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

萤火虫成群闪烁,像星的河流,似灯的长阵,点亮了夏夜 一亿年前,萤火虫应DNA复制出错而获得了发光的能力     美国科学家出版的《科学》杂志上发表的论文表明，约66%的致癌突变要归咎于细胞复制DNA（脱氧核糖核酸）时随机出现的错误；29%的突变归因于环境因素；仅5%的突变归结于遗传突变。 ·生命的神奇性:通过DNA复制的精确性，引导学生感受生命系统的精密与协调，激发对生命奥秘的敬畏之心。 ·责任感教育:联系DNA复制错误可能导致的基因突变(如癌症或遗传病)，引申到健康生活方式的重要性(如远离致癌物)，培养学生对自身生命和他人健康的责任感。 3.3 DNA的复制 第3章 基因的本质 课标要求 素养目标 1.概述DNA分子通过半保留方式进行复制 1.生命观念：理解DNA复制的生物学意义，认识遗传信息传递的分子基础，形成遗传信息连续性的生命观念。 2.科学思维：通过分析梅塞尔森实验，培养假说-演绎法的科学思维；能够运用半保留复制原理进行相关计算 3.科学探究：能够分析梅塞尔森实验的设计思路和实验结果；能够设计简单实验验证DNA的复制方式。能够分析梅塞尔森实验的设计思路和实验结果；能够设计简单实验验证DNA的复制方式。 4.社会责任: 认识DNA复制研究对生命科学发展的重大意义；理解DNA复制相关知识在医学、农业等领域的应用价值。 难点 重点 难点 学习目标 4 1 对 DNA 复制的推测 目录 content 2 DNA 半保留复制的实验证据 3 DNA的复制过程 4 DNA复制的有关计算 5 要得知DNA的复制机制，首先要结合DNA的结构做出合理的假设并搜集证据，推理线索，从而找到DNA的复制机制，小侦探们先查看已有线索，根据当时已有的科学证据进行推理。 任务：结合沃森与克里克的论文，思考以下问题： 证据：沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇短文的结尾处写道：“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？ 2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反映科学研究具有什么特点? 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 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。 对 DNA 复制的推测 一 【探究活动】阅读课本p53-54， 小组合作完成以下任务。 (1)美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以哪种生物作为实验材料？ (3)本实验的实验技术和研究方法分别是什么？ (2)本实验的实验的实验原理是什么？ (4)请完成以下表格，梳理出本实验的实验过程并思考问题 (5)基于实验过程及现象分析，能够得出什么实验结论？ 亲代 培养 条件 子一代 DNA类型 密度带 类型 培养 条件 子二代 DNA类型 密度带 类型   转移到14NH4Cl培养液     转移到14NH4Cl培养液       DNA 半保留复制的实验证据 二 7 (1)科学家和实验材料 美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 大肠杆菌 (2)实验原理 15N和14N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相对原子质量不同的氮元素的DNA。 同位素标记法、密度梯度离心法 假说—演绎法 (3)实验技术和研究方法 DNA 半保留复制的实验证据 二 8 2.作出假说 推测可能的复制方式。 4.实验验证，得出结论 实验、得出结论、验证假说。 1.提出问题 DNA是如何复制的？ 3.演绎推理 根据复制模式， 预测实验结果。 请运用假说-演绎来分析实验过程： ①半保留复制 ②全保留复制 ③分散复制 DNA 半保留复制的实验证据 二 9 思考1：DNA在什么时期复制，复制的方式有哪几种？区分DNA复制方式的三种假说，实验的关键思路是什么？ DNA在细胞分裂间期（S期）复制； 复制的方式有3种：半保留，全保留，分散复制； 实验的关键是：区分区分亲代DNA和子代DNA。 巅峰对决——三大假说的较量 2.作出假说 DNA 半保留复制的实验证据 二 3.演绎推理： ①半保留复制 15N 14N P: F1: F2: 细胞再 分裂一次 15N 15N 转移到含14N的培养液中 细胞分裂一次 提取DNA，离心 提取DNA，离心 提取DNA，离心 高密度带 中密度带 低密度带 中密度带 15N 14N 15N 14N 14N 14N 15N 14N 14N 14N DNA 半保留复制的实验证据 二 3.演绎推理： ②全保留复制 P: F1: F2: 细胞再 分裂一次 15N 15N 转移到含14N的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 高密度带 高密度带 低密度带 高密度带 15N 15N 14N 14N 低密度带 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N DNA 半保留复制的实验证据 二 3.演绎推理： ③分散复制 P: F1: F2: 细胞再 分裂一次 15N 15N 转移到含14N的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 高密度带 中密度带 中密度带 15N /14N 15N /14N 15N /14N 15N /14N 15N /14N 15N /14N DNA 半保留复制的实验证据 二 DNA 半保留复制的实验过程(视频) DNA 半保留复制的实验证据 二 14 4.分析结果，得出结论 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 15N/14N-DNA 重密度带 中密度带 轻密度带 中密度带 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 DNA 半保留复制的实验证据 二 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 DNA 半保留复制的实验证据 二 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 1.细菌在含15NH4Cl的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再移入含14NH4Cl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 课堂小测 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? 任务：利用3min时间，阅读课本55~56页，思考下列问题。 DNA的复制过程 三 有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期, 随着染色体的复制而完成。（真核生物） 2.时间 3.场所 （1）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。 