生物人教版（2019）必修2 3.3DNA的复制（共30张ppt）

(共30张PPT)
3.DNA的复制
第三章 基因的本质
本节目录
对DNA复制的推测
DNA半保留复制的实验证据
DNA复制的过程
DNA复制的相关计算规律
拓展延伸
课堂小结
巩固练习
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。”
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？
A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。
科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的证据之上。
对DNA复制的推测
沃森和克里克提出：复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基间氢键断裂，解开的两条单链分别作为模板，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。由于新合成的每个DNA中都保留了原来DNA中的一条链，这种复制方式称作半保留复制。
半保留复制假说
对DNA复制的推测
沃森和克里克的假说提出后，也有许多科学家持不同的观点，分别提出了全保留复制：
新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分
全保留复制假说
对DNA复制的推测
还提出了分散复制的假说：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的
分散复制假说
DNA半保留复制的实验证据
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了巧妙的实验
实验背景：
15N和14N是N元素的两种稳定性同位素，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区分含有不同N元素的DNA。
15N——密度大
14N——密度小
DNA半保留复制的实验证据
分离方法：密度梯度离心技术
密度梯度离心：高密度介质氯化铯经高速离心后，氯化铯会形成一个密度梯度。当加入DNA分子后，经过离心，DNA会停留在与周围的氯化铯密度相同的位置，通过观察DNA在氯化铯梯度中的位置就能区分含15N的DNA和含14N的DNA。
DNA半保留复制的实验证据
实验过程：
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，这时大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的，然后将大肠杆菌转移到含14NH4Cl的普通培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
DNA半保留复制的实验证据
实验结果与半保留复制假说吻合，表明DNA是以半保留的方式进行复制的。
问题探讨书P54页
1.请运用演绎推理来分析实验过程，完成上述实验预期，填写图中的方框。
问题探讨书P54页
2.假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的？
假如全保留复制是正确的，第一代 的结果：
一半的细胞中DNA是15N/15N-DNA，另一半的细胞中DNA是14N/14N-DNA；
第二代的结果：
1/4的细胞中DNA是15N/15N，3/4的细胞中DNA是14N/14N-DNA
问题探讨书P55页旁栏
第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？
第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了全保留复制的方式
DNA复制的过程
定义：DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
时间：在真核生物中，发生在有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
解旋：在解旋酶的作用下利用ATP，将DNA双螺旋的两条链解开；
DNA复制的过程
合成子链： 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；
复旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构，形成两个新的、完全相同的子代DNA分子。
DNA复制的过程
DNA复制的过程
条件：DNA的复制需要模板（亲代DNA的每一条）、原料（4种脱氧核苷酸）、能量、酶（解旋酶、DNA聚合酶等）等基本条件；
特点：边解旋边复制（提高复制效率）、半保留复制；
准确复制原因：DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确的进行。
意义：DNA通过复制将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
DNA复制的相关计算规律
1个含15N的DNA分子以含14N的脱氧核苷酸为原料，复制n次，则有：
子代DNA共2n个，
其中含15N的DNA分子为2个；
只含15N的DNA分子为0个；
含14N的DNA分子为2n个；
只含14N的DNA分子为（2n-2）个
DNA复制的相关计算规律
1个含15N的DNA分子以含14N的脱氧核苷酸为原料，复制n次，则有：
