完全，缺少DNA聚合酶。 (4)若1个DNA分子含有m个腺嘌呤，则复制n次需要多少游离的腺嘌呤脱氧核苷酸？ 提示　需(2n－1)·m个。因为1个DNA分子复制n次，共形成2n个DNA分子，其中有两条脱氧核苷酸链为母链，不需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸。 2．根据图1、图2思考下列问题： (1)图1中进行的是什么过程？发生的时期和场所是什么？ 提示　DNA复制。细胞分裂前的间期。真核生物DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物DNA复制的场所主要是拟核。 (2)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中的哪个部位？abcd四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？ 提示　酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的碱基排列顺序相同，b和d的碱基排列顺序相同。 1．全面理解DNA的复制 (1)DNA复制的场所： 主要是在细胞核(凡是细胞内有DNA的部位均可复制)。 真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。 原核生物：拟核、细胞质(如质粒的复制)。 病毒：宿主细胞内。 (2)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在体细胞中主要发生在有丝分裂前的间期；在有性生殖过程中发生在减数第分裂前的间期。 (3)复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。 2．DNA复制的有关计算 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＝2n个。 ②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。 ③不含亲代链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。 (2)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。 ②亲代脱氧核苷酸链数＝2条。 ③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。 (3)消耗的脱氧核苷酸数：若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m(2n－1)个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m·2n－1。 如图为真核细胞DNA复制过程示意图。据图分析，下列相关叙述错误的是(　　) A．由图示得知，子链是沿着一定方向延伸的 B．合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的 C．细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体 D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP D　[DNA分子是反向平行的，而复制的时候只能是从5′端向3′端延伸，所以子链是沿着一定方向延伸的，A正确；DNA分子是反向平行的，而复制的时候只能是从5′端向3′端延伸，所以合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的，B正确；由于DNA分布在细胞核、叶绿体、线粒体中，所以细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体，C正确；解旋酶能打开双链间的氢键，使双链DNA解开，需要消耗ATP，但解旋不需要DNA聚合酶的催化，合成子链时需要DNA聚合酶的催化，D错误。] 真核细胞中DNA复制如下图所示，下列叙述错误的是(　　) A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成 B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代 C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化 D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则 C　[多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成，提高复制效率，A正确；DNA为半保留复制，每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代，B正确；DNA解旋酶破坏碱基对的氢键，使DNA双链解旋，DNA聚合酶形成磷酸二酯键，C错误；碱基对之间严格的碱基互补配对原则，保证了遗传信息准确地从亲代DNA传向子代DNA，D正确。] [借题发挥]　DNA复制相关计算时四个易错点(科学思维) (1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，后者只包括最后一次复制。 (2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。 (3)复制模板：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)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。 1．下列关于DNA复制的叙述，不正确的是(　　) A．DNA复制时只以DNA的一条链作为模板 B．DNA复制时以4种游离的脱氧核苷酸为原料 C．DNA复制过程需要消耗能量 D．DNA分子的复制方式是半保留复制 A　[DNA复制时以解开的两条单链分别作为模板，A错误；DNA复制时以4种游离的脱氧核苷酸为原料，B正确；DNA复制过程需要细胞呼吸产生的ATP作为直接能源物质，C正确；DNA分子的复制方式是半保留复制，通过半保留复制，每条子链与对应的模板链构成一个新的DNA分子，D正确。] 2．下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的是(　　) A．酶①和酶②均作用于氢键 B．该过程的模板链是a、d链 C．该过程中的c、d链结构相同 D．DNA的复制是半保留复制 D　[图中酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶，前者作用于氢键，后者作用于磷酸二酯键，A错误；该过程中a、b链为模板链，c、d链分别是以a、b链为模板合成的子链，B、C错误；DNA的复制是半保留复制，D正确。] 知识网络构建 关键知识积累 1.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸做原料以及酶和能量。 2.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。 知识网络构建 关键知识积累 填充　①边解旋边复制　②半保留复制　③解旋　④合成子链 3.DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 4.DNA通过复制，保持了遗传信息的连续性。 5.DNA分子中碱基的排列顺序代表遗传信息。 1.把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养相当于复制一轮的时间，然后放回原环境中培养相当于连续复制两轮的时间后，分析表明细菌DNA的组成为(　　) A． eq \f(3,4) 轻氮型、 eq \f(1,4) 中间型 B． eq \f(1,4) 轻氮型、 eq \f(3,4) 中间型 C． eq \f(1,2) 中间型、 eq \f(1,2) 重氮型 D． eq \f(1,2) 轻氮型、 eq \f(1,2) 中间型 A　[将含轻氮(14N)的细菌转移到含重氮(15N)环境中培养相当于复制一轮的时间，则得到的每个DNA分子都是一条链含14N、一条链含15N；再转回至含轻氮(14N)的环境中培养相当于连续复制两轮的时间后，由1个DNA分子得到4个DNA分子，其中3个DNA分子只含14N，另外1个DNA分子一条链含14N、一条链含15N，即 eq \f(3,4) 轻氮型、 eq \f(1,4) 中间型，A正确。] 2．DNA一般能准确复制，其原因是(　　) ①DNA规则的双螺旋结构为复制提供模板　②DNA复制发生于细胞周期的间期　③碱基互补配对是严格的　④产生的两个子代DNA均和亲代DNA相同 A．②④　　　B．②③　　　C．①④　　　D．①③ D　[DNA规则的双螺旋结构在解旋后为DNA复制提供两条模板，严格的碱基互补配对保证了DNA复制的准确性，它保证了子代DNA与亲代DNA相同。] 3．体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关的酶、四种脱氧核苷酸和ATP，在37 ℃下保温。下列叙述正确的是(　　) A．能生成DNA，DNA的碱基比例与四种脱氧核苷酸的比例一致 B．不能生成DNA，因为缺少DNA模板 C．能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联 D．不能生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件 B　[DNA复制的四个基本条件是模板、酶、ATP、原料。没有加入模板DNA，所以无DNA生成。] 4．下列关于DNA复制的叙述，正确的是(　　) A．DNA分子在解旋酶的作用下，水解成脱氧核苷酸 B．在全部解旋之后才开始碱基配对 C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链 D．复制后，每个新DNA分子中含有一条母链和一条子链 D　[DNA分子在解旋酶的作用下，只是破坏氢键，破坏了空间结构，没有水解成脱氧核苷酸；DNA分子的复制方式是边解旋边复制，并且是半保留复制。] 5．某DNA(14N)，含有2 000 个碱基对，腺嘌呤占30%，若将该种DNA分子放在含15N的培养基中连续复制3次，进行密度梯度离心，得到结果如图1；若将复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到如图2结果，下列说法错误的是(　　) A．Y层全部是仅含15N的DNA分子 B．Z层与W层的核苷酸链的数目之比为1/7 C．一个DNA分子完成3次复制需要5 600 个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 D．该实验需用到放射性同位素检测技术 D　[由于DNA分子复制为半保留复制，所以Y层全部是含15N的DNA分子，A正确；在DNA分子中，碱基对之间通过氢键相连，DNA分子复制了3次，产生的8个DNA分子中，有16条DNA单链，其中2条含14N的DNA单链，14条含15N的DNA单链，比例为2∶14＝1∶7，B正确；在含有2 000个碱基对的DNA分子中，腺嘌呤占30%，因此胞嘧啶占20%，共800个，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(2n－1)m＝(23－1)×800＝5 600，C正确；该实验用到的是密度梯度离心技术和同位素示踪技术，没有用放射性同位素检测，D错误。] $$