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 正常红细胞 镰状红细胞 课时3：DNA分子通过半保留方式进行复制 课时情境： 通过向珍妮进行输血治疗，即输入干细胞，通过在珍妮体内进行有丝分裂增殖，增殖产生的子细胞的遗传信息是否与亲代细胞相同？是什么保证了亲子代之间遗传信息的稳定传递？ 课时任务： DNA是如何实现精准复制和传递遗传信息的呢？ DNA的精准复制 2 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。 2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应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实验证据之上。 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. 《核酸的分子结构》论文节选 任务1：探索DNA复制可能的方式 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 半保留复制 + 特点：一模一样，一新一旧 1.半保留复制（沃森&克里克） 任务1：探索DNA复制可能的方式 4 2.全保留复制 以两条母链为模板合成两条DNA子链， 子代DNA中母链重新结合， 两条子链彼此结合成另一个子代DNA分子。 特点：一全新，一全旧 3.分散复制 亲代DNA双链被切成片段后合成， 然后子、母双链聚集成“杂种链”。 特点：新旧都有，随机组合 任务1：探索DNA复制可能的方式 提出问题 要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？ 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。 如何区分亲代和子代的DNA,又如何进行实验观察呢？ DNA以什么方式复制？ 做出假设 DNA以半保留方式复制（全保留、分散） 放射性同位素标记？ 任务1：探索DNA复制可能的方式 思考： 1、怎么标记上放射性呢？ 比如我们可以把原链中的C标记上放射性，子链中没有 2、放射性同位素标记法能区分开吗？ 不能，这种方法只能检查到整体有还是没有放射性，不能区分每一条链有无放射性 有放射性 有放射性 7 如何在实验中直观区分母链和子链？ 资料：15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，不含有放射性，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； 形成的不同密度的DNA分子应如何区分？ 密度梯度离心 利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA； （教材P53倒数段1；P54） 8 1.实验者： 2.实验材料： 3.实验方法 ： 美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 同位素标记技术 4.实验过程 ： 密度梯度离心 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 高密度带 中密度带 低密度带 15N 14N 15N 15N 14N 14N DNA半保留复制的实验证据 9 细胞分裂一次 15N/14N-DNA 提取DNA离心 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/14N-DNA 转移到含14NH4CI中 密度 低 高 提取DNA离心 提取DNA离心 第一代 第二代 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 14N 14N 14N 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA ①半保留复制 亲代 第一代 第二代 任务2：演绎推理，预测子代DNA类型 10 细胞分裂一次 提取DNA离心 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 转移到含14NH4CI中 密度 低 高 提取DNA离心 提取DNA离心 第一代 第二代 15N/15N-DNA 14N 14N 14N 14N/14N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 15N/15N-DNA 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA ②全保留复制 亲代 第一代 第二代 任务2：演绎推理，预测子代DNA类型 11 ③分散复制 任务2：演绎推理，预测子代DNA类型 实验结果与半保留复制推理结果相同。 DNA复制方式为半保留复制。 实验验证 得出结论 作出假设 演绎推理 实验验证 得出结论 1.DNA是如何复制的? 提出问题 2.DNA的复制是半保留复制 3.子代DNA可能的情况及如何设计实验验证这种现象 4.通过实验进行验证 假说 ∣演绎法 5.DNA以半保留的方式复制 DNA半保留复制的实验证据 1.概念：以 为模板合成 的过程。 2.发生时间： 。 3.场所： ①真核生物：主要在 内， 和 也可以进行。 ②原核生物：主要在 ，在质粒处也有DNA的复制。 ③DNA病毒：活的宿主细胞内 4.DNA复制的过程是怎样的？ 5.DNA复制的方向？ 6.DNA复制的结果？ 7.DNA复制的特点？ 8.DNA复制的条件？ 9.DNA复制遵循的原则？ 10.DNA能够准确复制的原因？ 11.DNA复制的意义？ 