子代DNA中脱氧核苷酸链数为2n+1，
其中含15N的链数为2条；
含14N的链数为2n+1-2条。
DNA复制的相关计算规律
若DNA中某核苷酸A为m个，则复制n次需要A数为m*（2n-1）；第n次复制需要A数为m*2n-1
问题探讨
1.DNA复制后，两个DNA分子会出现在什么位置上？
2.DNA复制后，两个DNA分子什么时候分开？去向哪里？
核DNA复制后位于两姐妹染色单体上
减数第二次分裂后期和有丝分裂后期分开，进入到子细胞中
拓展应用书P56页
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。
拓展应用书P56页
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。
复制泡
拓展延伸-真核生物复制起点模型
真核生物因为细胞内含有核膜，并且蛋白质的需求量高，所以多起点复制有效的加快了复制的效率，方便后续的转录和翻译。DNA在复制的时候，在DNA解旋酶的作用下，双链首先解开，形成了复制叉，而复制叉的形成则是由多种蛋白质和酶参与的较复杂的复制过程
课堂小结
巩固练习
1.下列关于细胞核中DNA复制的叙述，错误的是（ ）
A.DNA复制发生在细胞分裂间期
B.DNA复制的方式为半保留复制
C.DNA复制过程需要核糖核苷酸、酶和ATP
D.DNA复制过程中，解旋和复制是同时进行的
C
DNA复制需要的是4种游离的脱氧核苷酸
巩固练习
2.DNA复制时子链从5’端到3‘端延伸，合成的两条链分别称为前导链和后随链，下列相关叙述正确的是（ ）
A. DNA聚合酶作用的部位是氢键,DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键
B. DNA聚合酶沿母链的3′端到5′端移动,两条子链都是由左向右合成
C. DNA复制过程中解旋酶将两条链完全解旋后进行复制,可以减少复制所需时间
D. 引物在前导链的合成过程中引发一次,后连续合成,而后随链需多个引物参与
D
DNA聚合酶和DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键
DNA复制时,DNA聚合酶沿母链的3′端到5′端移动,子链都是由5'→3'方向延伸的,方向不一致
DNA复制过程,边解旋边复制,可以减少复制所需时间
巩固练习
3.现有DNA分子的两条单链均只含有14N（表示为14N14N）的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是（ ）
A. 有15N14N和14N14N两种,其比例为1:3
B. 有15N15N和14N14N两种,其比例为1:1
C. 有15N15N和14N14N两种,其比例为3:1
D. 有15N14N和14N14N两种,其比例为3:1
D
DNA分子的两条单链均只含有14N,该大肠杆菌在含有 15N 的培养基中繁殖两代,形成4个DNA,其中2个DNA为15N14N,另外2个DNA为15N15N。;再转到含有 14N 的培养基中繁殖一代,DNA为15N14N形成的子代DNA中,一个DNA为15N14N,另外1个DNA为 14N14N;而DNA为 15N15N 形成的2个子代DNA都为 15N14N;因此理论上 DNA 分子的组成类有 15N14N 和 14N14N 两种,其比例为 3:1。 故选:D。
巩固练习
4.某DNA分子含有m对碱基，其中胞嘧啶有n个。下列有关叙述正确的是（ ）
A. 该DNA分子中含有2m+n个氢键
B. 该DNA分子的一条链中的胞嘧啶最多有n/2个
C. 该DNA分子中的每个脱氧核糖均与两个磷酸基团相连
D. 该DNA分子连续复制3 次，第3次复制时消耗7（m-n）个腺嘌呤
A
该DNA分子中含有n个G-C碱基对，有（m-n）个A-T碱基对，一个A-T碱基对中含有2个氢键，一个G-C碱基对中含有3个氢键，所以该DNA分子中共含有的氢键数=3n+2（m-n）=2m+n个
该DNA分子中的胞嘧啶最多为n个，有可能一条链上有n个胞嘧啶
在DNA分子链的末端，一个脱氧核糖和一个磷酸基团相连
该DNA分子连续复制3次，得到8个DNA分子，则第3次复制时消耗4（m-n）个腺嘌呤
巩固练习
5.如图为真核细胞内某DNA片段（15N标记）结构示意图，共由1000对脱氧核苷酸组成，其中碱基A能占20%，下列说法正确的是（ ）
A. 该DNA片段复制3次,则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸2800个
B. 该DNA片段的一条核苷酸链中为3∶2
C. 解旋酶作用于①部位,DNA聚合酶用于催化②部位的化学键构成
D. 将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后,含14N的DNA分子占四分之三
B
由题意知,该基因是1000个碱基对,其中碱基A占20%,因此鸟嘌呤G=2000×30%=600,复制3次,则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸是600×(23-1)=600×7=4200个
已知该基因全部碱基中A占20%,根据碱基互补配对原则,A=T=20%,则C=G=30%,所以该基因的每一条核苷酸链中及整个双链中(C+G)/(A+T)的比例均为3:2
DNA解旋酶水解氢键,作用于②部位,DNA聚合酶作用于①部位
DNA分子复制是半保留复制,将细胞置于14N培养液中复制3次后,DNA分子均含14N,所以含14N的DNA分子占100%