生物人教版（2019）必修2 3.3 DNA的复制（共36张ppt）

(共36张PPT)
第三章 基因的本质
第3节 DNA的复制
人教版·必修二
DNA复制
问题探究
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”。
讨论
1、碱基互补配对原则暗示了DNA的复制机制可能是怎样的？
碱基互补配对原则是指DNA两个链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示DNA的复制可能需要显解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
一、对DNA复制的推测
1. 沃森和克里克的假说
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂开，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。
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称为半保留复制。
一、对DNA复制的推测
2. 其他的假说
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是合成的，这种复制方式称为全保留复制。
一、对DNA复制的推测
半保留复制
全保留复制
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？
思考1：这两种假说从结果上来看有什么区别？
思考2：如果要设计实验验证假说，那么需要重点观察什么？
一、对DNA复制的推测
活动一：
根据假说，尝试画出半保留复制和全保留复制这两种复制模式下得到的子代DNA示意图。
画子代DNA时，注意每一代的DNA链的组成情况用不同颜色的笔迹表示，蓝笔画亲代DNA的母链，红笔（或黑笔）画新合成的子链。
问题1：如何区分亲代和子代DNA？
同位素标记
问题2：将双链都含15N的DNA，放在含14N的培养液中进行复制，则子一代、子二代的DNA双链中N元素标记情况如何？
15N 14N
讨论
一、对DNA复制的推测
一、对DNA复制的推测
活动二：
尝试画出两种复制模式下，得到子一代、子二代的DNA双链中N元素标记情况。
用蓝笔代表含15N的DNA单链，红笔代表含14N的DNA单链。
讨论
问题3：实验中，复制后的DNA混合在一起的，不易分离，怎么解决这个问题？
密度梯度离心技术(15N质量大于14N)
活动三：
根据假说，尝试记录两种复制模式下获得的DNA在离心后，亲代、子一代、子二代DNA在试管中所处的位置。
一、对DNA复制的推测
①如果DNA是半保留复制，复制后得到的子一代DNA和子二代DNA的组成是怎样的
②如果要在实验中直观地区别、“标识”母链或子链，可以采取什么办法？
③如果用同位素(放射性)进行标记，用什么元素
④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？其质量如何（用重、中、轻表示）？
⑤要验证上述预测，就要分别观察亲代和子代的情况。但实验中，复制后的DNA分子混合在一起的，不易分离。怎么解决这个问题？
⑥如果对亲代、子一代、子二代的DNA都分别进行离心，结果会怎样分布？
讨论
密度梯度离心技术(15N质量大于14N)
同位素标记的方法
C 、H 、O、 N 、P
二、DNA半保留复制的实验证据
美国科学家梅塞尔森和斯塔尔
1. 实验者：
大肠杆菌
2. 实验材料：
同位素标记法（15N无放射性）、
密度梯度离心法
3. 实验技术：
假说—演绎法
4. 研究方法：
15N
14N
14N/ 14N
15N/ 14N
15N/ 15N
二、DNA半保留复制的实验证据
科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌DNA几乎都是15N标记的。然后，将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养基中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将DNA离心，记录离心后试管中DNA的位置。
5. 实验过程：
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
转移到含14NH4Cl的培养液中
大肠杆菌在含14NH4Cl的培养液中生长
二、DNA半保留复制的实验证据
6. 演绎推理
假说：半保留复制
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N-DNA
15N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
15N/ 14N-DNA
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N-DNA
15N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
密度
低
高
二、DNA半保留复制的实验证据
6. 演绎推理
假说：全保留复制
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
15N/ 15N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
15N/ 15N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
密度
低
高
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
