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

第三章 基因的本质 第3节 DNA的复制 问题探讨 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” 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. 《核酸的分子结构》论文节选 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？ 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。 课本P53 1、半保留复制假说 （1）提出者： 沃森和克里克 （2）假说内容： 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。 二、对DNA复制的推测----作出假说 （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。 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 二、对DNA复制的推测----作出假说 一模一样，新旧混合 （3）分散复制 亲代DNA分子分散到新复制出的分子每条链上 4 要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”，关键思路是什么？ 关键思路：区分亲代和子代的DNA链，标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。 三、DNA半保留复制的实验证据 半保留复制 全保留复制 分散复制 演绎推理 问题1：用同位素进行标记时,用什么元素? 五碳糖 磷酸 含N碱基 脱氧核苷酸 C H O N P 可标记C、H、O、N、P元素 问题2：如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境中进行培养，则亲代、 子一代、子二代DNA分别含有哪种N元素？ 14N 15N 三、DNA半保留复制的实验证据 演绎推理 问题3：按此假设（DNA是半保留复制、全保留复制、分散复制），复制得到的子一代DNA和子二代DNA的组成将分别是怎样的? （请用两种颜色的笔，画出子代的情况） 子二代 亲 代 全保留复制 半保留复制 分散复制 子一代 三、DNA半保留复制的实验证据 子二代 亲 代 全保留复制 半保留复制 子一代 2 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。 三、DNA半保留复制的实验证据 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 证明半保留复制 9 因此，利用 技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的N元素的DNA。 14N/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA 轻带 中带 重带 只含15N的DNA密度 ； 只含14N的DNA密度 ； 一条链含15N、一条链含14N的DNA密度 。 （3）实验原理——如何测定DNA的含N 情况 ？ 密度梯度离心 大 小 居中 （1）获得15N标记的大肠杆菌DNA 15NH4Cl 繁殖若干代 15N/ 15N -DNA 演绎推理 三、DNA半保留复制的实验证据 （2）将15N标记的大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，在进行离心，记录位置。 15N/ 15N -DNA 14NH4Cl 分裂一次 提取DNA 离心 ？ ？ ？ 哪个位置 再分裂一次 提取DNA 离心 ？ ？ ？ 哪个位置 演绎推理 三、DNA半保留复制的实验证据 演绎推理—假设是半保留复制 15N/ 15N-DNA 15N/ 14N-DNA 14N/ 15N-DNA 15N/ 14N 14N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 14N 亲代 子一代 全部位于 重带 全部位于 中带 1/2位于轻带 1/2位于中带 离心 离心 离心 DNA 复制一次 子二代 DNA 复制一次 15N/ 15N 14N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 15N 演绎推理 三、DNA半保留复制的实验证据 13 演绎推理—假设是全保留复制 15N/ 15N-DNA 15N/ 15N-DNA 14N/ 14N-DNA 15N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 14N 14N/ 14N 亲代 子一代 全部位于 重带 1/2位于轻带 1/2位于重带 3/4位于轻带 1/4位于重带 离心 离心 离心 DNA 复制一次 子二代 DNA 复制一次 15N/ 15N 14N/ 14N 15N/ 15N 14N/ 14N 15N/ 15N 演绎推理 三、DNA半保留复制的实验证据 14 