3.3DNA的复制课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

第三章 基因的本质 第3节 DNA的复制 复习回顾 1、DNA是由 条 组成的，这两条链按 方式盘旋成 结构。 两 脱氧核苷酸单链 反向平行 双螺旋 2、DNA中的 和 交替连接，排列在外侧，构成 。 排列在内侧。 脱氧核糖 磷酸 基本骨架 碱基 3、两条链上的碱基通过 连接成 ，且碱基配对具有一定的规律： 一定与 配对、 一定与 配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作 。 氢键 碱基对 A T C G 碱基互补配对原则 4、DNA分子的特性： ①稳定性 ②多样性 ③特异性 T G 2 A 3 C T 4 A A T 1 9 10 5 6 7 8 左侧是DNA的结构模式图，请说出图中1-10的结构名称 7.腺嘌呤脱氧核苷酸 2.腺嘌呤 3.胸腺嘧啶 4.鸟嘌呤 5.脱氧核糖 6.磷酸基团 1.胞嘧啶 8.碱基对 9.氢键 10.磷酸二酯键 3 新课导入 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？它是如何复制的？ 一、对DNA复制的推测 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” 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。 《核酸的分子结构》论文节选 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. 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? 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。 【提出问题】DNA复制是怎样进行的呢？ DNA是主要遗传物质 绝大多数生物的遗传物质是DNA。 具有稳定的结构并且能精确复制 大多呈双螺旋结构 DNA如何进行复制呢？ 一、对DNA复制的推测 1、沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说： (1)DNA复制，DNA双螺旋 ，互补的碱基之间的 断裂。 (2)解开的两条单链分别作为复制的 ，游离的脱氧核苷酸根据 .原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。 (3)新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此， 这种复制方式称作 。 解开 氢键 模板 碱基互补配对 半保留复制 特点：形成的分子一半是新的，一半是旧的 关于DNA的复制方式，科学家提出了哪些假说？ 1. 提出问题 DNA以什么方式复制？ 2. 作出假设 (2)全保留复制 (1)半保留复制(沃森和克里克提出） 二. DNA半保留复制的实验证据 (2)分散复制 关于DNA的复制方式，科学家提出了哪些假说？ ①DNA分别通过这两种复制方式复制一次，所形成的子代DNA分子的组成有何不同？ 1. 提出问题 DNA以什么方式复制？ 2. 作出假设 (2)全保留复制 新复制出的分子直接形成，完全没有旧的 复制 一次 亲代DNA 子代DNA (1)半保留复制(沃森和克里克提出） 形成的分子一半是新的，一半是旧的 复制一次 亲代DNA 子代DNA 二. DNA半保留复制的实验证据 ①DNA分别通过这几种复制方式复制一次，所形成的子代DNA分子的组成有何不同？ (2)全保留复制 复制 一次 亲代DNA 子代DNA (1)半保留复制(沃森和克里克提出） 复制一次 亲代DNA 子代DNA 二. DNA半保留复制的实验证据 特点：新旧都有，随机组合 特点：一半是新的，一半是旧的 特点：完全没有旧的 (3)弥散复制 亲代DNA 子代DNA 若用红色表示亲代DNA分子的两条链，黑色表示复制形成的子链，画出两种复制方式所得到的子代DNA分子的颜色。 半保留复制 全保留复制 分散复制 “假说--演绎法”探究：DNA分子的复制方式 3. 演绎推理 ②如何才能在实验中直观地区别、“标识”母链和子链呢？ 同位素标记法 ③如果用同位素进行标记，用什么元素? 含N碱基 脱氧核苷酸 磷酸 五碳糖 P C H O N 资料1：15N和14N是氮元素的两种稳定同位素。 运用 技术来标记DNA分子的两条链： 同位素标记 15N 14N 复制后的DNA分子都是混在一起的，如何分离呢？ 因此可以利用 进行分离。 推测DNA的两条链被标记的情况： 密度 密度 密度 最大 适中 最小 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 资料2：由于15N和14N这两种同位素的相对原子质量不同。 含15N的DNA比含14N的DNA密度更大。 离心技术 密度梯度离心技术 预测试管中DNA条带出现位置： 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 思考：条带的宽窄表示什么？ 