3.3 DNA分子的复制 课件 2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

第3章 基因的本质 第3节 DNA分子的复制 教材分析 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 2 01 对 DNA 复制的推测 02 DNA的复制过程 目录 03 DNA 半保留复制的实验证据 04 DNA复制的有关计算 05 课本练习与应用 3 孟德尔 遗传定律 萨顿假说 摩尔根 果蝇杂交实验 艾弗里 肺炎链球菌转化实验 赫尔希蔡斯 噬菌体侵染细菌实验 沃森和克里克 DNA双螺旋结构 1866 1903 1909 1944 1952 1953 遗传学发展简史 沃森和克里克在发表 DNA 双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“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。” 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。 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 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？这反应科学研究具有什么特点？ 5 01 无论细胞有丝分裂还是减数分裂，都要经历一个较长的细胞分裂间期。细胞在分裂间期主要有什么变化？ DNA分子是怎样进行复制的呢? 6 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。 假说——演绎法 7 对DNA复制的推测 作出假说 假说1：半保留复制 沃森和克里克 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。 亲代DNA 子代DNA 新合成的DNA分子都保留了原DNA分子中的一条链。 【任务1】 假说2：全保留复制 以两条母链为模板合成两条DNA子链，子代DNA中母链重新结合，两条子链彼此结合成另一个子代DNA分子。 亲代DNA 子代DNA 对DNA复制的推测 作出假说 【任务1】 假说3：分散式复制 亲代DNA分子将断裂成短片段，以这些亲本短片段为模板合成同样长短的新的DNA片段，再将这些新旧片段混合连接，形成完整的全长DNA分子。这样形成的双链，均既含有亲本的DNA片段，又有新合成的DNA片段。 亲代DNA 子代DNA 对DNA复制的推测 作出假说 【任务1】 半保留复制 全保留复制 分散复制 对DNA复制的推测 作出假说 【任务1】 这些观点各有不同，如何来证明那个观点是正确的？ 分析DNA半保留复制的实验证据 演绎推理、实验验证 阅读课本P53及“证明DNA半保留复制的实验”思考下列问题： 用什么方法能在实验中直观区分母链和子链？ 该实验用什么元素做标记？为什么？ 通过实验区分DNA复制方式的三种假说,实验的关键是什么? 如何测定子代DNA带有同位素的情况? 该实验的具体流程是什么? 【任务2】 实验原理 分析DNA半保留复制的实验证据 演绎推理、实验验证 【任务2】 同位素标记法。 通过实验区分DNA复制方式的三种假说,实验的关键是什么? 区分亲代和子代DNA 用什么方法能在实验中直观区分母链和子链？ 1.科学家： 美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 2.实验材料： 大肠杆菌 （繁殖快，20min一代） 分析DNA半保留复制的实验证据 演绎推理、实验验证 【任务2】 该实验用什么元素做标记？为什么？ 15N和14N是N元素的两种稳定的同位素(无放射性)，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。 3.实验原理： 含15N的DNA比含14N的DNA密度大；利用离心技术可以在试管中区分不同N元素的DNA分子 如何测定子代DNA带有同位素的情况? 4.实验方法： 假说—演绎法 同位素标记法、密度梯度离心法 5.实验技术： 分析DNA半保留复制的实验证据 演绎推理、实验验证 【任务2】 同位素标记法、密度梯度离心法 5.实验技术： 中带 轻带 重带 根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA 15N 14N 15N 15N 14N 14N 14N/14N 15N/14N 15N/15N 15NH4Cl 14N/ 14N-DNA 繁殖若干代 15N/ 15N-DNA 目的？ 得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记的 分析DNA半保留复制的实验证据 演绎推理、实验验证 【任务2】 同位素标记法 5.实验技术： 15N/ 15N-DNA 再分裂一次 分裂一次 提取DNA 离心 提取DNA 离心 ？ ？ ？ 哪个位置 ？ ？ ？ 哪个位置 14NH4Cl 分析DNA半保留复制的实验证据 【任务2】 同位素标记法、密度梯度离心法 5.实验技术： 演绎推理、实验验证 分析DNA半保留复制的实验证据 演绎推理、实验验证 【任务2】 6.演绎推理： 尝试画出1个DNA分子分别按照半保留、全保留、分散复制方式复制两次的图解模型。 