3.3 DNA的复制课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

3.3 DNA的复制 第三章 基因的本质 复习：DNA的双螺旋结构 DNA 分子 的结 构 双螺旋结构 基本单位——脱氧核苷酸 主要特点 遵循的原则 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子碱基：A、G、C、T 外侧的基本骨架： 由脱氧核糖和磷酸交替连接构成 内侧是由碱基通过 连接成的碱基对 碱基互补配对原则 氢键 复习：DNA分子的结构特点 1.DNA是由几条链构成的？DNA具有怎样的立体结构？ 2.DNA的基本骨架是由什么物质组成的，它们分别位于DNA的什么部位？ 3.DNA的碱基是如何配对和连接的？它们位于DNA的什么部位？ 2.DNA分子的特性 (1)稳定性：DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。 (2)多样性：DNA分子中碱基对(脱氧核苷酸对)的排列顺序多种多样，构成了DNA的多样性→遗传信息的多样性→生物多样性。 (3)特异性：每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。 学习目标 一、简述DNA半保留复制的证明过程 二、概述DNA分子的复制 三、探讨DNA复制的生物学意义 什么是DNA复制？ DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，（1DNA→2DNA） 沃森和克里克在发表DNA分子双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写到：“在提出碱基特异性配对的看法后，我们立即又提出了遗传物质复制的一种可能机理。” 1. 碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？ 2. 这句话中为什么要用“可能”二字？这反映科学研究具有什么特点? 一、对DNA复制的推测 1．提出者： 。 2．假说内容： DNA复制时，DNA双链螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两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。 3.特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链，这种复制方式称做 。 沃森和克里克 半保留复制 4.当时提出的DNA复制模型有三种: 一、对DNA复制的推测 a、全保留复制：DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的； b、半保留复制：DNA复制以两条DNA单链分别为模板，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链 c、分散复制（弥散复制）：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的 复制一次 复制一次 复制一次 思考：1.怎样证明DNA复制是半保留复制呢？ 2.关键思路？ 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。 科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。 二、DNA半保留复制的实验证据 1. 人物： 。 2. 实验材料： 。 3. 方法：运用了 技术。 大肠杆菌 同位素标记 梅塞尔森和斯塔尔 （和密度梯度离心技术） 　　15N 和 14N是N元素的两种稳定同位素， 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。 背景知识 　　因此利用离心技术可在试管中区分含不同N元素的DNA。 二、DNA半保留复制的实验证据 思考下列问题。 a、科学家采用什么作为实验材料，有何优点？ b、如何让亲代DNA获得15N标记？ c、如何让子代DNA获得14N标记？ d、收集亲代细菌、分裂一次、分裂两次的细菌中的DNA，如何将不同标记的DNA分开呢？？ 大肠杆菌细胞 （大肠杆菌20min繁殖一代） 将大肠杆菌放入含15NH4Cl培养若干代 将上述亲代大肠杆菌转入含14NH4Cl的普通培养液中 二、DNA半保留复制的实验证据 密度梯度离心法 高密度带 中密度带 低密度带 15N 14N 15N 15N 14N 14N 二、证明DNA半保留复制的实验证据 4.实验过程 ①先用15NH4Cl培养液培养大肠杆菌 ②让大肠杆菌繁殖若干代（DNA几乎都是15N标记） ③将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中 ④在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA ⑤将提取的DNA进行离心，记录离心管中DNA的位置 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 15N/14N-DNA 实验结果预测（全保留/半保留） 亲代DNA 子一代DNA 子二代DNA 15N/15N 15N/14N 14N/14N 15N/14N 半保留复制 15N/15N 14N/14N 15N/15N 15N/15N 14N/14N 全保留复制 如果是弥散复制呢？ 第一次复制 第二次复制 重带 轻带 重带 轻带 第一次复制 第二次复制 中带 中带 变粗 第一次复制 第二次复制 中带 轻带 中带 重带(下部) 15N/ 15N 中带(中间) 15N/ 14N 轻带(上部) 14N/ 14N 中带(中间) 15N/ 14N 证明DNA半保留复制的实验 5.实验现象： ①亲代 1条DNA带，位置靠近底部(15N/15N-DNA) ②第一代 1条DNA带，位置居中(15N/14N-DNA) ③第二代 2条DNA带，一条居中(15N/14N-DNA) 一条靠近上方(14N/14N-DNA) （可排除全保留复制） （可排除弥散复制） 证明DNA半保留复制的实验 实验现象说明： ①亲代：1条DNA带（15N/15N-DNA） ②第一代：1条DNA带（ 15N/14N-DNA ） ③第二代：2条DNA带 （15N/14N-DNA， 14N/14N-DNA） 实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。 