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

第3节 DNA的复制 第三章基因的本质 情景材料一： 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”。 问题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。 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 1、半保留复制 （1）提出者： 沃森和克里克 （2）假说内容： DNA复制时，DNA 解开，互补的碱基之间的 断裂，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 键，结合到作为模板的单链上。 （3）特点： 新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链。 一、对DNA复制的推测 双螺旋 氢键 模板 碱基互补配对 氢 一、对DNA复制的推测 2、全保留复制 DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。 1、半保留复制 新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链。 一模一样，一新一旧 一全新，一全旧 有人质疑 提出 4 要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”，关键思路是什么？ 如何做区分？又如何进行实验观察呢？ 关键思路：区分亲代和子代的DNA，标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。 二、DNA半保留复制的实验证据 二、DNA半保留复制的实验证据 阅读课本内容53—54页，思考下列问题（2min）： 1.实验材料选用了什么？ 2.运用了什么技术方法？ 同位素标记技术 3.使用了什么同位素去标记DNA？原理是？ 4.使用了哪种技术把不一样的DNA分开？ 密度梯度离心技术 1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔，设计了一个巧妙的实验。 大肠杆菌 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。 不具有放射性 6 密度梯度离心技术 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 实验过程 ： ①先用15NH4Cl培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干（DNA几乎都是15N标记） ②将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中 ③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA ④将提取的DNA进行离心，记录离心管中DNA的位置 二、DNA半保留复制的实验证据 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 重带 中带 轻带 中带 15N 14N 15N 14N 14N 14N 15N 14N 14N 14N 15N/15N 15N/14N 15N/14N 14N/14N （三）演绎推理 二、DNA半保留复制的实验证据 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 重带 重带 轻带 重带 15N 15N 14N 14N 轻带 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 15N/15N 14N/14N 15N/15N 14N/14N 15N/15N （三）演绎推理 二、DNA半保留复制的实验证据 结论：证明DNA的复制是半保留复制 排除DNA的复制是全保留复制 亲 代 子一代 子二代 细胞再分裂一次 15N 14N 15N 15N 14N 14N 转移到含14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 15N 14N 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 （四）实验验证、得出结论 二、DNA半保留复制的实验证据 提出问题 作出假设 得出结论 演绎推理 实验验证 证明DNA半保留复制的实验 DNA以半保留方式复制（全保留） 推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果 DNA以半保留方式进行复制 证明DNA半保留复制的实验 二、DNA半保留复制的实验证据 假说—演绎法 12 1、沃森和克里克以大肠杆菌为材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制（ ） 2、证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说——演绎法（ ） 易错提醒 √ × 1.细菌在15N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14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，下图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 　实战训练　 A 阅读教材P55-56，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（模板、原料、酶、能量）？ 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 概念 场所 时期 条件 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（有丝分裂或减数分裂）前的间期 DNA的复制 三、DNA复制的过程 模板 原料 酶 能量 亲代DNA分子中的两条母链 以细胞中游离的4种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP 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）。 ③DNA病毒：活的宿主细胞内。 16 三、DNA复制的过程 在 的驱动下， 将DNA部分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 （一）解旋 ATP 解旋酶 断 键 氢 18 ①游离的4种 按碱基互补配对原则随机 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 键 三、DNA复制的过程 （二）合成子链 地与两条母链的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。 脱氧核苷酸 氢 19 ②在 的催化下从子链的5'端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。 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 。 形成 键 三、DNA复制的过程 （二）合成子链 DNA聚合酶 5'端→ 3'端 磷酸二酯 20 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 （三）重新螺旋 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 21 形成 键 需 酶的作用，断 。 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 双链解开 4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 磷酸二酯 4.复制过程: 思考： 两条母链的碱基顺序是否相同？ 两条子链的碱基顺序是否相同？ 新合成的两个DNA碱基顺序是否相同？ 不同，互补 不同，互补 相同 需要细胞提供 。 ATP 解旋 结果： 模板 原料 酶 原则 方向 亲代DNA两条母链 碱基互补配对 子链5’→3’ 特点 精确复制的原因 意义 方向 结果 ①半保留复制；②边解旋边复制； （1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。 将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子 从子链的5' 端向 3' 端延伸 DNA复制的过程 三、DNA复制的过程 23 冈崎片段 b （1）当母链方向是a时，子链DNA的合成是连续的吗？ （2）当母链方向是b时，子链 DNA还能连续合成吗？ 子链DNA按照5‘到3’从右向左，连续合成。 子链DNA按照5‘到3’ 从左向右，不连续合成，形成片段。 “片段”该怎么连接成完整的DNA链呢？ DNA连接酶 连接DNA片段 如图为DNA分子复制的模型，请据图回答下列问题。 拓展延伸 三、DNA复制的过程 前导链 后随链 1 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 前导链与后随链： 互补配对 合成子链方向： 三、DNA复制的过程 5’→ 3’ 25 1 1.下面是DNA复制的有关图示。A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。D→F表示哺乳动物的DNA复制。 图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。 (1)若A中含有48502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min，假设DNA分子从头到尾复制，则理论上此DNA分子复制约需30 s，而实际上只需约16 s，根据A→C过程分析，这是因为_____________________。 特点1：双向复制 复制是双向进行的 拓展 26 1 (2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长，若按A→C的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需要约2 h，根据D→F过程分析，是因为________________________。 DNA分子中有多个复制起点 特点2：多起点复制（真核生物） (3)A→F均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是______________的。 边解旋边复制 特点3：边解旋边复制 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 拓展 27 1 2.如图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图， 有关叙述错误的是(　　) A A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的 B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的 C.真核生物DNA复制过程中解旋酶作用于氢键 D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率 拓展巩固 28 1.下列关于DNA复制过程的正确顺序是 ①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间形成氢键 ③DNA分子在解旋酶的作用下解旋 ④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对 ⑤子链与母链盘旋成双螺旋状结构 A.①③④②⑤ B.①④②⑤③ C.①③⑤④② D.③①④②⑤ 　实战训练　 D 2.一个DNA分子自我复制后形成两个DNA分子，这两个新的DNA分子（ ） A.分别由两条母链和两条子链形成 B.两条母链和两条子链随机结合而成 C.分别由一条子链及一条母链结合而成 D.一条子链与另一条子链的母链结合 　实战训练　 C 3.下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是 A.DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷酸，酶②催化碱基对之间的连接 B.在复制过程中解旋和复制是同时进行的 C.解旋酶能使双链DNA解开，并且不需要消耗ATP D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子 B 4．下图是DNA分子复制的示意图，该DNA的双链均被15N标记。若提供含14N的原料让其复制2次，则下列分析错误的是（　　） A．图中A、B分别表示解旋酶和DNA聚合酶 B．两条子链延伸的方向都是从模板链的3'到5' C．合成a链和b链的原料都是脱氧核糖核苷酸 D．DNA复制2次后，含有15N的DNA占1/4 D 32 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 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。 四、DNA复制的相关计算规律 2.DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结果分析如图所示: (1)子代DNA分子数为 ,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 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 四、DNA复制的相关计算规律 2n 2n+1 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： 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15N标记的DNA所占的比例 ： ④子代中被15N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 四、DNA复制的相关计算规律 例1：一个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 6 0 1.一个带有同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占（ ） A.12.5% B.25% C.50% D.100% B 例2：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分子单链的比例依次是 ______。 1/4 1/8 (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 4.将普通的大肠杆菌（DNA中含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。 四、DNA复制的相关计算规律 14N 39 (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： 4.将普通的大肠杆菌（DNA中含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。 四、DNA复制的相关计算规律 40 例3：一个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 2.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。 A.160 B.180 C.200 D.220 B 3.某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后，共消耗周围环境中的腺嘌呤脱氧核苷酸3 000个，则该DNA分子已经复制了几次（ ） A.四次 B.五次 C.六次 D.七次 A (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。 四、DNA复制的相关计算规律 3. 与细胞分裂相关计算：一个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中培养，进行2次有丝分裂，请画出子代染色体被标记的情况。 五、DNA复制与细胞中的染色体标记问题 五、DNA复制与细胞中的染色体标记问题 4. 与细胞分裂相关计算：一个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中培养，进行1次减数分裂，请画出子代染色体被标记的情况。 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复制与细胞中的染色体标记问题 1.某精原细胞(2n=8)的核DNA双链均用15N标记后置于含14N的培养基中培养，经过连续两次细胞分裂后(只考虑一种分裂方式)，得到4个子细胞。下列相关说法错误的是（　　） A．若进行有丝分裂，则含15N染色体的子细胞的个数至少是2个 B．若细胞分裂过程中发生了基因的自由组合，产生的子细胞不可直接参与受精作用 C．若第二次分裂后期细胞中含15N的DNA分子数为8个，则该精原细胞进行的是有丝分裂 D．若形成的所有子细胞中每条染色体都含15N，则该精原细胞进行的是减数分裂 【答案】C 47 2.将果蝇（2n=8）的精原细胞的核DNA用含³H的胸腺嘧啶标记后，置于不含3H标记的培养液中培养，完成一次有丝分裂后进行减数分裂，最终产生了8个精细胞。不考虑染色体互换，下列叙述正确的是（　　） A．有丝分裂结束后，子细胞中的每个核DNA都只有一条链含3H标记 B．有丝分裂后期含3H标记的染色体数为8条 C．减数分裂Ⅰ中期的细胞中含3H标记的染色单体数为4条 D．产生的8个精细胞中都有4条染色体，其中有2条含有³H标记 【答案】A 48 Lavf57.83.100 $