表示DNA的含量的多少 重带 中带 轻带 梅塞尔森 斯塔尔 1958年 大肠杆菌 同位素标记技术 密度梯度离心法 二. DNA半保留复制的实验证据 15 二. DNA半保留复制的实验证据 科学家：梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了一个巧妙的实验 用含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。 15NH4Cl 14N/ 14N-DNA 繁殖若干代 15N/ 15N-DNA 目的？ 15N/ 15N-DNA 14NH4Cl 再分裂一次 分裂一次 提取DNA离心 提取DNA离心 DNA复制一次 DNA再复制一次 得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记 大肠杆菌 演绎推理—假设是半保留复制 15N/ 15N-DNA 15N/ 14N-DNA 14N/ 15N-DNA 15N/ 14N 14N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 14N 亲代 子一代 全部位于 重带 全部位于 中带 1/2位于轻带 1/2位于中带 离心 离心 离心 DNA 复制一次 子二代 DNA 复制一次 15N/ 15N 14N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 15N 演绎推理—假设是全保留复制 15N/ 15N-DNA 15N/ 15N-DNA 14N/ 14N-DNA 15N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 14N 14N/ 14N 亲代 子一代 全部位于 重带 1/2位于轻带 1/2位于重带 3/4位于轻带 1/4位于重带 离心 离心 离心 DNA 复制一次 子二代 DNA 复制一次 15N/ 15N 14N/ 14N 15N/ 15N 14N/ 14N 15N/ 15N 演绎推理—假设是分散复制 15N/ 15N-DNA 15N/ 14N-DNA 15N/ 14N-DNA 15N/ 14N 14N/ 14N 14N/ 14N 14N/ 14N 亲代 子一代 全部位于 重带 全部位于 中带 离心 离心 离心 DNA 复制一次 子二代 DNA 复制一次 15N/ 15N 14N/ 15N 14N/ 15N 全部位于 中带 亲 代 子一代 子二代 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 实验验证 15N 14N 14N 15N/ 15N-DNA 15N/ 14N-DNA 14N/ 14N-DNA 15N/ 14N-DNA 出现3处DNA条带 分散 结论：证明DNA的复制是半保留复制 亲 代 子一代 子二代 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 实验验证 15N 14N 14N 15N/ 15N-DNA 15N/ 14N-DNA 14N/ 14N-DNA 15N/ 14N-DNA 得出结论 发现问题 提出假说 演绎推理 实验验证 科学研究的方法——假说演绎法 半保留复制、全保留复制、分散复制 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 结论：DNA复制是半保留复制 DNA是如何复制的? 证明DNA半保留复制的实验 物理、化学技术对生物学研究具有重要意义！ 二、DNA半保留复制的实验证据 三、DNA复制的过程 四、DNA复制中的有关计算 动动手：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 （标出每条链是15N还是14N） 亲 代 第一代 第二代 第三代 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 无论DNA复制多少次，含有15N-DNA分子永远只有　　个 两　　　 21 22 23 亲代DNA分子经n次复制后，则 ①子代DNA分子数： ②含亲代母链的DNA分子数： ④不含亲代母链的DNA分子数： 2n个 2个 2n-2个 ⑤含亲代母链的DNA分子数与子代DNA 分子数之比为： 2/ 2n ③只含亲代母链的DNA分子数： 0个 1、DNA分子数 四、DNA复制中的有关计算 亲代DNA分子经 n 次复制后，则 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 2、脱氧核苷酸链数 四、DNA复制中的有关计算 若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则 m（ 2n-1） （1）则经过n次复制共需要消耗该脱氧 核苷酸个数为： （2）第n次复制需要消耗该脱氧核苷酸 个数为： m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1 “DNA复制了n次”PK“第n次复制” 碱基是“对”PK“个” “DNA分子数”PK“链数”， “含”PK“只含” 