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章 基因的本质 第3节 DNA的复制 学习目标 运用假说—演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留方式进行复制； 通过对DNA半保留复制方式的学习，理解DNA的准确复制是遗传信息稳定遗传的基础； 概述DNA复制的条件、过程和特点。 问题探讨 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。” 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。 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？ 科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。 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. 《核酸的分子结构》论文节选 5’ 3’ 5’ 3’ 双螺旋解开 氢键断裂 ①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂 5′ 3′ 模板 3′ 5′ 模板 子链 子链 ②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依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 ③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制 介绍解旋 4 一、对DNA复制的推测-提出假说 半保留复制 全保留复制 沃森和克里克 如何证明哪一个观点是正确的？ 二、DNA半保留复制的实验证据 “探究DNA复制是哪种方式？”的关键思路是什么？ 如何做区分亲代和子代的DNA，又如何进行实验观察呢？ 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。 同位素标记技术、密度梯度离心法 15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，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 离心后的结果 1.若DNA两条链的N都是______，DNA位于试管最上层 3.若DNA两条链的N___________________，DNA位于试管中层 2.若DNA两条链的N都是______，DNA位于试管最下层 如果DNA的两条链含的N元素(14N或15N)不同，DNA的密度则不相同，科学家用密度梯度离心法对DNA进行离心，可能在试管里观察到三条带。请回答： 14N 15N 一条链15N，一条链14N 二、DNA半保留复制的实验证据 为什么不用32P，14C等具有放射性的同位素标记呢？ 15N/ 15N-DNA 15N/ 14N-DNA 14N/ 15N-DNA 15N/ 14N 14N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 14N 亲代 第一代 演绎推理 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 第二代 DNA 复制一次 思考：全保留复制的离心结果是？ 15N/ 15N 14N/ 15N 14N/ 14N 14N/ 15N 二、DNA半保留复制的实验证据-半保留复制 演绎推理 二、DNA半保留复制的实验证据-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 15NH4Cl 14N/ 14N-DNA 繁殖若干代 15N/ 15N-DNA 目的？ 15N/ 15N-DNA 14NH4Cl 再分裂一次 分裂一次 提取DNA离心 提取DNA离心 DNA复制一次 DNA再复制一次 得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记 大肠杆菌 10 让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代，在放入14NH4Cl的培养液中培养。 15N/15N-DNA密度最高、15N/14N-DNA密度中等 14N/14N-DNA密度最低 1.实验者： 2.实验材料： 3.实验技术： 大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 同位素标记技术、密度梯度离心技术 4.实验原理： 美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 5.实验过程： 二、DNA半保留复制的实验证据 11 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 排除全保留复制 提出DNA离心 提出DNA离心 实验结果与半保留复制假说的演绎推理结果一致 证明DNA的复制是半保留复制 6.实验结论： 5.实验过程： 二、DNA半保留复制的实验证据 得出结论 发现问题 提出假说 演绎推理 实验验证 半保留复制、全保留复制 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 结论：DNA复制是半保留复制 DNA是如何复制的? 证明DNA半保留复制的实验 三、科学研究的方法-假说演绎法 13 无论DNA复制多少次含有母链的DNA分子永远只有2条 DNA分子数目 ①第n代DNA分子总数为 个 ②含14N的DNA分子数为 个 ③含15N的DNA分子数为 个 ④只含14N的DNA分子数为 个 ⑤只含15N的DNA分子数为 个 2n 2 2n 0 2n-2 (1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则： 四、DNA复制的相关计算 14 T G A A C T G C T A C T T G A C G A 脱氧核苷酸链数 ①子代DNA中脱氧核苷酸链数为 条 ②亲代（含15N）脱氧核苷酸链数为 条 ③新合成（含14N）脱氧核苷酸链数为 条 2n+1 2 2n+1-2 四、DNA复制的相关计算 练习与应用 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 ① 子一代 ② 子二代 亲代 ① ③ 子三代 【对点训练1】大肠杆菌的全部DNA用15N标记后，然后将其转移至14N培养基中培养，子代细菌DNA离心检测会出现的结果是（ ） A．第一代离心后，含有15N的DNA占50% B．第一代离心后，所有的单链均含有14N C．第二代离心后，试管中会出现14N/14N-DNA D．第二代离心后，试管中会出现15N/15N-DNA C 【对点训练2】（2021·浙江·高考真题）含有100个碱基对的—个DNA分子片段，其中一条链的A+T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，如果连续复制2 次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为（　　） A．