请同学们小组合作思考讨论完成下列任务： 要求： （1）限时2分钟，小组做好分工，所有成员全力以赴，激情投入。 （2）确定小组发言人，做好展示准备，并做好评价与质疑的准备。 第一代 第二代 亲代 (1)半保留复制 (2)全保留复制 (3)弥散复制 分析DNA半保留复制的实验证据 【任务2】 演绎推理、实验验证 6.演绎推理： 按DNA复制三种假说演绎推理,将预测结果画(涂黑)在以下试管： 第一代 第二代 亲代 (1)半保留复制 (2)全保留复制 (3)弥散复制 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 分析DNA半保留复制的实验证据 【任务2】 6.演绎推理： 演绎推理、实验验证 第一代 第二代 亲代 (1)半保留复制 (2)全保留复制 (3)弥散复制 【任务2】 分析DNA半保留复制的实验证据 演绎推理、实验验证 按DNA复制三种假说演绎推理,将预测结果画(涂黑)在以下试管： 6.演绎推理： 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 中 重 最早可根据第_____代细菌DNA的离心结果来判断是全保留还是半保留复制；最早根据第____代细菌 DNA 的离心结果来判断是分散复制还是半保留复制。 一 二 分析DNA半保留复制的实验证据 演绎推理、实验验证 【任务2】 亲 代 子一代 子二代 细胞再分裂一次 转移到含14NH4Cl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 7.实验过程： 中带 轻带 重带 中带 轻带 重带 中带 轻带 重带 15NH4CI 14NH4Cl 14NH4Cl 该图为噬菌体侵染大肠杆菌的实验示意图，请大家思考红色圈大肠杆菌内子代噬菌体的DNA分子，为什么有的DNA两条链中一条为红色标记一条为蓝色标记，为什么有的DNA分子的两条链均为蓝色标记？ ： T2噬菌体侵染大肠杆菌实验 DNA复制方式为半保留复制 知识拓展 23 【任务3】 概述DNA复制的条件、过程、特点及意义 阅读教材P55，思考下列问题: 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？ 【任务3】 概述DNA复制的条件、过程、特点及意义 1.概念： 2.发生时间： 3.发生场所: 4.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。 有丝分裂间期、减数分裂前的间期、无丝分裂之前 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）。 解旋 合成子链 形成子代DNA分子 【任务3】 概述DNA复制的条件、过程、特点及意义 4.复制过程: DNA聚合酶 DNA解旋酶 复制分叉 子链 DNA模板链 DNA聚合酶 DNA模板链 子链 DNA 氢键 一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子 解旋 合成子链 重新螺旋 解旋酶 双链解开 4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 磷酸二酯键 4种脱氧核苷酸 【任务3】 概述DNA复制的条件、过程、特点及意义 4.复制过程: 【任务3】 概述DNA复制的条件、过程、特点及意义 4.复制过程: ①解旋: ②合成子链： ③形成子代DNA分子： 复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的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。 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 思考：二条母链的碱基顺序是否相同？二条子链的碱基顺序是否相同？ 新合成的二个DNA碱基顺序是否相同？ 不同，互补 相同 不同，互补 【任务3】 概述DNA复制的条件、过程、特点及意义 (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、 DNA聚合酶等 ATP (6)原则: 碱基互补配对原则 G C A T C G T A 【任务3】 概述DNA复制的条件、过程、特点及意义 根据资料，试总结DNA复的特点？ 7.特点: (1)大肠杆菌DNA的复制特点是______________________________________； 真核生物是 。 半保留复制、边解旋边复制、单起点双向复制 半保留复制、边解旋边复制、多起点双向复制 (2)在复制速率相同的前提下，图2中DNA是从其最 开始复制的，这种复制方式提高了 。 图2:真核生物 旧链 新链 右边 DNA复制的效率 图1:大肠杆菌 【任务3】 概述DNA复制的条件、过程、特点及意义 8.方向： 从子链的5'端向3'端延伸 9.结果： 形成了两个完全相同的DNA分子 10.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。 11.DNA准确复制的原因： ②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。 ①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。 