易错点拔 3、消耗的脱氧核苷酸数 四、DNA复制中的有关计算 课堂检测 (1)沃森和克里克以大肠杆菌为材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制(　　) (2)证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法(　　) × √ 课堂检测 [例2] 一个双链DNA，在复制过程中解旋时，由于某种原因，一条链上的一个“A”变成了“T”，则该DNA经n次复制后，发生差错的DNA占DNA总数的(　　) A.1/2 B.1/n C.1/2n D.1/4n [例1] 把培养在含轻氮(15N)环境中的细菌，转移到含重氮(14N)环境中培养，连续复制两轮的时间后，离心分离其DNA，结果应如图(　　) A A 利用3min时间，阅读课本55~56页，思考下列问题。 1.DNA复制的概念是什么?时间？场所？ 2.DNA复制过程怎么进行? 3.DNA复制过程需要哪些条件? 4.DNA复制过程有何特点? 5.DNA复制有何生物学意义? 三、DNA复制的过程 三、DNA复制的过程 指以 为模板合成 的过程。 真核细胞： 主要在 中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制； 原核细胞： 主要在 中，在质粒处也有DNA的复制。 细胞分裂前的 ， 随着染色体的复制而完成。( 的间期、 的间期) 亲代DNA 子代DNA 细胞核 拟核 1、概念： 2、DNA复制场所 3、发生时期（真核生物） 间期 有丝分裂前 减数分裂前 病毒： 。 在宿主细胞 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 问题1：是什么物质将DNA双螺旋打开？ 解旋酶 问题2：为什么这种物质可将DNA双螺旋打开？ 解旋酶可断开氢键 三、DNA复制的过程 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 形成氢键 （2）合成子链 注：氢键形成不需酶和能量 三、DNA复制的过程 在DNA聚合酶催化下单个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 DNA聚合酶形成磷酸二酯键 （2）合成子链 合成方向： 子链的5'端→ 3'端 三、DNA复制的过程 问题3：子链的合成是以什么为模板 问题4：子链的合成需要什么原料？ 问题5：子链的合成遵循哪一原则？ 问题6：将单个脱氧核苷酸连接起来依靠哪一物质？ 问题7：DNA的两条链是完全打开后，才开始合成子链吗？ 母链（亲代DNA的两条链） 4种游离的脱氧核苷酸 碱基互补配对原则 DNA聚合酶 边解旋边复制 三、DNA复制的过程 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 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' 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 （3）合成子代DNA 方向：子链5’到3’双向复制 三、DNA复制的过程 新合成的子链 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA解旋酶 游离的脱氧核苷酸 解旋 合成子链 重新螺旋 细胞提供ATP 需要解旋酶的作用 结果：氢键断裂，双链打开 解开的每一条母链 四种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 碱基互补配对原则 5′端至3′端 每条新链和对应的模板链盘绕成双螺旋结构 方向： 原则： 酶 ： 原料： 模板： 4、过程与条件 （断裂氢键） （形成磷酸二酯键） （形成磷酸二酯键） 三、DNA复制的过程 边解旋边复制 半保留复制 （1）DNA分子独特的 结构，为复制提供了精确的模板； （2） 原则，保证了复制能够准确地进行。 将 从亲代传给子代，从而保持遗传信息的 。 5、复制特点 7、DNA能够精确复制的原因 9、复制的意义 你认为DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？ 会出错，可能导致基因突变，引起生物体性状的改变。 双螺旋 碱基互补配对 遗传信息 连续性 6、遵循的原则 碱基互补配对原则 8、复制的结果 一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。 三、DNA复制的过程 1、DNA分子两条子链的合成方向都是5'→3'。 2、加热可使DNA分子变性，双链打开；降温后DNA双链又会重新形成 3、真核生物DNA多起点、双向复制，可明显缩短复制时间，提高效率 原核生物DNA复制 单起点双向复制 多起点双向复制 真核生物DNA复制 复制泡 拓展 三、DNA复制的过程 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。 