240个 B．180个 C．114个 D．90个 B 五、DNA复制的过程 19 概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 时间 真核细胞：细胞核（主要）、线粒体和叶绿体； 原核细胞：拟核区（主要），质粒（环状DNA）； 病毒：宿主细胞中（如：噬菌体侵染大肠杆菌） 细胞分裂前的间期，随染色体的复制而完成 场所 五、DNA复制的过程 ⑴解旋：在能量（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 解旋酶：作用于氢键 五、DNA复制的过程 21 ⑵合成子链：游离的4种脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链（作为模板）的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。 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 五、DNA复制的过程 22 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 ⑵合成子链：在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。 方向：5 '端→3 '端 形成磷酸二酯键 五、DNA复制的过程 23 （3）形成子代DNA分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 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 ' 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' 五、DNA复制的过程 24 五、DNA复制的过程 【思考】①两条母链的碱基顺序是否相同? ②两条子链的碱基顺序是否相同? ③新合成的两个DNA碱基对排列顺序是否相同? 互补 互补 条件: ③能量 亲代DNA的两条链 4种游离的脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 由细胞代谢提供的ATP等 ①模板 ②原料 ④酶 原则: 特点: 边解旋边复制 半保留复制 碱基互补配对原则：A-T，C-G 意义: DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。 五、DNA复制的过程 形成两个完全相同的DNA分子。 新复制出的两个子代DNA分子通过细胞分裂分配到子细胞中去。 结果: 为什么DNA分子复制能够准确进行? (1)DNA独特的 结构，为复制提供了精确的模板。 (2)通过 ，保证了复制能够准确地进行。 双螺旋 碱基互补配对 27 练习与应用 2.已知果蝇的基因组大小为18×108bp(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。 【对点训练】真核细胞中DNA复制如下图所示，下列表述错误的是（ ） A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成 B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代 C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化 D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则 B 【综合训练】（2024年市统考）已知果蝇基因组大小为1.8×108bp（bp表示碱基对），真核细胞中DNA的复制速率一般为50~100bp/s。图5为果蝇DNA的电镜照片，图中箭头所指的区域为泡状结构叫做DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。根据以上信息下列相关叙述错误的是( ） A．图中观察到的现象为DNA分子边解旋边复制提供依据 B．复制泡大小有差异说明复制经历的时间可能是不同的 C．果蝇基因组完整复制一次需要用时为500~1000小时 D．实验证明果蝇DNA进行多起点复制从而加快复制进程 C 真核生物 DNA 的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。 原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点。 真核生物与原核生物DNA复制的区别 【变式训练】如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析， 下列相关叙述错误的是(　　) A.由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制 B.解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATP C.从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的 D.DNA聚合酶催化互补碱基之间氢键的形成 D 练习与应用 一、概念检测 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的。（ ） × × 2.DNA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 二、拓展应用 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。 【对点训练】右图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图。下列叙述错误的是（ ） A．从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的 B．图中DNA复制的模板链是a链和b链 C．该图示无法体现边解旋边复制边螺旋 D．该图示能体现DNA半保留复制的特点 C 【综合训练】图1中原 DNA分子有a和d两条链，将图1中某一片段放大后如图2所示。分析回答下列问题： (1)图1中，I和II均是DNA复制过程中所需要的酶，其中II能将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，从而形成子链，则I是 酶，II是 酶。 图1中两条DNA单链按 方式盘旋成双螺旋结构。 (2)在绿色植物根尖分生区细胞中进行图1过程的场所为 ；DNA 的基本骨架为 ； DNA分子中 碱基对比例越高，DNA分子越稳定。 (3)图2中序号④的中文名称是 。若1个DNA 双链均被³²P标记的 T2噬菌体去侵染未标记的大肠杆菌，释放出 m个子代噬菌体，其中含有³²P的噬菌体所占的比例为 . 解旋、DNA聚合、反向平行 细胞核、线粒体；磷酸-脱氧核糖 胸腺嘧啶脱氧核苷酸、2/m Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $