3.3DNA的复制课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

第三单元 基因的本质 第三节 DNA的复制 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。 讨论： 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？ 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》论文末尾节选 对DNA分子复制的推测 假说1：全保留复制——新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分 假说2：半保留复制——形成的分子一半是新的，一半是旧的 假说3：分散复制——新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的 复制一次 复制一次 一次复制 对DNA分子复制的推测 要通过实验区分DNA复制方式的三种假说，那么区分的关键是什么？ 小组合作1： 全保留复制 P： 复制一次 分散复制 半保留复制 探究DNA的复制方式 可能利用什么科学技术？ 子代DNA两条链的来源是新链还是旧链。 同位素标记法、密度梯度离心法 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。 14N/14N-DNA（轻链） 15N/14N-DNA（中链） 15N/15N-DNA（重链） 重带 密度梯度离心 探究DNA的复制方式 轻带 中带 复制方式 半保留复制 全保留复制 分散复制 演绎推理 F1 全为14N/15N-DNA 1/2是15N/15N-DNA 1/2是14N/14N-DNA 既有15N片段， 也有14N片段 F2 1/2是14N/15N-DNA 1/2是14N/14N-DNA 1/4是15N/15N-DNA 3/4是14N/14N-DNA 既有15N片段， 也有14N片段 预期结果 F1 F2 F1 F2 F1 F2 小组合作2： 对三种假说演绎推理，预期子代DNA在离心管中分布情况 探究DNA的复制方式 P: F1: F2: 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 重带 中带 轻带 中带 实验验证 实验结论： DNA的复制是以半保留的方式进行的 探究DNA的复制方式 DNA全部被15N标记 阅读教材P55-56图文，回答下列问题 1、DNA复制的概念 2、DNA复制的场所、时间？ 3、DNA的复制分为几个步骤？ 4、DNA复制有什么特点？ 5、DNA复制的模板、原料、能量、酶? 6、DNA复制能够准确进行的原因是什么？ 7、DNA复制的意义是什么？ DNA复制的过程 DNA复制总结 概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 时间 有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期 场所 主要发生在细胞核中（线粒体、叶绿体、拟核等） 过程 解旋→合成互补子链→形成子代DNA分子 特点 边解旋边复制 条件 ①模板：DNA的两条链；②原料： 游离的4种脱氧核苷酸； ③能量：主要ATP；④酶：解旋酶、DNA聚合酶等 方式 半保留复制 准确原因 （1）DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。 （2）通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。 意义 确保了亲子代之间遗传信息的连续性 DNA复制总结 辩证性思考 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（这一问可由学生作开放式回答）。 DNA复制的过程 解旋酶催化（氢键断裂） 1.解旋： 模板 （在DNA聚合酶的催化下，利用游离的脱氧核苷酸为原料，合成两条新子链） 2.合成：以两条母链为模板进行碱基配对 3.复旋：两条母链和两条子链盘绕盘绕 形成两个子代DNA 同时进行(边解旋边复制） DNA复制的过程 DNA复制的过程 5’ 3’ A T G C A C T G 5’ 3’ T A C G T G A C 解旋酶 解旋酶催化（氢键断裂） 1.解旋： ※局部解旋，形成复制叉/泡 解旋酶 ③随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链不断延伸 DNA复制的过程 5’ 3’ A T G C A C T G 5’ 3’ T A C G T G A C 1.解旋 5’ 3’ 5’ 3’ A T G C A C T G T A C G T G A C ※边解旋边复制 ②DNA聚合酶催化（形成磷酸二酯键）合成两条新子链 2.合成子链： ①4种游离的脱氧核苷酸与模板链暴露的碱基互补配对（形成氢键） DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA复制的过程 5’ 3’ A T G C A C T G 5’ 3’ T A C G T G A C 1.解旋 5’ 3’ 5’ 3’ A T G C A C T G T A C G T G A C 2.合成子链 3.复旋： 两条母链和两条子链盘绕盘绕 形成两个子代DNA 例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1——真核细胞DNA复制高效性的原因 (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 拓展1——真核细胞DNA复制高效性的原因 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。需要完成一次DNA复制理论上大约需要多长时间？ 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。 右图为果蝇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。 拓展1——真核细胞DNA复制高效性的原因 500~1000小时 根据以上资料，你认为DNA复制时两条子链的合成有什么区别？ DNA聚合酶具有以下特性： 半不连续复制 拓展2——DNA聚合酶与DNA复制的过程 资料1：DNA聚合酶具有5’→3’聚合酶活性，即DNA只能沿着5’→3’方向延伸。 根据以上资料，两条子链所需的引物种类和数量相同吗？去除引物后如何补齐子链的“空白”？ DNA聚合酶具有以下特性： 拓展2——DNA聚合酶与DNA复制的过程 资料2：DNA聚合酶只能从已有核苷酸链的3'端开始，按照5'→3'方向延伸子链，而不能催化DNA子链从头合成。因此，DNA复制之初需要一段RNA引物（一小段与模版链互补的RNA）。子链合成后再利用相关酶将RNA引物切除。 考点突破 1．如图表示发生在细胞核内的某生理过程，其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。下列叙述正确的是（    ） A．此过程需要ATP和尿嘧啶脱氧核苷酸 B．若a、d链中共有1000个碱基对，其中腺嘌呤占20%，该过程连续进行3次，共需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸2800个 C．此过程需双链解旋结束后才发生子代链的合成 D．正常情况下a、d链都应该到不同的细胞中去 D 考点突破 2．如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是（    ） A．DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程 B．复制过程中氢键的破坏需要DNA聚合酶的催化 C．真核生物多起点双向复制能提高DNA复制的速率 D．DNA分子的独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板 B 考点突破 3．某生物兴趣小组将大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使大肠杆菌DNA的含氮碱基都含有15N。然后再将其转入含14N的培养基中培养，提取亲代及子代的DNA，离心分离，如图①~⑤为可能的结果。下列有关叙述，错误的是（    ） A．该实验运用了密度梯度离心法和放射性同位素示踪法 B．根据含14N或15N的DNA离心后的位置，⑤为亲代、②为子一代 C．若出现图中③的结果（带宽比3：1），则亲代DNA进行了3次复制 D．第一次分裂结束的子代DNA分离后若为②，可以排除全保留复制的学说 A 考点突破 4．下列有关DNA复制的叙述，错误的是（    ） A．DNA的复制需要模板、原料、酶、能量等条件 B．DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制等特点 C．DNA通过复制，保持了亲代和子代遗传信息的连续性 D．复制后的一对同源染色体中含有4条脱氧核苷酸链 D Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.42 $