3.3 DNA的复制 课件-2025-2026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复制，系统涵盖复制过程、半保留复制的实验证据及相关计算，通过前情回顾科学家贡献、问题探讨沃森和克里克假说、烈士寻亲实例导入，搭建知识支架连接前后内容。 其亮点在于运用假说—演绎法（科学思维）分析实验证据，结合同位素标记实验（探究实践）培养学生证据推理能力，融入烈士寻亲等实际问题渗透社会责任（态度责任）。计算部分含规律总结与例题，学生能深化理解，教师使用可提升教学效率。

第3节 DNA的复制 少量DNA ↓ 足量DNA 怎么为烈士 寻找亲属？ DNA的复制 科学家们 了解到了：DNA是4种脱氧核苷酸为单位链接的长链 威尔金斯 富兰克林 利用X射线衍射技术获得了DNA衍射图谱。 沃森、克里克 基于资料理论，进行研究并最终提出：DNA双螺旋结构 DNA的复制 ? 前情回顾：名人榜 查哥夫 发现DNA中碱基，A与T的数量相等，C与G的数量相等。 P53问题探讨 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” 《核酸的分子结构》论文节选 1.复制机制可能是怎样的？ 2.为什么用“可能”？反映科学研究的什么特点？ 碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系,暗示DNA的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链,然后通过碱基互补配对合成互补链。 ①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。 ②严谨性。 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P53： 半 保 留 复 制 DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。 内容 新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。 结果 一、对DNA复制的推测 2.科学家们产生不同观点： 半 保 留 复 制 分 散复制 全保 留 复 制 分散复制：指镶嵌型的复制，即在子代 DNA 两条链中，母链和子链片段镶嵌存在，也叫弥散复制。 全保留复制：指DNA复制以DNAD双链为模版，子代DNA的双链都是新合成的。 二、半保留复制的实验证据 设计实验验证假设：半保留复制/全保留复制/分散复制 问题2： 如果用同位素进行标记,可标记什么元素? 1）如何设计实验？ 同位素标记技术 （科学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料） 可标记C、H、O、N、P等元素 15N 14N （N元素稳定、易于标记、操作简单） 学习探索：阅读教材P53-54并回答问题 问题1： 如何区分亲代DNA分子的母链和新合成DNA的子链 P54背景知识 14N和15N是N的两种稳定的同位素，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_____，意味着更重。因此，利用 技术可以在试管中分离开含有不同氮元素的DNA。 大 二、半保留复制的实验证据 二、半保留复制的实验证据 CsCl溶液超速离心时,会在离心管中形成一个连续的密度梯度,溶液密度在底部最高,顶部最低。如果DNA分子溶解其中,DNA就会悬浮在与__________的部位。然后用紫外光照射后，管中就会显示出不同密度的DNA条带。 问题3： 如何检测带有不同标记的DNA？ 重带 中带 轻带 密度低 密度高 等密度 密度梯度离心法 离心 高速离心时,CsCl溶液形成密度梯度,靠管口的密度低,靠管底的密度高.DNA分子有大小,分子量大的就在密度高处（此处浮力大,用物理上的重力=浮力来理解）,分子量小的在密度低处.不同的分子量的DNA呆在不同段. 9 科学家先用含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_____标记的。 15N 15N/15N-DNA 提取DNA 离心 转移到含14NH4Cl的培养液中 第 一 代 提取DNA 离心 第 二 代 提取DNA 离心 按照DNA复制的三种假说，则亲代、子一代、子二代的两条链分别含有哪种N元素？并预测离心后试管中DNA的位置。 学习探索：思考并预测DNA的位置 二、半保留复制的实验证据 10 预期实验结果：第一代 半保留复制 全保留复制 分散复制 15N+14N 15N+14N 15N+15N 14N+14N 单链组合 预期离心结果 （15N+14N） 2 （15N+14N） 2 + 中带 中带 重带+轻带 （15N+14N） 2 （15N+14N） 2 + 预期实验结果：第二代 14N单链 15N单链 半保留复制 分散复制 15N+14N 14N+14N 14N+14N 15N+14N 单链组合 预期离心结果 中带和轻带 轻中带之间 （15N+3×14N） 4 + （15N+3×14N） 4 （15N+3×14N） 4 + （15N+3×14N） 4 全保留复制 15N+15N 14N+14N 14N+14N 14N+14N 重带和轻带 若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代分别出现几条带，位置如何？ 第一代和第二代都只有1条带，第一代的条带位置居中，第二代的条带比第一代偏上。 15N/15N-DNA 提取DNA 离心 第 二 代 提取DNA 离心 第 一 代 提取DNA 离心 科学家先用含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_____标记的。 15N 转移到含14NH4Cl的培养液中 二、半保留复制的实验证据 P55实验结果证明： 大肠杆菌DNA的复制是以 的方式进行的。 重带 中带 1/2轻带1/2中带 P F1 F2 半保留 14 2.(2022⋅海南卷)科学家曾提出 <m></m> 复制方式的三种假说:全保留复制、半保留复制和分散复制（图1）。对此假说,科学家以大肠杆菌为实验材料,进行了如下实验（图2）: 图1 图2 下列有关叙述正确的是( ) A.第一代细菌 <m></m> 离心后,试管中出现1条中带,说明 <m></m> 复制方式一定是半保留复制 B.第二代细菌 <m></m> 离心后,试管中出现1条中带和1条轻带,说明 <m></m> 复制方式一定是全保留复制 C.结合第一代和第二代细菌 <m></m> 的离心结果,说明 <m></m> 复制方式一定是分散复制 D.若 <m></m> 复制方式是半保留复制,继续培养至第三代,细菌 <m></m> 离心后试管 中会出现1条中带和1条轻带 D （大本练习册P54·2） 15 提出假说 演绎推理 实验验证 2、推测可能的复制方式 3、推理不同复制方式下得到子代DNA的可能情况，预测实验结果 结论：DNA复制是半保留复制 1、DNA的是如何复制的? 发现问题 半保留复制 全保留复制 分散复制 假说—演绎法 DNA复制方式的探究历程 4、证明DNA半保留复制的实验（密度梯度离心） 三、DNA复制的过程 带着问题阅读教材： 1.DNA复制的概念? 2.DNA复制的时间、场所、条件？ 3.（重点）DNA复制的过程? 学习探索：阅读教材55-56页，并理解DNA复制的过程 17 以 为模板合成 的过程。 DNA复制时期： ★DNA复制的过程? DNA复制概念： 在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成。 亲代DNA 子代DNA DNA复制场所： 主要发生在细胞核，少部分发生在线粒体和叶绿体中 DNA复制的过程 5 过程 19 三、DNA复制的过程(P55) 将DNA双螺旋的双链解开 1.解旋 2.合成子链 酶以解开的 为模板，以 为原料，按照 原则合成与母链互补的子链 3.形成DNA 子母链盘绕成 结构 解旋酶 每一条母链 DNA聚合 碱基互补配对 游离的4种脱氧核苷酸 （作用：破坏碱基间的氢键） 双螺旋 （作用：形成新的磷酸二酯键） 20 ①边解旋边复制 (从过程上看) ②半保留复制 (从结果上看) ①模板： ②原料： ③能量 ④ 酶： ⑤方向： 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP 形成两个完全相同的DNA分子 条件 结果 DNA复制的过程 特点 从子链的5' 端向 3' 端延伸 2．已知果蝇的基因组大小为1.8×108 bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的效率一般为50～100 bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。 多个复制起点，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 半保留复制 ② 边解旋边复制 ③ 多起点复制（真核生物） 请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因是什么？说明什么？ 特点 P56二、拓展应用2 SZ-LWH SZ-LWH SZ-LWH SZ-LWH DNA复制的起点和方向 (1)原核生物：单起点双向复制 (2)真核生物：多起点双向复制 在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。 核心●归纳 SZ-LWH SZ-LWH 4.女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为4 μm/min，但复制过程仅需40 min左右即可完成。这是因为DNA分子 A.边解旋边复制 B.复制起点多，分段进行复制 C.以半保留方式复制 D.一个复制点双向复制，使子链迅速延伸 解析　由题意可知，长为36 mm的DNA分子进行复制，如果只从一个位点开始，需要的时间是36 000/4＝9 000 (min)，而实际仅需40 min就可完成，由此可推测该DNA分子复制时有多个起点，即多个起点同时分段进行复制，B正确。 √ SZ-LWH SZ-LWH 跟踪训练 SZ-LWH SZ-LWH (1)DNA分子独特的 提供了精确的模板。 (2)通过 保证了复制的准确进行。 意义 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 。 DNA复制的过程 双螺旋结构 碱基互补配对 连续性 解旋 25 场 所 时 间 条 件 模 板 原 料 能 量 酶 碱基互补配对 特 点 方向 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP 细胞分裂前的间期 A-T、G-C 边解旋边复制、半保留复制、多起点复制 从子链的5' 端向 3' 端延伸 小 结 P56拓展应用1、虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错误？这些错误可能产生什么影响？ 可能有31.6×2×108÷109≈6个碱基发生错误， 产生的影响可能很大，也可能没有影响。 思考：DNA复制一定会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？ 会出错（频率较低），可能导致基因突变，引起生物体性状的改变。 27 一、概念检测 课本p56 1.DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。据此判断下列相关表述是否正确。 （1）DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。 （ ） （2）在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成。 （ ） × × 2.DNA的复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ） A. 复制均在细胞核内进行 B. 碱基互补配对原则保证了复制的准确性 C. 1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子 D. 游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链 B 叶绿体、线粒体、原核生物和DNA病毒无细胞核 2个 DNA聚合酶 DNA的复制发生在间期 28 当堂巩固 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，哪些链的碱基排列顺序是相同的？ （母链：b、c; 子链：a、d） 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 1.下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的是(　　) A．酶①和酶②均作用于氢键D B．该过程的模板链是a、d链 C．该过程中的c、d链结构相同 D．