1个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子 从子链的5' 端向 3' 端延伸 DNA复制的过程 三、DNA复制的过程 43 1、如图为DNA分子复制的两个模型，请据图回答下列问题。 (1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中哪个部位？ (2)图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链碱基排列顺序相同？ a和c，b和d的碱基排列顺序相同。 解旋酶 DNA聚合酶 磷酸二酯键 氢键 2.参与 DNA 复制过程的酶主要有（       ） ①DNA 连接酶       ②解旋酶       ③RNA 聚合酶      ④DNA 聚合酶 A．①③ B．②④ C．③④ D．①②③④ B 3.下列有关DNA复制的叙述，错误的是(　　) A.DNA复制可发生在真核细胞有丝分裂前的间期 B.DNA复制时所需要的原料是脱氧核苷酸，且消耗ATP C.DNA复制时，以DNA的一条链作为模板先后合成两条子链 D.DNA通过复制保持了亲代和子代细胞中遗传信息的连续性 C 课堂检测 下图是DNA的复制图解，请据图回答下列问题。 (1)将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧 核苷酸培养液中，连续分裂4次，问含14N的DNA细胞占 总细胞数的_____。含15N的DNA细胞占总细胞数的______。 (2)已知原来DNA中有100个碱基对，其中A40个， 则复制4次，在复制过程中将需要__________个游离的 胞嘧啶脱氧核苷酸参加。 100% 12.5% 900 典型例题 课堂检测 (2023·泰安月考)一个双链均被32P标记的DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是 A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104 B．复制过程需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 C．含有放射性的子代DNA分子的两条链都有放射性 D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3 C 四、有丝分裂染色体的标记情况 （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。 （2）2条染色体 ① ② ③ ④ ①②组合有 个子细胞带有标记 ①④组合有 个子细胞带有标记 ③④组合有 个子细胞带有标记 2 3 4 四、有丝分裂染色体的标记情况 ① ② ③ ④ （2）2条染色体 规律：复制一次，子细胞中每条染色体都带有标记； 复制两次，4个子细胞带有标记的有2、3、4个三种情况。 四、有丝分裂染色体的标记情况 如果是2n条染色体，4个子细胞带有标记情况如何？ ① ② ③ ④ 2或3或4 四、有丝分裂染色体的标记情况 如果是2n条染色体，4个子细胞中被标记的染色体最多（或最少）有多少条？ ① ② ③ ④ 0~2n 四、有丝分裂染色体的标记情况 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 四、有丝分裂染色体的标记情况 假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后培养在含14N的培养基中，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为 A.1 B.2 C.4 D.3 √ 根据DNA分子复制的过程可知，模板链是含15N的DNA链，原料是含14N的脱氧核苷酸，复制一次后，每个DNA分子都是一条链含有15N，另一条链含有14N，因此在减数分裂产生的四个精子中，每一个精子中的DNA组成都是一条链含15N，另一条链含14N，所以减数分裂形成的四个精子中所有的DNA均含有15N，C正确。 四、有丝分裂染色体的标记情况 (2022·吉林通化高一期中)如图A点时用32P标记果蝇精原细胞所有DNA的双链，然后置于只含31P的培养液中培养，发生了a、b连续两个分裂过程。下列相关叙述，正确的是 A.CD段细胞中一定有2条Y染色体 B.GH段细胞中可能有两条Y染色体 C.GH段细胞中含32P的染色体一定有8条 D.IJ段细胞中含32P的染色体可能有8条 √ 四、有丝分裂染色体的标记情况 基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体的关系 脱氧核苷酸 基因 DNA 染色体 每条染色体上含有一个或两个DNA分子 染色体是DNA的主要载体 是主要的遗传物质 基因是有遗传效应的DNA片段 每个DNA分子含有许多个基因 基因在染色体上呈线性排列 是遗传物质的结构和功能单位 基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息 每个基因中含有许多脱氧核苷酸 细胞 细胞核 染色体 DNA 基因A 基因B 基因C 基因D $$