3.3DNA的复制课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学课件聚焦DNA半保留复制，涵盖实验证据、过程及相关计算。通过“温故而知新”回顾DNA结构，结合沃森和克里克的推测设计问题链，搭建从结构到复制机制的认知支架，衔接自然。 其亮点在于以科学史为主线，用同位素标记与密度梯度离心实验，引导学生演绎推理区分三种复制方式，渗透科学思维；设置“假说—验证—结论”探究链，强化探究实践。含典型例题与计算模型，助学生深化理解，也为教师提供系统教学资源。

温故而知新 1.DNA是由 条单链组成的，这两条链按 方式盘旋成 结构。 2.DNA中的 和 交替连接，排列在 ，构成基本 ；碱基排列在 。 3.两条链上的碱基通过 连接成 ，并且碱基配对具有一定的规律： （腺嘌呤）一定与 （胸腺嘧啶）配对， （鸟嘌呤）一定与 （胞嘧啶）配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做 。 两 反向平行 双螺旋 脱氧核糖 磷酸 外侧 骨架 内侧 氢键 碱基对 A T G C 碱基互补配对原则 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。 问题探讨 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. 《核酸的分子结构》论文节选 本节聚焦 1.怎样证明DNA是半保留复制的？ 2.DNA的复制过程是怎样的？ 3.DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义？ 3.3 DNA的复制 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ ①沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说： (1)DNA复制时，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 ，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： 子代DNA双链一半是新的，一半是旧的 氢键 1、对DNA复制的推测 ②其他观点——全保留复制、分散复制 全保留复制 分散复制 特点：一全旧，一全新 特点：新旧都有，片段组合 以亲代DNA双链为模板合成两条DNA子链，子代DNA中母链重新结合形成一个DNA，两条新合成的子链彼此结合成一个DNA分子 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” 1、对DNA复制的推测 特点：一全旧，一全新 特点：新旧都有，片段组合 特点：双链一半新一半旧 半保留复制 全保留复制 分散复制 要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？ 通过实验区分亲代和子代的DNA 设法观察亲代DNA链在子代DNA中如何分布 到底哪种假说正确呢?怎样证明？ DNA是肉眼看不可见的，如何在实验中直观区分母链和子链？ 1、对DNA复制的推测 ①我们这里用什么区分母链和新链？ 颜色：母链为红色，子链为蓝色 ②真实DNA有没有颜色？有没有其他方法把他们区分？ 没有 放射性同位素标记法 ③放射性同位素有哪些还记得吗？ 放射性同位素： 14C 、32P 、3H 、35S 半保留复制 全保留复制 分散复制 ④怎么标记上放射性呢？ 比如可以把母链中的C标记上放射性，子链中没有 ⑤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 2、DNA半保留复制的实验证据 7 ⑥除了放射性外，母链和子链还有什么不同？ 母链上的C都为14C,子链中的C都为12C，相对分子质量不同，一条重，一条轻。 ⑦既然我们不需要放射性，用哪种同位素更好？ 稳定同位素 稳定同位素： 15N 、18O 半保留复制 全保留复制 分散复制 ⑧这些DNA有什么区别？ ⑨有什么方法可以把他们区分开吗？ 密度梯度离心 2、DNA半保留复制的实验证据 8 密度梯度离心技术 通过超离心机对某一介质（如氯化铯-CsCl）长时间加一个离心力，使其在离心管内从液面到底部出现一定的密度梯度。各组分会依其密度分布在与其自身密度相同的液层中。 差速离心法和密度梯度离心法的原理是否一致？ 差速离心法：根据颗粒大小和密度的不同存在的沉降速度差别，分级增加离心速率，从试样中依次分离出不同组分的方法。 2、DNA半保留复制的实验证据 梅塞尔森 斯塔尔 1958年 大肠杆菌 同位素标记技术、密度梯度离心技术 他们用到的同位素是14N和15N。 2、DNA半保留复制的实验证据 10 ①科学家采用大肠杆菌作为实验材料，有何优点？ 让亲代DNA的每一条链（母链）被15N标记 14NH4Cl为DNA子链合成提供原料，让新合成的子链DNA获得14N标记 繁殖速度快(20min一代） 阅读课本P54“证明DNA半保留复制实验”的实验过程，思考讨论下列问题： ②用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让其繁殖若干代，目的是什么？ ③将上述大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中，目的是什么？ ④如何将含有不同N元素的子代DNA分开呢？ 