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

少量DNA 怎么为我们的英雄寻找亲属？ 足量DNA 金寨一中 第3节 DNA的复制 第三章 基因的本质 本节聚焦 怎样证明DNA是半保留复制的？ DNA复制的过程是怎样的？ DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义？ 金寨一中 1.复制机制可能是怎样的？ 2.为什么用“可能”？ 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的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。 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证据之上。 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” 《核酸的分子结构》论文节选 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. 金寨一中 问题探讨 金寨一中 提出假说 演绎推理 实验验证 得出结论 2、 DNA复制是 3、推理两种假设下得到子代DNA的可能情况，预测可能得实验结果。 1、DNA是如何复制的? 发现问题 假说——演绎法 4、实验验证假说，得出结论。 科学方法 半保留复制 全保留复制 1、对DNA复制的推测 提出假说 假说二：全保留复制 假说一：半保留复制 如何验证哪个假说是正确的？ 以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。 复制一次 复制一次 金寨一中 沃森和克里克紧接着提出遗传物质自我复制假说：DNA复制时，DNA双螺旋解开，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。由于新合成每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链，因此，这种复制方式称作半保留复制。 1、对DNA复制的推测 关键思路： 科学家：梅塞尔森和斯塔尔 材料：大肠杆菌 技术： 梅塞尔森 斯塔尔 【背景知识】 15N和14N是氮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，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。 区分亲代和子代DNA。 同位素标记法（15N）、密度梯度离心法 金寨一中 2、DNA半保留复制的实验证据 演绎推理 科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。然后，将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。 【实验过程】 繁殖若干代 15N/ 15N-DNA 15NH4Cl培养液 转移 14NH4Cl培养液 金寨一中 2、DNA半保留复制的实验证据 用红色表示亲代DNA的两条链，用蓝色表示新合成的DNA链，请分别画出半保留复制和全保留复制后得到的子二代DNA的组成。 【任务一】 亲代DNA分子 第一代 第二代 15N/15N 15N/14N 15N/15N 14N/14N 15N/15N 演绎推理 【预测结果】 金寨一中 2、DNA半保留复制的实验证据 实验验证、得出结论 转移到含14NH4Cl 培养液中 （细胞分裂1次） 细胞再分裂1次 提取DNA 密度梯度离心 15NH4Cl 培养液 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 【实验结果】 DNA复制是半保留复制 中带 轻带 中带 排除全保留复制 排除分散复制 重带 金寨一中 2、DNA半保留复制的实验证据 该图为噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图，请大家思考红色圈大肠杆菌内子代噬菌体的DNA分子，为什么有的DNA两条链中一条为红色标记一条为蓝色标记，为什么有的DNA分子的两条链均为蓝色标记？ ： DNA复制方式为半保留复制 金寨一中 11 1.DNA复制的概念?时间？场所？ 2.DNA复制过程需要哪些条件? 3.简述DNA复制过程怎么进行? 4.DNA复制过程有何特点? 5、DNA精确复制的原因？ 6.DNA复制有何生物学意义? 【任务二】阅读p55-56，思考下列问题： 金寨一中 3、DNA复制的过程 细胞分裂前的间期。 2.时间： 3.场所: 真核生物： 1.概念： 指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 叶绿体、线粒体 原核生物： 细胞核（主要） 拟核、细胞质（质粒） 4.条件: DNA病毒： 宿主细胞 ③能量 亲代DNA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 ①模板 ②原料 ④酶 随着染色体的复制而完成的 减数分裂前的间期 有丝分裂前的间期 3、DNA复制的过程 3、DNA复制的过程 5.过程： 1. 解旋：复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 2.合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的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。随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。 3.形成子代DNA：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。这样1个DNA分子就形成了2个完全相同的DNA分子。 从子链的5' 端向 3' 端延伸 方向: 断裂氢键 加热 边解旋边复制 3、DNA复制的过程 2.已知果蝇的基因组大小为18×108bp(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。 果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 练习与应用 P56 6、特点： 真核生物 半保留复制 边解旋边复制 多（单）起点双向复制 (从结果看) (从过程看) 原核生物 3、DNA复制的过程 图中真核生物从右开始复制 16 7、结果： 8、精确复制的原因： 1个DNA分子 2个完全相同的DNA分子 9、意义： ①独特的双螺旋结构，为DNA复制提供了 ； ② 原则及 复制保证了复制能准确地进行。 精确的模板 碱基互补配对 半保留 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。 金寨一中 3、DNA复制的过程 课堂小结 对DNA复制的推测 DNA半保留复制的实验证据 DNA复制的过程 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： 1条DNA带（底部） 第一代： 1条DNA带（中间） 第二代： 2条DNA带（中间、上部） DNA复制是半保留复制 解旋 合成子链 形成子代DNA分子 模板 酶 能量 原料 边解旋边复制 证明 金寨一中 18 课堂小结 DNA复制总结 时间 场所 条件 模板 原料 能量 酶 原则 方向 特点 意义 细胞分裂前的间期 真核：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体 原核：拟核、细胞质（质粒） DNA病毒：宿主细胞 亲代DNA的两条母链 游离的4种脱氧核苷酸 ATP水解提供 解旋酶、DNA聚合酶等 从子链的5' 端向 3' 端延伸 半保留复制；边解旋边复制；多起点双向复制（真核） 遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性 碱基互补配对原则 金寨一中 19 知识拓展：DNA半不连续复制 3、DNA复制的过程 解旋酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 前导链 后随链 冈崎片段 DNA聚合酶 DNA连接酶 知识拓展：DNA半不连续复制 金寨一中 形成磷酸二酯键 断裂氢键 子链从5' 端向 3' 端延伸 底物： 脱氧核苷酸 底物： DNA片段 3、DNA复制的过程 2、氢键的形成需要酶的催化吗？ a和c，b和d 解旋酶 DNA聚合酶 磷酸二酯键 氢键 不需要 1、图1中的酶1和酶2分别是什么酶？ 图1中的酶分别作用于图2中e、f两种什么键？ 3、a、b、c、d4条单链中，碱基排列顺序相同的是？ 金寨一中 如图为DNA分子复制的模型，请据图回答下列问题。 3、DNA复制的过程 金寨一中 典型例题 [例3]右图表示DNA复制的过程，结合图 示分析，下列有关叙述错误的是(　　) A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破 坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开 B．DNA的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反 C．从图示可知，DNA具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间 D．DNA的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段 C Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 一、概念检测 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。（ ） × × 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 金寨一中 练习与应用 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 二、拓展应用 1.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（这一问可由学生作开放式回答）。 金寨一中 练习与应用 将一个15N/15N的DNA分子放于14N的培养液中复制n代，总结规律： (1)子代DNA分子数： ①含15N的子代DNA分子数＝ 只含15N（不含14N ）的DNA分子数＝ ②含14N的子代DNA分子数＝ 只含14N的子代DNA分子数＝ 2n个 2个 (2n－2)个 (2)子代DNA脱氧核苷酸链数： ①亲代（15N）脱氧核苷酸链数＝ 新合成（14N）脱氧核苷酸链数= ②子代中被标记的链占总链数比例_______________ ③被标记DNA占总DNA数的比例＝ 2n＋1条 2条 (2n＋1－2)条 0个 2n个 2/2n+1=1/2n 2/2n=1/2n-1 2 4= 8 =21 22 =23 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 将一个15N/15N的DNA分子放于14N的培养液中复制n代，总结规律： 复制1次 复制2次 复制3次 ①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸？ ②第n次复制，消耗游离的该脱氧核苷酸数？ (3)消耗的脱氧核苷酸数： m (2n－1)个 m × 2n－1 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 第一 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。 第二 第三 注意碱基的单位是“对”还是“个”。 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。 第四 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。 关于“DNA复制”的四点“注意” 金寨一中 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. [例1]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 金寨一中 典型例题 C Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. [例5]用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，该DNA分子中有胞嘧啶60个。若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，其结果可能是(　　) A．含有14N的DNA分子占100% B．复制过程中需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个 C．含15N的脱氧核苷酸链占总链数的1/8 D．子代DNA分子中嘌呤数与嘧啶数之比是2∶3 金寨一中 典型例题 A Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 四、DNA复制后染色体标记问题 ①有丝分裂染色体标记问题 一个含有2n条染色体的细胞，其染色体DNA的两条链都被标记，在不含有标记的培养液中进行连续两次有丝分裂，产生4个子细胞。 含有标记的子细胞数为２或３或４ 一个细胞中最多有2n条染色体被标记 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 31 金寨一中 四、DNA复制后染色体标记问题 ②减数分裂染色体标记问题 减数分裂Ⅱ 减数分裂Ⅰ 一个含有2n条染色体的细胞，其染色体DNA的两条链都被标记，在不含有标记的培养液中进行减数分裂，产生4个子细胞。 含有标记的子细胞数为４，每个细胞中有n条染色体被标记 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 32 [例6]将用3H标记DNA分子双链的蚕豆(2n＝12)根尖移入普通培养液(不含放射性元素)中，再让细胞连续进行有丝分裂至第三次分裂中期。根据图示，判断该细胞中染色体的标记情况最可能是(　　) A．12个b B．6个a，6个b C．6个b，6个c D．b＋c＝12个，但b和c数目不确定 金寨一中 典型例题 D Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. [例7]某科研人员用32P标记雄果蝇精原细胞中的X和Y染色体，使其相继完成一次有丝分裂和一次减数分裂。不考虑变异，下列有关叙述错误的是(　　) A．有丝分裂中期和后期含有32P标记的染色体数目相等 B．有丝分裂形成的两个子细胞中均含有32P标记的X和Y染色体 C．减数分裂Ⅰ中含有32P标记染色体数目是减数分裂Ⅱ的2倍 D．减数分裂Ⅱ形成的精细胞中可能不含有32P标记的染色体 金寨一中 典型例题 A Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. DNA是主要遗传物质 梅塞尔森 斯塔尔 DNA的复制 DNA REPLICATION 基因的本质 The essence of genes Lavf58.12.100 Transcoded by Arctime Pro 2.2.1 Lavf57.83.100 $$