3.3DNA的复制 课件-2025-2026学年高一下学期必修2生物人教版(2019)

DNA的复制 第3节 第三章 基因的本质 学习目标 1.通过DNA的复制，认同生命的延续与发展观；理解遗传信息，认同DNA的遗传物质观。（生命观念） 2.分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。（科学思维) 3.通过对DNA复制方式的推测及对探究DNA复制方式实验的分析,再一次体会假说—演绎法。（社会责任） 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。 问题探讨 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. 1.科学方法：假说-演绎法 作出假说 演绎推理 实验验证 得出结论 提出问题 1、DNA的是如何复制的? 2、推测可能的复制方式 3、根据复制模式，预测实验结果 4、实验、得出结论、验证假说 一、对DNA复制的推测 4 ①半保留复制 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 形成的分子一半是新的，一半是旧的 亲代DNA 子代DNA 一、对DNA复制的推测 2.提出假说 5 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。 亲代DNA 子代DNA 一、对DNA复制的推测 2.提出假说 ①半保留复制 ②全保留复制 子一代 子二代 亲 代 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。 DNA是肉眼看不可见的，如何直观地区别母链和子链呢？ 一、对DNA复制的推测 3.演绎推理 7 思考1 如何在实验中直观区分母链和子链？ 同位素标记技术 大肠杆菌 同位素(15N)示踪 一、对DNA复制的推测 3.演绎推理 14N/14N-DNA 15N/14N-DNA 15N/15N-DNA 8 思考2 用什么方法可以将不同N原子标记的DNA区分开？ 14N和15N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同氮元素的DNA。 轻带 中带 重带 密度梯度离心 14N/14N-DNA 15N/14N-DNA 15N/15N-DNA 一、对DNA复制的推测 3.演绎推理 9 ①若为半保留复制置如下 一、对DNA复制的推测 3.演绎推理 ②若为全保留复制置如下 一、对DNA复制的推测 3.演绎推理 ③若为分散复制， 离心后的DNA分布位置如下 一、对DNA复制的推测 3.演绎推理 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 密度梯度离心 梅塞尔森 斯塔尔 离心后的结果 信息提示 二、DNA半保留复制的实验证据 13 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 15N/14N-DNA 重带 中带 轻带 中带 大肠杆菌在含15N的培养液中生长若干代 提取DNA，离心 密度低 高 转移到含14N的培养液中 第一代 提取DNA， 离心 第二代 细胞再分裂一次 细胞分裂一次 提取DNA， 离心 第一代结果： 排除全保留复制方式假说 第二代结果： 排除分散复制方式假说 结论： DNA复制方式为半保留复制 二、DNA半保留复制的实验证据 4.实验过程 ： 合作探究二：请同学们自主阅读教材P55-56，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1.什么叫做DNA的复制，其发生的时间以及场所为？ 2.DNA的复制过程主要包括哪几个步骤？ 3.DNA的复制过程需要哪些条件？ 4.DNA复制的方向及结果分别是？ 5.DNA的复制有何特点和意义？ 6.DNA准确复制的原因为？ 三、DNA复制的过程 细胞分裂前的间期（有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期） 2、时间： 3、场所: 真核生物： 1、概念： 指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。 原核生物： 细胞核（主要）其次：线粒体、叶绿体 拟核、细胞质（质粒） 病毒： 宿主细胞内 三、DNA复制的过程 16 T G 2 A 4 C T 3 A A T 1 思考： 1.DNA复制需要哪些基本条件？ 2.复制过程有何主要特点？ 3.复制形成的子代DNA和亲代DNA有何关系？ 三、DNA复制的过程 17 ⑴解旋：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A C G T A T A C G G C T A G C C G T A 3' 5' C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' ATP 解旋酶 三、DNA复制的过程 18 ⑵合成子链：以每一条母链为模板，以游离的将4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在DNA聚合酶的作用下合成与母链互补的1条子链 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T 形成氢键 三、DNA复制的过程 19 ⑵合成子链：以每一条母链为模板，以游离的将4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在DNA聚合酶的作用下合成与母链互补的1条子链 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T A C G C A A G C T A G T C A T T A DNA聚合酶 5' 3' T A T G C A T G A T C G A G C T T 5' 3' ATP ATP 合成方向： 子链的5’端→ 3’端 形成磷酸二酯键 三、DNA复制的过程 20 （3）复旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A A 3' 5' A C G C A A G C T A G T C A T T A T A T G C A T G A T C G A G C T T 5' 3' T A G C C G T A T A G C C G A T A T 3' 5' T T A C G C G T A T A T A T A 5' 3' 三、DNA复制的过程 21 解旋——在能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋解开 合成子链——DNA聚合酶以解开的每一条母链为模板，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 三、DNA复制的过程 5、条件: 6、原则: 7、特点: ③能量 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 边解旋边复制 (从过程上看) 半保留复制 (从结果上看) ①模板 ②原料 ④酶 碱基互补配对原则 加快复制速度，减少DNA突变可能 保证了复制的准确进行 从子链的5' 端向 3' 端延伸 8、方向: 三、DNA复制的过程 10、意义: DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。 9、DNA准确复制的原因 ①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。 ②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。 三、DNA复制的过程 DNA复制-拓展 1.多起点复制 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。 三、DNA复制的过程 DNA复制-拓展 2.