第一代 只出现1条带 中带 第二代 只出现1条带 轻、中带之间 亲代 演绎推理—假设是分散复制 三、DNA半保留复制的实验证据 DNA复制的推测和验证 预期结果 实验结果 代数 半保留复制 全保留复制 分散复制 P 　 　 F1 F2 　 　 14N/14N 中带 15N/14N 重带 15N/15N 重带 15N/15N 重带 15N/15N 中带 15N/14N 中带 15N/14N 轻带 14N/14N 重带 15N/15N 中带 15N/14N 轻带 轻带 14N/14N 重带 15N/15N 重带 15N/15N 中带 15N/14N 14N/14N 中带 15N/14N 16 大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中培养若干代 亲 代 15N//15N-DNA 全重带 第一代 细胞分裂一次 转移到含14NH4Cl 的培养液 第二代 细胞再分裂一次 15N//14N-DNA 全中带 15N//14N-DNA 14N//14N-DNA 1/2轻带 1/2中带 在含14NH4Cl 的培养液 条带数量 条带位置 DNA含N情况？ 实际实验结果 1 1 2 实验结论：DNA的复制是以 的方式进行的。 半保留 第三代？ [正误辨析] (1)克里克和沃森证明了DNA复制为半保留复制。(　　) (2)DNA半保留复制的实验用到了放射性同位素标记技术。(　　) (3)全保留复制的子代DNA的双链都是新合成的。(　　) × × √ 大本74 1．将DNA全部用15N进行标记的大肠杆菌置于含有14NH4Cl的普通培养液中，使大肠杆菌连续繁殖三代，利用离心技术检测DNA的离心位置，图中阴影是离心结果，则亲代、子一代、子二代、子三代DNA带依次是(　　) A．①②③④　　　　　　 B．③①④② C．①③②④ D．①②④③ 强化 题点对应训练 B 大本75 2．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是(　　) D 课本P55 1.DNA复制的概念是什么?时间？场所？ 2.DNA复制过程需要哪些条件? 3.简述DNA复制过程怎么进行? 请同学们自主阅读教材P55-56，小组合作思考讨论完成问题。 四、DNA半保留复制的过程 1.概念：以 为模板合成 的过程。 2.时间： 。 3.场所： ①真核生物： （主要） 和 。 ②原核生物： （主要），质粒。 ③DNA病毒： 亲代DNA 子代DNA 细胞分裂前的间期 细胞核 线粒体 叶绿体 拟核 活的宿主细胞内 四、DNA半保留复制的过程 22 （1）解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 断开氢键 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 课本P55 四、DNA半保留复制的过程 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 A G T A T ATP ATP DNA聚合酶 C G T C C A G T A G T A C T A C T G G A C G A C T T A T 课本P55 （2）合成子链 ①模板： 解开的每一条母链 ②原料： 游离的4种脱氧核苷酸 ③能量： 细胞提供的能量 ④酶： DNA聚合酶（形成磷酸二酯键） 氢键的形成不需要酶的催化！！！ ⑤原则： 碱基互补配对原则 ⑥方向： 从子链的5′端向3′端延伸 四、DNA半保留复制的过程 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 每条新链和对应的模板链盘绕成双螺旋结构 四、DNA半保留复制的过程 1、DNA的复制并不是从DNA分子的两端开始解旋的，而是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位称为复制起点。 2、尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处，称为复制叉。 TCTTGCTC AGAACGAG AGAACGAG TCTTGCTC AGAACGAG TCTTGCTC + ①2条母链碱基顺序是什么关系？ ②2条子链碱基顺序是什么关系？ ③新的2个DNA碱基顺序是什么关系？ 互补 互补 相同 DNA复制的结果： 形成两个完全相同的DNA分子 a d a b c d 1. 复制中形成的化学键：_______、___________ 氢键 磷酸二酯键 2．准确复制的原因 (1)DNA分子独特的 结构提供了精确的模板。 (2)通过_____________保证了复制的准确进行。 3．意义 将_________从亲代传给子代，保持了_________的连续性。 双螺旋 碱基互补配对 遗传信息 遗传信息 4．DNA复制参与的酶 5．