DNA聚合酶都只能催化子链从5’至3’延伸 DNA复制总结 原则 时间 场所 条件 模板 原料 能量 酶 方向 特点 意义 细胞分离裂前的间期 真核：细胞核、线粒体、叶绿体 原核：拟核、细胞质（质粒） 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 ATP水解提供 解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等 从子链的5' 端向 3' 端延伸 半保留复制；边解旋边复制；多起点双向复制；半不连续复制 遗传信息的传递 碱基互补配对 知识归纳 真核生物DNA的复制模式图：从图中可看出DNA复制有哪些特点： 多个起点（不同时）、 双向复制、 半保留式复制、边解旋边复制、 半不连续复制 真核生物与原核生物DNA复制的区别 单起点双向复制 3' 5' 5' 3' 3' 5' 5' 3' 3' 5' 5' 3' 原核生物DNA的复制模式图 知识归纳 33 亲 代 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 复制1次 复制2次 复制3次 2 4 8 =21 =22 =23 1.请画出一个被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。 【任务4】 DNA复制的相关计算规律 【任务4】 DNA复制的相关计算规律 2.DNA复制为半保留复制，若将亲代分子复制n代，其结果分析如图所示: (1)子代DNA分子数为2",其中: ①含有亲代链的DNA分子数为= ②不含亲代链的DNA分子数= ③含子代链的DNA分子数= (2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条,其中: ①亲代脱氧核苷酸链数= ②新合成的脱氧核苷酸链数= 2个 2n-2个 2n个 2条 2n+1-2条 3.一个被15N标记的DNA转移到14N的培养基中培养，复制了n次： 【任务4】 DNA复制的相关计算规律 ①子代DNA分子数 ： ②只含15N的DNA数 ： ③含15N的DNA数 ： ④只含14N的DNA数 ： ⑤含14N的DNA数 ： ①含15N的链数 ： ②含14N的链数 ： ③子代DNA中被标记的DNA所占的比例 ： ④子代中被标记的链占总链数的比例 ： 2n个 0个 2个 2n-2个 2n个 2条 2n+1-2条 2/2n=1/2n-1 2/2n+1=1/2n (1) 1次复制需要该游离的脱氧核苷酸 (2) 2次复制需要该游离的脱氧核苷酸 (3) n次复制需要该游离的脱氧核苷酸 14N 15N 14N 15N 15N 15N 15N 15N 复制 2次： 14N 14N 亲代 14N 14N 15N 15N 复制 1次： =m个 =3m个 =m (2n－1)个 【任务4】 DNA复制的相关计算规律 4.将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个。 37 (1) 第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸 (2) 第2次复制需要该游离的脱氧核苷酸 (3) 第n次复制需要该游离的脱氧核苷酸 = m个 = 2m个 = m·2n－1个 14N 15N 14N 15N 15N 15N 15N 15N 复制 2次： 14N 14N 亲代 14N 14N 15N 15N 复制 1次： 【任务4】 DNA复制的相关计算规律 4.将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个。 38 将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个。 1次 复制 2次 复制 n次 复制 第1次、第2次...n次 3m m (2n－1) m 1次、2次...n次 第1次 复制 第2次 复制 第n次 复制 2m m·2n－1 m 例：一个DNA分子中有碱基A20个，占全部碱基的20％，若DNA连续复制2次，需要碱基C________个,第2次复制需要碱基C________个, 90 60 【任务4】 DNA复制的相关计算规律 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 40 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（ ） × × 练习与应用·概念检测 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 练习与应用·概念检测 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 练习与应用·概念检测 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6个碱基发生错误，产生的影响可能很大，也可能没有影响。 提示: 练习与应用·拓展应用 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复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 果蝇DNA的电镜照片 练习与应用·拓展应用 $