二、DNA半保留复制的实验证据
15N
14N
14N
14N
15N
14N
亲代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
15N
15N
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
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
实验预期：
半保留复制
二、DNA半保留复制的实验证据
亲代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
15N
15N
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
15N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
实验预期：
全保留复制
二、DNA半保留复制的实验证据
7. 实验验证
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
提取DNA，离心
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N-DNA
15N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA
转移到含14NH4Cl的培养液中
提取DNA，离心
第一代
第二代
提取DNA，离心
实验结果证明：DNA的复制时以半保留的方式进行的。
二、DNA半保留复制的实验证据
讨论
4、如果用同位素标记，什么元素好？为什么？
2、该实验关键思路？
1、科学家采用什么作为实验材料，有何优点？
3、如果要在实验中直观地区别或标识“母链”和“子链”，可采取什么办法？
（用15N元素对亲代DNA标记，这个实验直接用稳定性同位素就可以了，DNA中N含量比较高，且N是碱基的重要成分)
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。
大肠杆菌细胞 （大肠杆菌20min繁殖一代）
同位素标记法。
二、DNA半保留复制的实验证据
讨论
7、将亲代细菌、分裂一次、分裂两次的细菌中的DNA分离，如何将不同标记的DNA分开呢？
6、如何让子代DNA获得14N标记？
5、如何让亲代DNA获得15N标记？
将上述亲代大肠杆菌转入含14NH4Cl培养基中
将大肠杆菌放入含15NH4Cl培养若干代
密度梯度离心法
观察现象，提出问题
提出假说，解释现象
演绎推理，实验验证
根据假说，演绎推理两种复制模型得到的子代DNA的结果；并实施实验，统计结果
得出结论
DNA是半保留复制的
假说——演绎法
DNA是如何复制的
半保留复制
全保留复制
【科学方法一般程序】
二、DNA半保留复制的实验证据
三、DNA复制的过程
1. DNA复制的概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
DNA复制
亲代DNA
子代DNA
2. DNA复制的场所
真核细胞：细胞核、线粒体、叶绿体
原核细胞：拟核
3. DNA复制的时间
细胞分裂前的间期
（有丝分裂前的间期、
减数第一次分裂前的间期）
三、DNA复制的过程
4. DNA复制的过程
① 解旋
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。
解旋酶
三、DNA复制的过程
DNA聚合酶
3
5
5
5
3
3
以母链为模板进行碱基互补配对
4. DNA复制的过程
② 合成子链
然后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。
三、DNA复制的过程
新DNA
4. DNA复制的过程
③ 形成DNA
随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的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。
三、DNA复制的过程
三、DNA复制的过程
5. DNA复制的特点
解旋酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
游离的脱氧核苷酸
5
5
3
3
新合成的子链
① 模板：
亲代DNA的两条链
② 原料：
游离的4种脱氧核苷酸
③ 酶：
解旋酶、DNA聚合酶等
④ 能量：
由细胞提供（如ATP供能）
6. DNA复制需要的基本条件
①边解旋边复制
②半保留复制
三、DNA复制的过程
解旋酶
DNA聚合酶
DNA聚合酶
游离的脱氧核苷酸
5
5
3
3
新合成的子链
7. DNA精确复制的原因
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。
8. DNA复制的意义
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。
有丝分裂前的间期、减数分裂第一次分裂前的间期
①模板：
②原料：
③能量：
④酶：
DNA的两条母链
游离的脱氧核苷酸（A、T、C、G）
ATP
解旋酶(解开双链)、DNA聚合酶(将脱氧核苷酸链接成链)等
①DNA独特的双螺旋结构提供精确的模板
①边解旋边复制
②半保留复制
真核生物：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
解旋 → 合成互补子链 → 形成子代DNA
②碱基互补配对原则
DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
