2025届高三生物一轮复习课件第18讲 DNA的复制

第18讲 DNA的复制 一、对DNA复制的推测 1. 最早提出的DNA复制模型有三种： 全保留复制、半保留复制和弥散复制 2. 全保留复制：新复制出的分 子直接形成，完全没有旧的部分。 3. 半保留复制：形成的分 子一半是新的，一半是旧的。 半保留复制：新合成的每个DNA都保留原来DNA分子的一条链 A T A T GC T A AG G T 复制 G C C C G C G 模板链 子链 子链 模板链 那么DNA究竟是那一种复制方式呢？ C A G T G C T A C G T G C A C G T G C A （母链） （母链） A T 全保留复制： TA TA ? T A C 一个子代DNA全部保留亲代DNA的两条链， G C TA 另一个子代DNA的两条链全是新合成的 A T A T A T C G G C TA G C TA A T C G A T C G G C TA G C TA A T C G 3. 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。 > 乡 乡 子代DNA 亲代DNA 复制一次 2.DNA复制方式的实验证据 (1)实验者：美国生物学家梅塞尔森和 斯塔尔 。 (2)研究方法：假说—演绎法 。 (3)实验材料：大肠杆菌。 (4)实验技术： 同位素标记技术和离心技术。 (5)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链 含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。 (6)实验假设：DNA以半保留的方式复制。 你觉得这两种DNA最大的区别是什么? 分子质量 如何依据两种DNA分子质量不同这一特点来区分两种DNA? 密度梯 轻DNA 中DNA 14N 1N 14N 15N 同位素标记 14N 15N 重DNA 15N 15N 一代 二代 次 提取DNA 离心 细胞分裂两 次 离心 大肠杆菌 提取DNA 14NH4Cl培养液 细胞分裂一 15NH4Cl培养液离心 所以DNA的复制的确是半保留 重带 中带 半保留复制 15N/15N-DNA 提取DNA 第 第 ½轻带 1/2中带 全 3.DNA分子复制的过程 概念：是指以亲代DNA两条链为模板合成子代DNA的过程。 时间：有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期 无丝分裂之前 场所：主要在：细胞核 其次在：细胞质的线粒体、叶绿体等部位 解旋 解旋酶催化（氢键断裂） 模板 以DNA的两条链为模板 同时进行(边解旋边复制） 复制 以母链为模板进行碱基配对 （在DNA聚合酶的催化下，利用 游离的脱氧核苷酸进行） 母链（旧链） 子链（新链） 子代DNA 组成 3.DNA分子复制的过程 解旋酶 1.解旋 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。 DNA聚合酶 5, 3, 母链(模板链) 子链(新合成的链) 3, 2.合成 以两条母链为模板，4种脱氧核苷酸为原 一条母链和一条子链盘绕成为一个新的DNA分子。 料，按碱基互补配对原则合成为两条新的子链。 四种脱 氧核苷酸 \ 3.DNA分子复制的过程 3.复旋 5, 3, 3, 5, 5, 3’ 3’ 后随链 前导链 5’ 3’ 3’ 5’ 冈崎片段 5’ 4.DNA分子复制的特点 边解旋边复制 复制可以朝一个方向，也可以向两个方 向进行，后者更为常见。真核生物有多个复制起始点 半保留式复制在子代双链中，有一条是亲代原有的链， 另一条则是新合成的。 5.DNA分子复制的条件 模板：（亲代DNA分子的）两条母链 原料： 细胞中游离的4种脱氧核苷酸 能量：ATP 酶： 解旋酶、DNA聚合酶等 .DNA准确复制的原因： (1) 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复制能够准确进行。 7. DNA复制的意义： DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给 了子代，从而使生物前后代保持了遗传信息的连 续性。 DNA分子半保留式复制的证明 [资料] 电子显微镜在生物学上的广泛应用，为许多亚显微水平的研究提 供了充分的证据。电镜下可清晰地观察到DNA复制过程中出现复制环。 结论：DNA的复 制是以半保留方 式进行的。 电镜下DNA复制的瞬间 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。 真核生物与原核生物DNA复制的区别 原核生物 DNA 的复 制只有一个复制起点。 拓展 滚环复制过程 3.(2021·辽宁,4,2分,难度★)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述， 正确的是 ( ) A.子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3'端 B.子链的合成过程不需要引物参与 C.DNA每条链的5'端是羟基末端 D.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链 解析 本题考查DNA分子的复制。子链延伸时按5'→3'方向合成,故游离的脱氧核苷酸 添加到3'端,A项正确;子链的合成过程需要引物参与,B项错误;DNA每条链的5'端是磷 酸基团末端,3'端是羟基末端,C项错误;解旋酶的作用是打开DNA双链,D项错误。 复制N代 DNA分子数= 2n 脱氧核苷酸链数=2n+1 母链数= 2 子链数= 2n+1 -2 含母链（ 15N ）的DNA分子数= 2 只含母链（ 15N ）的DNA分子数= 0 含子链（ 14N ）的DNA分子数= 2n 15N 只含子链（ 14N ）的DNA分子数= 2n -2 8.解题技巧训练 (1)将大肠杆菌（DNA种含15N ）放在含14N的培养液培养，繁殖两代 Il 15N 15N 15N 14N 14N 一代 二代 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 亲代 8.解题技巧训练 (2)若亲代DNA分子中含有某种碱基m个，经过n次复制需要游离的该碱基为 多少个？ 亲代 一代 二代 N代 2×m - m 4×m - m 2n ×m - m 含有m 需要 需要 需要 二代 N代 第n次需要 (2n ×m - m) - (2n-1 ×m - m) = 2n-1 ×m 8.解题技巧训练 (3)若亲代DNA分子中含有某种碱基m个，第n次复制需要游离的该碱基为多 少个？ 亲代 一代 含有m DNA复制的相关计算： 1. DNA分子数的计算 如果用3H标记一个细菌的DNA分子， 然后把这个细菌放在不含3H的 培养基中培养， 当细菌繁殖到第10代时，含3H标记的细菌数量将为 A ．1个 B ．2个 C ．102/2个 D ．102/2 －1个 B 子代DNA分子数= 2n个 含有亲代DNA链的子代DNA分子= 2个 不含亲代DNA链的子代DNA分子数= 2n - 2个 2. 脱氧核苷酸链数的计算 用15N标记细菌中的DNA，然后将细菌接种在含14N的培养基中，于是该细 菌便用14N来合成DNA，假设细菌连续分裂三次产生了八个新个体，它们 子代DNA分子中脱氧核苷酸链总数= 2n+1条 亲代脱氧核苷酸链数= 2条 新合成的脱氧核苷酸链数= 2n+1 - 2条 DNA中的含14N的链与15N的链的比例是 A 、7： 1 B 、2： 1 C、 1： 1 D、3： 1 A 含有14N的DNA分子？ 仅含14N的DNA分子？ 3.消耗的脱氧核苷酸数目的计算 若某DNA分子中含有胸腺嘧啶200个，则该DNA分子连续复制两次 共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是 A 300个 B 400个 C 600个 D 1200个 m· (2n—1) 复制的第n次呢? m (2n—2n-l) m · 2n-l C 用15N标记1对同源染色体上的 2个DNA分子 每条同源染色体上的 每条染色体单体均带有标记 分裂形成2个子细胞， 每个子细胞中的每条 染色体均带有标记 第 一 次 有 丝 分 裂 (4)与细胞分裂相关的计算 （绘图法） ①有丝分裂 ③ ① ② ①有1/2的子细胞 带有标记 ②③有3/4 的子细胞 带有标记 ④全部子细胞 带有标记 ④ 第 二 次 有 丝 分 裂 分裂形成4个子细胞， 子细胞类型有4种组合方式 ①有丝分裂 同源染色体分离 姐妹染色单体分离 分裂形成4个子细胞， 全部子细胞中的每条染色体均带有标记。 15N标记1对同源染色体上 的两个DNA分子 DNA的复制 ②减数分裂 4.(2021浙江)含有100个碱基对的一个DNA分子片段， 其中一条链的 A+T占40%， 它的互补链中G与T分别占22%和18%， 如果连续复制2次， 则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为 ( B ) A.240个 B. 180个 C. 114个 D.90个 解析 本题考查DNA分子复制过程中碱基数目计算。由题目信息知,该DNA 分子共有100个碱基对,即有200个碱基,其中一条链的A+T占40%,则该双 链DNA分子中A+T也占40%,故双链DNA分子中G+C=60%,又因为双链DNA分 子中G=C,可算出每个DNA分子中含有的C为60个;该DNA分子复制两次,共 得到4个DNA,新合成了3个DNA,故需要的游离胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数 目是60×3=180,B项符合题意。 5.(2021浙江)在DNA复制时， 5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料， 与腺嘌呤配对， 掺入新合成的子链。 用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色， DNA分子的双链都含 有BrdU的染色单体呈浅蓝色， 只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。 