思考： 随着复制代数增加轻带和中带的宽度会如何变化？ DNA的半保留复制示意图 世代 分 子 总 数 DNA分子在离心管中位置 不同DNA分子占全部DNA分子之比 15N/15N 分子 15N/14N 分子 14N/14N 分子 0 1 2 3 n 拓展延伸 根据上面实验过程,完成下列表格 全在下部 1 2 4 8 2n 全在中部 ½中+ ½ 上 ¼中+ ¾ 上 2/2n中+(1- 2/ 2n)上 1 1 ½ ¼ 2/ 2n ½ ¾ （1- 2/2n） 若对复制后的DNA进行加热处理，使其解开双螺旋结构，变为单链分子，再进行密度梯度离心实验，则结果应该是 世代 分 子 总 数 DNA分子在离心管中位置 不同DNA分子占全部DNA分子之比 15N单链 分子 14N单链 分子 0 1 2 3 n 作出假说 演绎推理 实验验证 得出结论 （二）推测可能的复制方式 （三）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 （四）完成实验 （一）DNA的是如何复制的? 提出问题 半保留复制 全保留复制 弥散复制 假说——演绎法 DNA复制方式的探究历程： 1.概念： 2.复制的时间： 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 3.复制的场所： 在真核生物中，在细胞分裂前的间期 （有丝分裂前的间期、减数第一次分裂前的间期等) 真核生物： 原核生物： 细胞核（主要） 拟核（主要）、质粒 、叶绿体、线粒体 三、DNA分子复制的过程 T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA部分双螺旋结构 DNA解旋酶 三、DNA复制的过程： T G C A C T A A T DNA 双螺旋 部分解旋 A C G T G A T T A DNA解旋酶 破坏了碱基对之间的氢键 A G C T G A C G T T T T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA解旋酶 A G C T G A C G T T T T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA解旋酶 A G C T G A C G T T T T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA解旋酶 C 生成磷酸二酯键 A G C T G A C G T T T T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA解旋酶 T G A A A T G 复制的方向：5’→ 3’ A G C T G A C G T T T T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA解旋酶 T T G G A A A A G C T G A C G T T T T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA解旋酶 T T G G A A A A G C T G A C G T T T T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA解旋酶 T T G G A A A A G C T G A C C T T T T G C A C T A A T A C G T G A T T A DNA解旋酶 T T G G A A A A A T G C A C T A A T A C G T G A T T A T G C A C T A A T A C G T G A T T A 再去解旋其他部位重复上述过程，最终得到两条与原来相同的DNA分子，亲代DNA的链参与新DNA的构成。 4.DNA复制的过程 ①解旋： ②合成子链： ③形成子代DNA： 利用　　 提供的能量（ATP），在 的作用下，把两条螺旋的双链解开（断开碱基对内的氢键）。 以解开的每一段母链为　 ，以 　 　为原料，遵循　 原则，在有关　 的作用下，合成与母链互补的子链。 每条子链与其对应的　 盘旋成双螺旋结构，形成　 个与亲代　 　 　　的DNA。 细胞 解旋酶 模板 酶 （DNA聚合酶等） 母链 两 四种游离的脱氧核苷酸 碱基互补配对 完全相同 模板： 亲代DNA分子的两条链 5、条件： 原料： 游离的4种脱氧核苷酸（A、G、C、T） 能量： 酶： ATP （呼吸作用提供） 解旋酶、DNA聚合酶等 6、DNA复制的特点、原则 ①边解旋边复制（过程） ②半保留复制（结果） ★原则： 碱基互补配对原则 ★特点： 7、准确复制的原因 8.意义： 将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性。 原因： ①DNA分子独特的　　 　　提供精确的模板。 ②通过　　　　　　 保证了复制准确无误。 双螺旋结构 碱基互补配对 【讨论】 1.解旋和复制是同时进行的么？ 2.合成两条子链的方向是相同的么？ 3.二条母链的碱基顺序是否相同？二条子链呢？ 4.新合成的二个DNA碱基顺序是否相同？ 相同 不同，互补 三、DNA分子复制的过程 合成两条子链的方向相反 （因为子链延伸方向固定，都从5，-3，方向延伸） 5， 3， 5， 3， 5， 3， 5， 3， 解旋和复制同时进行，并非双螺旋全部解开后复制 一个DNA分子连续复制n次，含有最初母链的DNA分子只有2个。 能力拓展 DNA复制过程中的数量关系 亲代DNA分子经 n 次复制后，则 （1）DNA分子数 ①子代DNA分子数： ②含亲代母链的DNA分子数： ③不含亲代母链的DNA分子数： 2n个 2个 2n-2个 四、DNA复制过程中的相关计算 （2）脱氧核苷酸链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数： ②亲代脱氧核苷酸链数： ③新合成的脱氧核苷酸链数： 2n+1条 2条 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，则经过n次复制后需要消耗该脱氧核苷酸个数为： m(2n-1) （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，则 第n次复制后需要消耗该脱氧核苷酸个数为： m(2n-2n-1)即m.2n-1 $$