亲代DNA 子代DNA 细胞分裂前的间期 细胞核 线粒体 叶绿体 拟核 任务3：探索DNA复制的具体过程 15 任务3：探索DNA复制的具体过程 16 1.解旋 解旋酶 在解旋酶的作用下，双链螺旋的DNA打开氢键，解开成为两条单链，每条单链均作为模板合成新的DNA。 2.合成 DNA聚合酶 以两条母链为模板，4种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则合成为两条新的子链。 母链(模板链) 子链(新合成的链) 四种脱 氧核苷酸 3.复旋 一条母链和一条子链盘绕成为一个新的DNA分子。 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 过程： 17 6.DNA复制的结果？ 7.DNA复制的特点？ 边解旋边复制,半保留复制 8.DNA复制的条件？ C.酶： B.原料： 游离的四种脱氧核苷酸 A.模板： 亲代DNA的两条母链 D.能量： ATP等 解旋酶（打开氢键）、DNA聚合酶（形成磷酸二酯键） 5.DNA复制的方向？ 从子链的5' 端向 3' 端延伸 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子 9.DNA复制遵循的原则？ 碱基互补配对原则 10.DNA能够准确复制的原因？ 11.DNA复制的意义？ ①DNA独特的双螺旋结构提供精确的模板; ②通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。 DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保持了遗传信息的连续性。 ①模板：特定碱基序列 ②酶：识别，专一催化 ③原则：碱基互补配对 人体细胞某DNA的长度为200×10-9m，复制速度为5 ×10-9m/s，但经检测却发现此DNA的复制只需5s的时间。此事实说明什么？ 具多个复制起点。若共有4个复制起点，则又可说明什么？ 进行双向复制 知识拓展 右侧最先开始复制 拓展：真核生物与原核生物DNA复制的区别 真核生物 DNA 的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。 原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点。 21 具有互补碱基序列的DNA单链，可以通过碱基对之间形成氢键等，形成稳定的杂合双链区。不能互补的区域则会形成环。 杂合双链区的比例越大，则亲缘关系越近。 DNA分子杂交技术 教材P62 分析甲乙丙三种生物的亲缘关系 知识拓展 关键在于正确画出DNA复制2次的图示 如：将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，繁殖两代 14N 14N 亲代 14N 14N 15N 15N 一代 14N 15N 14N 15N 15N 15N 15N 15N 二代 汉水丑生侯伟作品 任务4：DNA复制的有关计算 23 活动探究一： 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 (含14N)分子数是多少？ ②含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数是多少？ ③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数是多少？ (2)脱氧核苷酸链数： ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数是多少？ ②亲代脱氧核苷酸链数(15N)是多少？ ③新合成的脱氧核苷酸链数(14N)是多少？ 任务4：DNA复制的有关计算 (1)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： 共产生子代DNA分子____个； 子代DNA分子中，含15N的DNA分子_____个； 子代DNA分子中，含14N的DNA分子_____个； 子代DNA分子中，只含15N的DNA分子_____个； 子代DNA分子中，只含14N的DNA分子______个； 2n 2 2n 0 2n - 2 任务4：DNA复制的有关计算 (1)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： 共产生脱氧核苷酸链 个； 含15N的脱氧核苷酸链 个； 含14N的脱氧核苷酸链 个； 2 2n+1 2n+1-2 任务4：DNA复制的有关计算 (2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数 ①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)。 ②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。 任务4：DNA复制的有关计算 DNA复制的推测 DNA复制实验证据 DNA复制 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：一条DNA带（底部） 第一代：一条DNA带（中间） 第二代：两条DNA带（中间、上部） DNA复制是半保留复制 解旋 合成子链 重新螺旋 模板 酶 能量 原料 DNA的两条链 四种脱氧核苷酸 边解旋边复制 解旋酶 DNA聚合酶 证明 参与 参与 易错判断　　用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养基中连续复制4次。 (1)含有15N的DNA分子占1/8。( ) (2)含有14N的DNA分子占7/8。( ) (3)含有14N的脱氧核苷酸单链为30条。( ) (4)复制结果共产生16个DNA分子。( ) √ × √ √ $$