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

必修二《遗传与进化》 第三章 基因的本质 3.3 DNA的复制 制作：Rosivy DNA是以4种__________为单位连接而成的长链，分别含有_____________4种碱基 脱氧核苷酸 A、T、G、C 威尔金斯和富兰克林提供____________ DNA衍射图谱 沃森和克里克推算出DNA分子呈_____结构 螺旋 尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋 被否定 验证 DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 构建DNA 模型 沃森和克里克 双螺旋结构 查哥夫提出DNA分子中A的量等于 ,C的量等于 。 修正、重建 T G 现存于伦敦科学博物馆 沃森（左）和克里克（右） 回顾：DNA的结构及其探索历程 回顾：DNA的结构及其探索历程 G A G G C C C T A T C C T G G A G 5' 3' 5' 3' （1）DNA由两条单链组成，这两条链按 反向平行方式盘旋成双螺旋结构 （2）DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接， 排列在外侧，构成基本骨架； 碱基排列在内侧; （3）两条链上的碱基通过 连接成 ，碱基配对具有一定规律： A和 配对，C 和 配对， 碱基之间一一对应的关系称为 。 氢键 碱基对 G T 碱基互补配对原则 回顾：DNA的结构特性 ①碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。 ①两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构 ②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架 ③内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对， 遵循碱基互补配对原则。 稳定性 多样性 思考:若一个DNA分子有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？ 44000 ①每种DNA分子具有特定的碱基排列顺序 特异性 新课导入 沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇短文结尾处写道：“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机制。” 他们接着发表了第二篇论文，提出了遗传物质自我复制的假说。 半保留复制 沃森和克里克：半保留复制 一、对DNA复制的推测 （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 二、探究DNA复制的方式 （1）半保留复制 （2）全保留复制 （3）分散复制 亲代DNA双链被切成片段后合成子链，然后子、母双链聚集成“杂链”。 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 1、实验目的： 探究DNA复制的方式 如何区分子代DNA单链的组合情况？ 资料：15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，二者相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的密度大； 同位素标记技术 全保留复制假说 分散复制假说 半保留复制假说 15N 14N 14N 14N 15N 14N P: F1: F2: 15N 15N 14N 14N 15N 14N 14N 14N P: F1: F2: 15N 15N 15N 15N 14N 14N 15N 15N 14N 14N 14N 14N P: F1: F2: 15N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 若将15N-DNA放在14N的环境中进行培养，则P、F1、F2的DNA分别含有哪种N元素？ 二、探究DNA复制的方式 15N 14N 14N 14N 15N 14N P: F1: F2: 15N 15N 14N 14N 15N 14N 14N 14N P: F1: F2: 15N 15N 15N 15N 14N 14N 15N 15N 14N 14N 14N 14N P: F1: F2: 15N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 思考：这些DNA有什么区别？ 密度不同 全保留复制假说 分散复制假说 半保留复制假说 二、探究DNA复制的方式 不同密度的DNA分子应如何区分？ 密度梯度离心 二、探究DNA复制的方式 对比：差速离心和密度梯度离心 差速离心：变速，利用不同大小的离心力将不同质量的物质分级分离。 密度梯度离心：定速，利用密度不同的介质使不同密度的分子停留在 相应位置。 全保留复制假说 分散复制假说 半保留复制假说 轻带 全保留复制假说 分散复制假说 半保留复制假说 轻带 二、探究DNA复制的方式 梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术， 设计了一个巧妙的实验来验证DNA的半保留复制。 P F1 F2 5、实验过程： 二、探究DNA复制的方式 二、DNA半保留复制的实验证据 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 亲代 子一代 DNA 复制一次 子二代 DNA 复制一次 15N/ 15N-DNA 15N/ 14N 14N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 14N 15N/ 14N 14N/ 15N 重带 中带 轻带 中带 排除 全保留复制 排除 分散复制 结论： DNA的复制是 半保留复制 通过子一代可排除哪种方式? DNA以什么方式复制？ ①半保留复制 ②全保留复制 ③分散复制 如果是……复制，则第1、2代离心后试管中DNA的位置…… P F1 F2 DNA的复制方式是半保留复制 假说演绎法 提出问题： 提出假说: 演绎推理： 实验验证： 实验结论： 三、DNA复制的过程 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 真核细胞：细胞核、线粒体、叶绿体； 原核细胞：拟核、细胞质（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 1、DNA复制的概念： 2、时间： 3、场所： （有丝、无丝、减数分裂前的间期） P55 三、DNA复制的过程 三、DNA复制的过程 解旋：在能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋解开 合成子链：DNA聚合酶以解开的每条母链为模板，以游离的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 复旋——随着解旋进行，子链不断延伸，每条新子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构 4、过程： 解旋酶 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 子链皆由5’向3’端进行延伸 解旋酶： 使氢键断开 DNA聚合酶 三、DNA复制的过程 4、过程： 注意：氢键的断裂需要酶和能量； 氢键的形成则不需; 断开氢键的方式有： 解旋酶、加热等 DNA聚合酶： 连接脱氧核苷酸单体 形成磷酸二酯键 前导链 后随链 冈崎片段 DNA连接酶 DNA连接酶： 连接DNA片段 19 TCTTGCTC AGAACGAG AGAACGAG TCTTGCTC AGAACGAG TCTTGCTC + ①2条母链碱基顺序是什么关系？ ②2条子链碱基顺序是什么关系？ ③新的2个DNA碱基顺序是什么关系？ 互补 互补 相同 1个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子 5.结果： 三、DNA复制的过程 ①边解旋边复制 (过程) ②半保留复制 (结果) ①模板： ②原料： ③能量： ④ 酶： 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶、 DNA连接酶 ATP 从子链的5' 端向 3' 端延伸 三、DNA复制的过程 6、条件： 7、特点： 8、方向： ③多起点双向复制 ④半不连续复制 P56 三、DNA复制的过程 ①DNA独特的双螺旋提供精确的模板 ②碱基互补配对原则保证了复制能够准确地进行。 9、准确复制的原因： 将遗传信息从亲代传给子代， 保持了遗传信息的连续性。 10、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？ 可能会出错，导致基因突变，引起生物体性状的改变。 P56 使得复制能在较短时间内完成 原核生物DNA复制 复制泡 真核生物DNA复制 拓展:真核生物和原核生物DNA复制的异同 边解旋边复制、双向复制 相同点： 单起点复制 多起点复制 不同点： 优化设计P100 时间 场所 原则 条件 模板 原料 能量 酶 特点 方向 意义 从子链的5’端向 3’ 端延伸 真核生物：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体 原核生物：拟核、细胞质（质粒） 病毒：宿主细胞中 碱基互补配对 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 主要由ATP水解提供 解旋酶、DNA聚合酶等 半保留；边解旋边复制；多起点双向复制；半不连续复制 保持遗传信息传递的连续性 细胞分裂前的间期 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？ a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？ 课堂小测 1．根据图1、图2思考下列问题： 酶1：解旋酶，作用于f 酶2：DNA聚合酶，作用于e a和c的相同，b和d相同 判断正误 (1)沃森和克里克以大肠杆菌为实验材料，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(　　) （步步高P62） × √ （步步高P63） B 1.某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是(　　) A．本活动运用了同位素标记技术和离心技术 B．a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的 C．b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N/15N－DNA D．实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制 2．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 （步步高P63） C 判断正误 (1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同(　　) (2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制(　　) (3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(　　) (4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中(　　) (5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键(　　) × × × × × （步步高P64） 3．(多选)如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是(　　) A．DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷酸，酶②催化碱基对之间的连接 B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的 C．解旋酶能使双链DNA解开，并且消耗ATP D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子 BC （步步高P65） C 4．未被32P标记的某DNA分子中含有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤300个， 以含32P的化合物为原料，DNA分子连续复制三次。下列有关叙述 错误的是(　　) A．所有子代DNA分子都含有32P B．子代DNA分子中，可能出现只有一条链含32P C．第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸4 900个 D．子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8 （步步高P65） 亲代DNA分子经n次复制后，则 ①子代DNA分子数： ②含15N的DNA分子数： ④不含15N的DNA分子数： 2n个 2个 2n-2个 ⑤含15N的DNA分子数与子代DNA 分子数之比为： 2/ 2n ③只含15N的DNA分子数： 0个 四、DNA的相关计算 ①子代DNA分子中 脱氧核苷酸链数： ② 含15N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 亲代DNA分子经n次复制后，则 四、DNA的相关计算 m（ 2n-1） （1）则经过n次复制共需要消耗 腺嘌呤脱氧核苷酸个数为： （2）第n次复制需要消耗腺嘌呤 脱氧核苷酸个数为： m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1 若DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，则 四、DNA的相关计算 $$