DNA的复制是半保留复制 习题巩固 图中酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶，前者作用于氢键，后者作用于磷酸二酯键，A项错误；该过程中a、b链为模板链，c、d链分别是以a、b链为模板合成的子链，B、C项错误；DNA的复制是半保留复制，D项正确。 解析： D [评价活动] 1．DNA复制时会发生碱基错配，细胞内的错配修复系统可以识别出正确的模板链，切除掉不正确的部分。图为DNA复制示意图，错配修复系统“识别”和“切除”的分别是(　　) A．Ⅰ　②　　　　 B．Ⅱ　① C．Ⅲ　② D．Ⅳ　① √ （大本练习册P54·1） 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 第3节　DNA的复制 3．下图为真核细胞DNA复制过程示意图。据图分析，下列相关叙述错误的是(　　) A．由图可知，DNA的复制方式是半保留复制 B．解旋酶能使DNA双链解开，且需要消耗ATP C．从图中可以看出合成2条子链的方向都 是从5′端到3′端 D．DNA聚合酶的作用位点为2条脱氧核苷酸链之间的氢键 √ （大本练习册P54·3） 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 第3节　DNA的复制 DNA复制相关计算（大本练习册P55“任务升华”） 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。 2n 2 0 2n－2 2n 取一个全部N被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基中培养(复制)n代 1 DNA分子数 无论DNA复制多少次，含有15N-DNA分子永远只有　　　个 两　　　 2 4 8 2n 33 3.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 一、概念检测 课本p56 34 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×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3次， 则含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例_____，只含14N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 2/16 =1/8 2 脱氧核苷酸链数 DNA复制相关计算 取一个全部N被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基中培养(复制)n代 3/4 35 2．将大肠杆菌置于含15N的培养基中培养一段时间，然后把DNA被15N完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N的普通培养基中培养，使其繁殖2代形成4个新个体，则它们的DNA中含14N的单链与含15N的单链的比是(　　) A．3∶1 B．2∶1 C．1∶1 D．7∶1 √ （大本练习册P55·2） 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 第3节　DNA的复制 （2）第1次复制需要 个该游离的脱氧核苷酸 第2次复制需要 个该游离的脱氧核苷酸 第n次复制需要 个该游离的脱氧核苷酸 取一个全部N被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基中培养(复制)n代，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个。 3 消耗的脱氧核苷酸数 DNA复制相关计算 （1）复制1次需 个该游离的脱氧核苷酸 复制2次需 个该游离的脱氧核苷酸 复制n次需要 个该游离的脱氧核苷酸 m 3m m (2n－1) m 2m m·2n－1 最开始是1条，现在是2n条，多了多少条？怎么来的？消耗量多少游离的脱氧核苷酸？ 上一代多少条，这一代多少条？多了多少条？怎么来的？ 37 DNA复制相关计算 第一 注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。 第二 第三 注意碱基的单位是“对”还是“个”。 在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸链的DNA分子仅有2个。 第四 注意问的是“DNA分子数”？还是“链数”？是“含”还是“只含”等关键词。 关于“DNA复制”的四点“注意” 38 DNA复制的相关计算 1．(2021·浙江卷)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(　　) A．240个　　　　 B．180个 C．114个 D．90个 √ （大本练习册P55·1） 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 第3节　DNA的复制 3．用一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个。下列叙述错误的是(　　) A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等 B．噬菌体DNA中含有(2m＋n)个氢键 C．该噬菌体繁殖4次，子代中只有14个含有31P D．噬菌体DNA第4次复制共需要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸 √ （大本练习册P55·3） 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 第3节　DNA的复制 1 有丝分裂中染色体标记问题 DNA复制与细胞中的染色体标记问题 取一个全部N被15N标记的DNA分子， 转移到含14N的培养基中培养(复制)2代 复制 . . 分裂1次 复制 复制 . . . . 分裂2次 分裂2次 培养一个细胞周期， 产生的子染色体都带有标记 培养2个细胞周期，产生的子染色体一半带有标记 41 2 减数分裂中染色体标记问题 DNA复制与细胞中的染色体标记问题 将含有15N的DNA转至含14N标记培养液中培养 复制 . . . . 减Ⅰ . . . . 减Ⅱ 减Ⅱ 减数分裂产生的子染色体都带有标记 42 SZ-LWH 课堂小结 SZ-LWH SZ-LWH SZ-LWH Lavf57.62.100 Lavf56.40.101 Tencent APD MTS $