现将植物根 尖放在含有BrdU的培养液中培养， 取根尖用Giemsa染料染色后， 观察分生区细胞分裂 中期染色体的着色情况。 下列推测错误的是( ) A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色 B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同 C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4 D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后， 还能观察到深蓝色的染色单体 8.(2019浙江)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时， BrdU会取代胸苷掺入到新合 成的链中， 形成BrdU标记链。 当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色， 发现 含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光， 含全标记DNA(两条链均被 标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。 若将一个细胞置于含BrdU的培养液中 ， 培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。 下列推测错误的是 ( ) A. 1/2的染色体荧光被抑制 B. 1/4的染色单体发出明亮荧光 C.全部DNA分子被BrdU标记 D.3/4的DNA单链被BrdU标记 (1)研究DNA复制的常用方法： 同位素标记法和离心法， 常用的标记元素为3 H、 15N、 32P， 通过离心后标记元素出现在试管中不同的位置。 (2)DNA复制的准确性 ①一般情况下， DNA的双螺旋结构和碱基互补配对原则能使DNA准确地进行复制。 ②特殊情况下， 在外界因素和生物内部因素的作用下， 可能造成碱基配对发生差 错， 引起基因突变。 (3)影响DNA复制的外界条件 知识延伸 1． 同位素标记法在高中生物学实验中的应用 (1)探究光合作用中元素(原子)的转移 ①美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2 O和CO2 ， 证明光合作用释放的氧 气全部来自水。 ②卡尔文等用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用， 追踪检测其放射性， 探明 了CO2 中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。 (2)证明DNA是遗传物质 赫尔希和蔡斯分别用放射性同位素标记蛋白质和DNA的特征元素， 即用32P标记 噬菌体的DNA， 用35S标记噬菌体的蛋白质， 证明DNA是噬菌体的遗传物质。 题型巩固： 同位素标记法 (3)研究分泌蛋白的合成和运输 用3 H标记亮氨酸， 研究分泌蛋白在细胞中的合成、 运输与分泌途径， 证明分泌 蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后， 按照内质网→高尔基体→细胞膜的方 向运输， 从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。 (4)证明DNA分子进行半保留复制 用含有15N标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌， 让大肠杆菌繁殖几代， 再将大肠 杆菌转移到14N的普通培养液中培养， 然后在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA ， 再通过密度梯度离心来区别亲代与子代DNA， 从而证明DNA的复制是以半保留的方 式进行的。 (5)研究生长素的极性运输 证明植物生长素的极性运输时， 用同位素14C标记茎形态学上端的生长素(吲哚 乙酸)， 可在茎的形态学下端检测到放射性同位素14C， 而标记茎形态学下端的生长 素， 在茎的形态学上端检测不到放射性同位素14C， 说明植物生长素只能从形态学上 端运输到形态学下端。 2． 与荧光标记法的区别 (1)常用的荧光蛋白有绿色和红色两种 ①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质， 蓝光 或近紫外光照射， 发射绿色荧光。 ②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫， 是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白， 在紫 外光的照射下可发射红色荧光。 (2)运用到荧光标记法的实验 “细胞融合实验”： 这一实验证明了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。 “基因在染色体上的实验证据 ”： 通过现代分子生物学技术， 运用荧光标记的 手段， 直接观察到某一基因在染色体上的位置。 谢谢！ $$