保持了遗传信息的连续性
1个DNA分子 2个完全相同的DNA分子
三、DNA复制的过程
1、概念：
4、条件
5、复制过程：
6、复制特点：
7、复制的结果：
8、准确复制原因：
9、复制的生物学意义：
2、场所：
3、时期：
知识巩固
三、DNA复制的过程
1．下列关于DNA复制的叙述，正确的是(　　)
A．DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则
B．DNA复制时，两条脱氧核糖核苷酸链都作为模板
C．DNA分子全部解旋后，才开始进行DNA复制
D．脱氧核苷酸必须在DNA酶作用下才能连接形成新的子链
B
大本P51
2．如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的一项是(　　)
知识巩固
D
大本P51
A．酶①和酶②均作用于氢键
B．该过程的模板链是a、d链
C．该过程中的c、d链碱基序列相同
D．DNA复制的特点是半保留复制
三、DNA复制的过程
四、与DNA复制相关的计算
若将一个15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养，复制n代后，其结果分析如下：
15N
15N
亲代
14N
15N
15N
14N
1代
2代
n代
2n
1. 子代DNA分子数：2n 个
① 无论复制多少次，含15N的DNA
分子始终是2个。
② 含14N的有2n 个，只含14N的有
2n-2 个。
2. 子代DNA分子的总链数：2n+1 条
① 无论复制多少次，含15N的链始终是2条。
② 含14N的链数是2n+1-2条。
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。
知识巩固
2
6
8
0
6
四、与DNA复制相关的计算
四、与DNA复制相关的计算
若将一个15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下：
15N
15N
亲代
14N
15N
15N
14N
1代
2代
n代
2n
3. 消耗的脱氧核苷酸数：
① 若某一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n-1)个。
② 若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸为m×(2n-1) 。
1．将一个由100个碱基组成的双链DNA分子(设为亲代DNA)放在含有被3H标记的脱氧胸苷(3H－dT)的培养液中进行复制，一段时间后测得子二代的放射性强度[放射性强度＝(含3H的碱基总数/DNA中的碱基总数)×100%]为30%。则亲代DNA中含有的胸腺嘧啶的个数为(　　)
A．10 B．20 C．30 D．40
2．一个被15N标记的DNA分子，以含14N的四种脱氧核苷酸为原料，连续复制3次，则含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链的比例是(　　)
A．1/2 B．1/4 C．1/6 D．1/8
D
知识巩固
大本P52
3．某一DNA分子中，A为200个，复制数次后消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子已经复制了几次 (　　)
A．4次 B．3次 C．5次 D．6次
A
D
四、与DNA复制相关的计算
1．用一个32P标记的噬菌体侵染31P标记的细菌。若该细菌解体后释放出16个大小、形状一样的噬菌体，则其中含有32P的噬菌体有(　　)
A．1个 B．2个 C．15个 D．16个
5．将大肠杆菌置于含15N的培养基中培养一段时间，然后把DNA被15N完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N的普通培养基培养，使其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA中含14N的脱氧核苷酸链与含15N的脱氧核苷酸链的比是(　　)
A．3∶1 B．2∶1 C．1∶1 D．7∶1
B
知识巩固
小本P117 课后作业(十二)
10．一双链DNA分子中G＋A＝140，G＋C＝240，在以该DNA分子为模板的复制过程中共用去140个胸腺嘧啶脱氧核苷酸，则该DNA分子连续复制的次数是(　　)
A．1次 B．2次 C．3次 D．4次
C
A
四、与DNA复制相关的计算
五、DNA复制拓展
人体细胞某DNA的长度为200×10-9m，复制速度为5 ×10-9m/s，但经检测却发现此DNA的复制只需5s的时间。此事实说明什么？
1. 多起点复制：
真核生物DNA的复制从多个起点开始进行，使得复制能再较短时间内完成。
复制起点
2. 双向复制：
多数生物细胞内DNA的复制都是从固定的起点开始双向进行的。
复制方向
五、DNA复制拓展
人体细胞某DNA的长度为200×10-9m，复制速度为5 ×10-9m/s，但经检测却发现此DNA的复制只需5s的时间。此事实说明什么？
复制起点
3. 半不连续复制:
由于DNA聚合酶具有专一性（子链从5 →3 延伸），而DNA的2条链是反向平行的，所以再复制时一条子链的合成时连续进行的，而另一条子链的合成是反向不连续进行的，由DNA连接酶将这些片段连成一条子链。
表示不连续复制
表示连续复制
五、DNA复制拓展
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的复制，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
课本P47——练习与应用
讨论