密度梯度离心 14N/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA 轻带 中带 重带 ⑤请运用演绎推理来分析实验过程， 完成上述实验预期，填写P54图中的方框。 2、DNA半保留复制的实验证据 11 演绎推理（预期实验结果）： 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 重带 1/2中带 中带 1/2轻带 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA 2、DNA半保留复制的实验证据 演绎推理（预期实验结果）： 如果DNA复制是全保留复制 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N—DNA 1/2轻带 1/2重带 3/4轻带 1/4重带 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 重带 2、DNA半保留复制的实验证据 演绎推理（预期实验结果）： 如果DNA复制是分散复制 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 15N/15N—DNA 重带 中带 15N/14N-DNA 中带 15N/14N-DNA 2、DNA半保留复制的实验证据 实验验证： 亲代大肠杆菌的DNA经离心后，试管中只出现了一条带，位置靠近试管的底部，说明其密度最大，是15N标记的亲代双链DNA(15N/15N-DNA) 将转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条带，但位置居中，说明其密度居中，是只有一条单链被15N标记的子代双链DNA(15N/14N-DNA) 科学家完成上述实验的结果是： 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？ 全保留复制 2、DNA半保留复制的实验证据 实验验证： 科学家完成上述实验的结果是： 第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中，为15N/14N-DNA，另一条带位置更靠上，说明其密度最小，是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA(14N/14N-DNA) 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 第二代出现两条DNA条带（轻带和中带），这个结果排除了哪种复制方式？ 分散复制 实验结论： DNA的复制是以半保留的方式进行的 半保留复制 2、DNA半保留复制的实验证据 提出问题 作出假说 演绎推理 实验验证 得出结论 假说—演绎法 推测可能的复制方式 DNA是如何复制的？ 根据复制方式，预测实验结果 实验结果与半保留复制的预期相符 DNA分子复制的方式是半保留复制 半保留复制 全保留复制 分散复制 总结 2、DNA半保留复制的实验证据 练．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入含14N的培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　) A．第一次分裂的子代DNA应为⑤ B．第二次分裂的子代DNA应为① C．第三次分裂的子代DNA应为③ D．亲代的DNA应为⑤ A 《学法大视野》P74应用提升 2、DNA半保留复制的实验证据 利用3min时间，阅读课本55~56页，思考下列问题。 ①DNA复制的概念是什么?时间？场所？ ②DNA复制过程怎么进行? ③DNA复制过程需要哪些条件? ④DNA复制过程有何特点? ⑤DNA复制有何生物学意义? 3、DNA复制的过程 指以 为模板合成 的过程 亲代DNA 子代DNA ①概念： 真核细胞： 主要在 中 但在 也有DNA的复制 原核细胞： 主要在 中，在______处也有DNA的复制 细胞核 拟核 ③场所： 病毒： 。 宿主细胞内 线粒体、叶绿体 细胞分裂前的 ( 的间期、 的间期)， 随着___________而完成 ②时间： 间期 有丝分裂前 减数分裂前 染色体复制 质粒 所有的真核细胞都存在核DNA复制吗？ 不一定。如哺乳动物成熟的红细胞、不分裂的细胞无 3、DNA复制的过程 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） 四种游离的脱氧核苷酸 3、DNA复制的过程 解旋酶 酶 5' 3' 3' 5' DNA聚合酶 5' 3' 前导链 5' 3' 冈崎片段 DNA连接酶 DNA聚合酶的底物： 脱氧核苷酸 DNA连接酶的底物： DNA片段 后随链 前导链与后随（滞后链）： 互补配对 知识拓展：DNA的半不连续复制 3、DNA复制的过程 22 练(2023·河北承德高一期中)DNA复制过程中，非复制区保持着亲代双链结构，复制区的双螺旋分开，形成两个子代双链，子代双链与亲代双链的相接区域称为复制叉。如图表示DNA复制的部分过程，下列相关叙述错误的是（ ） A.复制叉向前移动需要解旋酶参与 B.前导链与滞后链的复制方向均为 5′－端→3′－端 C.复制完成后，前导链与滞后链中的碱基序列相同 D.前导链的合成是连续的，滞后链的合成是不连续的 √ 3、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： ⑥DNA能够精确复制的原因： ⑧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？（P56拓展应用1） 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 ⑦复制的结果： 一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。 真核细胞中DNA复制的速率一般为50-100bp/s ，DNA复制效率高是因为半保留复制还是边解旋边复制？ 边解旋边复制 3、DNA复制的过程 下图是真核生物DNA复制的示意图,从图中你能归纳出哪些信息? （学法大视野P75深度思考5） 合作探究 （多个起点同时进行，但不是同时开始复制,最右边的最早） 多起点复制 边解旋边双向复制 意义：加快DNA复制的速率 原核生物：单起点双向复制 3、DNA复制的过程 练1.(2023·陕西宝鸡高一期中)如图为果蝇精原细胞的核DNA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。下列说法错误的是 A.果蝇DNA复制与染色体复制是分别独立进行的 B.图中所示的精原细胞应处于细胞分裂前的间期 C.复制泡的形成需要解旋酶和DNA聚合酶的参与 D.果蝇的DNA有多个复制起点有利于加快DNA复制的速率 √ 3、DNA复制的过程 练2.如图表示真核细胞DNA的复制过程，其中 有3个复制泡。下列叙述错误的是 A.DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点 B.解开DNA双螺旋结构需要细胞内ATP与解旋酶的参与 C.子链延伸过程中需要DNA聚合酶催化碱基间氢键的形成 D.图示复制方式可加快DNA的复制，但各起点可能不是同时开始的 √ 《学法大视野》P75典例2、对点练2 3、DNA复制的过程 练：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 3、DNA复制的过程 DNA复制的相关计算 亲代 1代 2代 3代 n代 (1)DNA分子数 ①子n代DNA分子总数为 个。 ②含15N的DNA分子数为 个。 ③含14N的DNA分子数为 个。 ④只含15N的DNA分子数为 个。 ⑤只含14N的DNA分子数为 个。 ⑥第n代复制增加的DNA分子数为______。 2n 2 0 2n－2 2n 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） 无论DNA复制多少次，含有母链的DNA分子永远只有2个！ 2n-1 3、DNA复制的过程 DNA复制的相关计算 亲代 1代 2代 3代 n代 (2)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝ 条。 ②亲代脱氧核苷酸链数＝ 条。 ③新合成的脱氧核苷酸链数＝ 条。 2 2n+1 2n+1－2 针对训练：有15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中复制三次，则含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例_____，含15N的链占全部DNA分子单链的比例是 ______。 1/4 1/8 3、DNA复制的过程 DNA复制的相关计算 亲代 1代 2代 3代 n代 (3)消耗的脱氧核苷酸数 ①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。 ②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。 m·（2n－1） m·2n－1 180 针对训练：具有100个碱基对的1个DNA分子片断，内含40个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为（ ）个。 3、DNA复制的过程 练2.把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养相当于复制一次的时间，然后放回原环境相当于连续复制两次的时间后，细菌DNA组成分析结果是(　　) A．3/4轻氮型、1/4中间型 B．1/4轻氮型、3/4中间型 C．1/2中间型、1/2重氮型 D．1/2轻氮型、1/2中间型 A 练1.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 3、DNA复制的过程 练3. 某双链DNA分子含1000个碱基对，其中一条链上所含碱基中A与T之和占60%， C占15%，该DNA分子连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸和鸟嘌呤脱氧核苷酸的个数分别为（    ） A．2400、 1600 B．1800、 1200 C．1200、 800 D．600、 400 B 练3.已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上 A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸2100个，则该DNA分子已经复制了(　　) A.3次 B.4次 C.5次 D.6次 A 易错提醒：“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” 3、DNA复制的过程 Lavf57.83.100 $