双向复制 多数生物细胞内 DNA 的复制都是从固定的起点开始双向进行的。 三、DNA复制的过程 DNA复制-拓展 3.半不连续复制 由于DNA聚合酶具有专一性(子链从5′→3′延伸)，而 DNA的2条链是反向平行的，所以在复制时一条子链的合成是连续进行的，而另一条子链的合成是反向不连续进行的,由DNA连接酶将这些片段连成一条子链。 三、DNA复制的过程 ←→ 复制方向 单起点双向复制--原核生物 DNA复制-拓展 三、DNA复制的过程 DNA复制-拓展 三、DNA复制的过程 分子总数________ 只含15N的分子___________ 含15N 的分子__________ 只含14N的分子___________ 含14N的分子___________ 脱氧核苷酸链总数________ 含15N的链为_____________ 含14N的链为_____________ 2n 0 2 2n-2 2n+1 2 2n+1-2 2n 已知一条全部N原子被15N标记的DNA分子（亲代），转移到含14N的培养基上培养n代,其结果如下，回答下列问题 四、DNA半保留复制的计算 亲代DNA分子 复制1次 复制2次 30 1.亲代DNA分子经 n 次复制后，则 ①子代DNA分子数： ②含有亲代DNA链的子代DNA分子数： ③不含亲代链的子代DNA分子数： 2n个 2个 2n-2个 四、DNA半保留复制的计算 DNA分子数： 脱氧核苷酸链数： ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数 ②亲代脱氧核苷酸链数 ③新合成的脱氧核苷酸链数 2n＋1条 2条 (2n＋1－2)条 四、DNA半保留复制的计算 消耗的脱氧核苷酸数： 若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个 ①经过n次复制后，第n次复制消耗该脱氧核苷酸 个； ②经过n次复制后，共消耗该脱氧核苷酸 个； m·2n－1 m·(2n－1) 四、DNA半保留复制的计算 (1)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。 (2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。 (3)切记在DNA复制过程中，无论复制了几次， 含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。 (4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”， “含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。 特别提醒：“DNA复制”相关题目的4点“注意” 即时训练 1.一个有m个碱基对的DNA分子，其中含有腺嘌呤脱氧核苷酸a个。求： 1）复制n次，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸； 2）第n次复制，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸。 解： 1） A=T=a G=C=(2m-2a)/2=m-a (2n-1)(m-a) 2）2n-1(m-a) 2.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2 100个，则该DNA分子已经复制了(　　) A.3次 B.4次 C.5次 D.6次 A 四、DNA半保留复制的计算 即时训练 3.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。 180 解： 100个碱基对， 即200个碱基 40个T， 则有40个A。 所以有（200-40-40）/2=60个C 连续复制两次，则由1个DNA分子变成4个 所以需要游离的C：（4-1）×60=180个 四、DNA半保留复制的计算 4：一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N的培养液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___个，不含15N的DNA分子有___个，含有14N的DNA分子有____个，不含14N的DNA分子有____个，只含有14N的DNA分子有___个。 2 6 8 0 6 即时训练 四、DNA半保留复制的计算 36 A C T T G A C G A T G A A C T G C T 复制 染色体数目不变 DNA数目加倍 复制产生的两个子代DNA分子位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。 A C T T G A C G A T G A A C T G C T A C T T G A C G A T G A A C T G C T 五、DNA复制与细胞分裂中染色体标记 37 以一个细胞中的所有DNA的两条链被标记为例 1.有丝分裂中染色体标记情况分析 第 一 次 有 丝 分 裂 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 五、DNA复制与细胞分裂中染色体标记 38 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 ①有 的子细胞 带有标记 ② ②③有 的子细胞 带有标记 ④ ④ 子细胞带有标记 ③ 1/2 3/4 全部 1.有丝分裂中染色体标记情况分析 五、DNA复制与细胞分裂中染色体标记 39 以一个细胞中的所有DNA的两条链被标记为例 2.减数分裂中染色体标记情况分析 15N标记1对同源染色体上的两个DNA分子 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。 五、DNA复制与细胞分裂中染色体标记 40 二、利用模型分析子细胞中染色体标记情况 　此类问题可通过构建模型图解答，如下图： 五、DNA复制与细胞分裂中染色体标记 这样来看，最后形成的4个子细胞有三种情况：第一种情况是4个细胞都 是 ；第二种情况是2个细胞是 ，1个细胞是 ，1个细胞 是 ；第三种情况是2个细胞是 ，另外2个细胞是 。 五、DNA复制与细胞分裂中染色体标记 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 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 证明 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 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的。 ( ) 习题检测 ✘ ✘ 44 习题检测 2. DNA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 45 习题检测 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 46 习题检测 4.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6个碱基发生错误。 产生的影响可能很大，也可能没有影响。 47 习题检测 2. 已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp（bp 表示碱基对），真核细胞中DNA复制的速率一般为50 - 100bp/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。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。 说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA的复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 48 感谢聆听！ Lavf57.83.100 $