叶绿体、线粒体 （2）原核生物： 细胞核（主要） 拟核、细胞质（质粒） （3）DNA病毒： 宿主细胞内 DNA的复制过程 三 DNA的复制过程 三 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 4.过程 DNA的复制过程 三 21 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（不需要酶） ATP （2）合成子链：DNA聚合酶等以两条母链为模板，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。 4.过程 形成磷酸二酯键 5' 3' DNA聚合酶 5' 3' ATP DNA聚合酶 合成方向： 子链的5'端→ 3'端 DNA的复制过程 三 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' （3）重新螺旋:一条母链和一条子链盘绕成为一个新的DNA分子。 4.过程 结果： 形成两个完全相同的DNA分子。 DNA的复制过程 三 1.解旋 2.合成子链 3.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2条母链 四种脱氧核苷酸 引物酶、DNA聚合酶 (磷酸二酯键)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： 过程总结： （断裂氢键） （形成磷酸二酯键） 四种游离的脱氧核苷酸 DNA的复制过程 三 (5)条件 ②原料： ③酶： ④能量： ①模板： 亲代DNA的两条链(两条母链) 四种脱氧核苷酸（A、G、C、T) 解旋酶、 引物酶、DNA聚合酶等 ATP (6)特点 ①半保留复制 ②边解旋边复制 ③双向复制 ④真核生物有多个复制起点 (7)意义 DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 (8)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。 DNA的复制过程 三 25 拓展延伸---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 真核生物 DNA 的复制是多起点双向复制，使得复制能在较短时间内完成 DNA复制泡 课本P56 DNA的复制过程 三 2.体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关的酶、四种脱氧核苷酸和ATP,37 ℃下保温。下列叙述中，正确的是 A.能生成DNA，DNA的碱基比例与四种脱氧核苷酸比例一致 B.不能生成DNA，因为缺少DNA模板 C.能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联 D.不能生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件 解析　DNA复制的四个基本条件是模板、酶、能量、原料。没有加入模板DNA，所以无DNA生成。 B 课堂小测 3.DNA分子复制时解旋酶作用于下列哪一结构 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 4.DNA分子经过诱变，某位点上的一个正常碱基(设为P)变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U—A、A—T、G—C、C—G，推测“P”可能是 A.胸腺嘧啶 B.腺嘌呤 C.胸腺嘧啶或腺嘌呤 D.胞嘧啶 D D 课堂小测 5.用含32P和35S的培养基培养细菌，将一个未标记的噬菌体在此细菌中培养9小时，经检测共产生了64个子代噬菌体，下列叙述正确的是 A.32P和35S只能分别标记细菌的DNA和蛋白质 B.子代噬菌体的DNA和蛋白质一定具有放射性 C.DNA具有放射性的子代噬菌体占1/32 D.噬菌体繁殖一代的时间约为1小时 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 B 课堂小测 亲代 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 复制1次(1代) 复制2次 (2代) 复制3次(3代) 2 4 8 =21 =22 =23 复制n次(n代) ................................................................................................... 2n DNA复制的有关计算 四 30 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 (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 DNA复制的有关计算 四 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 DNA复制的有关计算 四 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。 DNA复制的有关计算 四 注 意 (1)在进行DNA复制的计算时，注意DNA的代数与复制次数的关系：当第一个DNA分子为0代时，则复制次数和代数一致，当第一个DNA分子为1代时，复制次数比代数少1。 (2)子代DNA分子中，含14N的有2n个，n表示复制代数，只含14N的有(2n-2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。 (3)子代DNA分子的总链数为2n×2=2n+1条。含15N的链始终是2条，占总数比例为2/2n+1=1/2n。 DNA复制的有关计算 四 6.一个由15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制5次后，标记的DNA分子占DNA分子总数的（ ） A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/25 7.某一DNA分子中，A为200个，复制数次后消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子已经复制了几次（ ） A．3次 B．4次 C．5次 D．6次 C B 课堂小测 DNA 是复制 对 DNA 复制的推测 课堂小结 DNA 半保留复制的实验证据 科学家: 梅塞尔森和斯塔尔 大肠杆菌 实验材料: 假说演绎法 研究方法: 概念: 发生时间: 发生场所: DNA的 复制过程 DNA 的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 细胞分裂前的间期 条件: DNA复制的有关计算 实验技术: 同位素标记法、 密度梯度离心法 DNA的复制是以半保留的方式进行的。 实验结论: ③DNA病毒：活的宿主细胞内。 ①真核生物：细胞核(主要) 线粒体和叶绿体。 ②原核生物：拟核(主要)，质粒(细胞质)。 ②原料： ③酶： ④能量： ①模板： 亲代DNA的两条链(两条母链) 四种脱氧核苷酸（A、G、C、T) 解旋酶、 DNA聚合酶等 ATP 特点: ①半保留复制 ②边解旋边复制 ③双向复制 ④真核生物有多个复制起点 方向: 从子链的5' 端向 3' 端延伸 意义: DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 结果: 形成了两个完全相同的DNA分子 36 $