特点 (1) _____________；(2) _______复制； 边解旋边复制 半保留 解旋酶： 催化氢键形成，解开DNA的双螺旋 催化磷酸二酯键形成，底物为单个脱氧核苷酸 DNA聚合酶： 真核生物 多个复制起点双向复制 原核生物 一个复制起点双向复制 提高复制效率，使得复制能在较短时间内完成 特点三：双向复制 拓展：DNA复制的方向 32 ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC 5’ 3’ TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG 3’ 5’ GGAUCG 5’ AUCGCG 5’ TAGCGCTATCGCATCGACGCT 3’ ATAGCGTAGCTGCGACCTAGC 3’ DNA聚合酶的特点：不能从头合成DNA，而只能从 母链的3’端延伸DNA链。 DNA的合成方向：总是从子链的5‘端向3’端延伸。 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 前导链 5’ 3’ 冈崎片段 DNA聚合酶的底物： 单个脱氧核苷酸 DNA连接酶的底物： DNA片段 后随链 生物体内所有已知的DNA聚合酶只能催化5’→3’方向的延伸。 DNA复制过程中，以A链为模板时，DNA聚合酶可以沿5’-3‘方向连续合成新的互补链，这条新的互补链称为前导链。 A B 以B链为模板时，DNA聚合酶也是沿5’-3‘方向合成新链片段，但是与前导链的复制方向正好相反。随着解旋酶的移动会形成许多不连续的片段，称为冈崎片段。冈崎片段最终会在DNA连接酶的作用下被连接成一条完整的子链，称为后随链。 特点4：半不连续复制 4．DNA复制参与的酶 5．特点 (1) _____________；(2) _______复制； 边解旋边复制 半保留 解旋酶： 催化氢键形成，解开DNA的双螺旋 催化磷酸二酯键形成，底物为单个脱氧核苷酸 DNA聚合酶： 催化磷酸二酯键形成，底物为DNA片段 DNA连接酶： （3） 复制；（4）_______ 复制 半不连续 双向 为研究DNA分子复制机制，科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹，结果如图所示，思考回答下列问题。 解旋酶 四、DNA半保留复制的过程 (1)据图可知，DNA聚合酶使两条子链从5′端到3′端，还是从3′端到5′端进行合成？ (2)Rep可以破坏DNA双链之间的氢键吗？判断的依据是什么？ (3)据图推测DNA结合蛋白的功能是_________________________。 (4)根据材料能否推断Rep驱动复制叉移动需要水解ATP提供能量？ 从5′端到3′端进行。 可以。由题干可知，Rep是DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，能驱动复制叉的移动，使得双链打开，故Rep可以破坏DNA双链之间的氢键。 防止DNA单链重新形成双链 DNA复制需要ATP提供能量，Rep驱动复制叉移动也需要水解ATP提供能量。 [正误辨析] (1)所有的真核细胞内都能进行DNA复制。(　　) (2)DNA复制时，双螺旋的两条链全部解开后，才开始子链的合成。 (　　) (3)在DNA复制过程中，解旋酶破坏的是氢键，不能将DNA水解为脱氧核苷酸。(　　) × × √ 大本75 1．DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持遗传信息的连续性。如图为DNA复制过程模式图，下列相关说法，正确的是(　　) A．复制时两条子链的延伸方向相反 B．该过程中只需要解旋酶 C．亲代DNA的双螺旋结构全部打开再复制 D．合成的两条子链的碱基序列可互补配对 强化 题点对应训练 D 大本76 2．线粒体DNA(mtDNA)上有A、B两个复制起始区，当mtDNA复制时，A区首先被启动，以L链为模板合成H′链。当H′链合成了约2/3时，B区启动，以H链为模板合成L′链，最终合成两个环状双螺旋DNA分子，该过程如图所示。下列有关 叙述正确的是(　　) A．mtDNA分子中每个脱氧核糖 都与一或两个磷酸相连 B．mtDNA的复制方式不符合半保留复制 C．复制完成后H′链中的嘌呤数与L′链中的嘧啶数一定相同 D．H链与L链的复制有时间差，当H′链全部合成时，L′链合成了2/3 C 专题：DNA复制的相关计算 复制1次 复制2次 复制n次 …. ……. 15N 15N 1.DNA分子数 子代DNA分子数 含15N的DNA分子数 含14N的DNA分子数 只含15N的DNA分子数 只含14N的DNA分子数 2n个 2个 2n个 0个 2n-2个 无论DNA复制多少次，含母链的只有2条！ 41 (2)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝ 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。 (3)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， 经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸 个； 第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为 个。 2n+1 2 (2n+1－2) m×(2n－1) m×2n-1 易错警示 解答DNA复制相关计算题的四个易错点 (1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别是前者包括所有的复制，后者只包括最后一次复制。 (2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。 (3)复制模板：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都只有两个。 (4)关键词语：看清是“DNA数”还是“链数”，“含”还是“只含”等。　 1．一个双链均被32P标记的DNA置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是(　　) A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程 B．复制时在DNA聚合酶的催化下利用四种核糖核苷酸合成子链 C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7 D．子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4 强化 题点对应训练 B 大本77 2．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养液中连续复制5次。下列有关判断错误的是(　　) A．含有15N的DNA分子有2个 B．只含有14N的DNA分子占15/16 C．复制过程中共需腺嘌呤脱氧核苷酸1 280个 D．第5次复制时需腺嘌呤脱氧核苷酸640个 C 大本78 1．研究1条染色体，母链标记，培养液不含标记同位素。 (1)过程图解 ①培养一个细胞周期 归纳炼 DNA复制与细胞中的染色体标记问题 有丝分裂中染色体标记问题 规律总结: 若只复制一次，产生的子染色体都带有标记 ②再培养一个细胞周期 规律总结: 若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记 有丝分裂中染色体标记问题 DNA复制与细胞中的染色体标记问题 取一个全部N被15N标记的DNA分子， 转移到含14N的培养基中培养(复制)2代 复制 . . 分裂1次 复制 复制 . . . . 分裂2次 分裂2次 培养一个细胞周期， 产生的子染色体都带有标记 第一种可能 第二种可能 48 最后形成的4个子细胞有三种情况： 1、第一次分裂形成的2个子细胞都以第一种可能进行第二次分裂，即形成的2个细胞是 ，另外2个细胞是 2、第一次分裂形成的2个子细胞都以第二种可能进行第二次分裂，即形成的4个细胞都是 ； 3、第一次分裂形成的2个子细胞分别以第一种可能和第二种可能进行第二次分裂，即形成的2个细胞是 ，1个细胞是 ，1个细胞是 。 第一种可能 第二种可能 1．蚕豆根尖细胞(2n＝12)在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养液中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是(　　) A．每条染色体的两条染色单体都被标记 B．每条染色体中都只有一条染色单体被标记 C．只有半数的染色体中一条染色单体被标记 D．每条染色体的两条染色单体都不被标记 对点破 B 大本79 2．用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链。再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是(　　) A．0条　　　　　　　　　 B．20条 C．大于0条小于20条 D．以上都有可能 D 大本79 3．将DNA分子双链用3H标记的蚕豆(2n＝12)根尖移入普通培养液(不含放射性元素)中，再让细胞连续进行有丝分裂。若某普通培养液中的细胞处于第三次有丝分裂中期，根据图示，判断该细胞中染色体的标记情况最可能是 (　　) A．12个b B．6个a，6个b C．6个b，6个c D．b＋c＝12个，但b和c数目不确定 D 大本79 减数分裂中染色体标记问题 将含有15N的DNA转至含14N标记培养液中培养 复制 . . . . 减Ⅰ . . . . 减Ⅱ 减Ⅱ 减数分裂产生的子染色体都带有标记 DNA复制与细胞中的染色体标记问题 53 4．假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后培养在含14N的培养基中，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为(　　) A. 1　　　　　　　　　 B．2 C．4 D．3 对点突 C 大本79 5．小鼠睾丸中一个不含放射性标记的精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中培养一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养液中继续培养至完成减数分裂过程，其染色体的放射性标记分布情况是(　　) A．初级精母细胞中的每条染色体都被标记 B．次级精母细胞中的每条染色体都被标记 C．只有一半精细胞中含有被标记的染色体 D．含标记的精细胞中都有一半的染色体被标记 A 大本79 Lavf55.33.100 $