生物人教版（2019）必修2 3.3DNA的复制（共28张ppt）

(共28张PPT)
第3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
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？
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，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。
一、对DNA复制的推测
1.半保留复制
2.全保留复制
假说:DNA复制以DNA双链为模板，新复制出的两个DNA分子，一个双链都是亲代的，另一个双链都是新合成的。
3.分散复制
假说:新复制出的两个DNA分子每条链中既有母链片段又有新形成的片段
半保留复制
全保留复制
分散复制
（沃森、克里克）
假说: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。
由于新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链，因此,这种复制方式称作半保留复制。
二、DNA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，设计了一个巧妙的实验。
同位素标记技术：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，因此利用密度梯度离心技术可以在试管中分离开含有不同N元素的DNA。
密度梯度离心技术：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。
公众号：真姐的生物课堂
思考·讨论
证明DNA半保留复制的实验
重带(下部)
15N/15N
中带(中间)
15N/14N
轻带(上部)
14N/14N
中带(中间)
15N/14N
科学家先用含有15NH4Cl的培养基培养大肠杆菌，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有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。
结论： DNA的复制是以半保留的方式进行的。
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA的复制是分散复制
细胞再分裂一次
转移到含14NH4Cl
的培养液中
分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
亲代
子一代
DNA
复制一次
子二代
DNA
复制一次
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N
14N/ 15N
14N/ 14N
14N/ 14N
15N/ 14N
14N/ 15N
科学家完成上述实验的结果是：
亲代大肠杆菌的DNA经离心处理后，试管中只出现了一条DNA带，位置靠近试管的底部，说明其密度最大，是 15N标记的亲代双链DNA（15N/ 15N-DNA）；将转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条带，但位置居中，说明其密度居中，是只有一条单链被 15N标记的子代双链DNA（15N/ 14N-DNA）；将第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中，为15N/ 14N-DNA，另一条带的位置更靠上，说明其密度最小，是两条单链都没有被 15N标记的子代双链DNA（14N/ 14N-DNA）。
DNA半保留复制的实验证据
实验验证
科学技术方法——密度梯度离心
按照梅塞尔森和斯塔尔的实验思路，按三种复制方式得到的DNA标记情况。
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、全保留复制或分散复制
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
科学研究的方法——假说演绎法
三、DNA复制的过程
（一）DNA复制的概念
DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
（二）DNA复制的时间
（三）DNA复制的场所
在真核生物中，DNA的复制是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
主要是细胞核 （线粒体、叶绿体、原核生物的拟核）
（有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期）
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
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A
3'
5'
C
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G
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3'
5'
ATP
解旋酶
（四）DNA复制的过程
1.解旋：
在细胞提供的能量（ATP）的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
断开氢键
C
C
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G
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G
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T
T
形成氢键
2.形成子链：
DNA聚合酶等以解开的每一条链为模板，以细胞内游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，随机地与两条母链的碱基配对。
C
C
G
T
A
G
T
A
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A
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G
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A
DNA聚合酶
5'
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G
A
G
C
T
T
5'
3'
ATP
ATP
子链合成方向： 子链的5'端→ 3'端
DNA聚合酶形成磷酸二酯键
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，各自合成与母链互补的一条子链。
C
C
G
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T
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A
5'
3'
随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链不断延伸，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，1个DNA分子就形成了2个完全相同的DNA分子。
3.形成子代DNA分子：
重新螺旋
DNA复制的过程
a.解旋
解旋酶
在解旋酶的作用和能量驱动下，双链螺旋的DNA打开氢键，解开成为两条单链，每条单链均作为模板合成新的DNA。
b.合成子链
DNA聚合酶
以两条母链为模板，4种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则合成为两条新的子链。
母链(模板链)
子链(新合成的链)
四种脱
氧核苷酸
c.复旋形成DNA
一条母链和一条子链盘绕成为一个新的DNA分子。
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
能量：ATP（为DNA的复制提供能量）
模板：2条DNA分子单链
原料：游离的4种脱氧核苷酸
酶：解旋酶、DNA聚合酶
（五）DNA复制的条件
（六）DNA复制的特点
1.边解旋边复制
2.半保留复制
（七）DNA能够准确复制的原因 双螺旋结构：
为DNA复制提供了精确的模板
碱基互补配对原则：
保证了复制的准确进行
（八）DNA复制的结果
一个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子
（九）DNA复制的意义
DNA通过复制，将遗传信息从亲代传递给子代细胞，保持了遗传信息的连续性。
DNA复制的过程
分子总数________
只含15N的分子___________
含15N 14N的分子__________
只含14N的分子___________
含14N的分子___________
脱氧核苷酸链总数________
含15N的链为_____________
含14N的链为_____________
2n
0
2
2n-2
2n+1
2
2n+1-2
2n
已知一条全部N原子被15N标记的DNA分子（亲代），转移到含14N的培养基上培养n代,其结果如下，回答下列问题
复制n次消耗某种脱氧核苷酸的量:
(假设每次消耗某种脱氧核苷酸的量为a)
a（２ｎ－１）
复制第n次消耗某种脱氧核苷酸的量：
a·2n－1
DNA复制中的有关计算
DNA复制方向：5’→3’
多起点复制图示
真核生物DNA复制：多起点不同时双向复制
1.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入含14N的培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　)
A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
课堂练习与课后作业
A
2.如图为真核生物DNA复制过程示意图，有关分析错误的是(　)
A.DNA具有半保留复制、边解旋边复制的特点
B.DNA复制时两条子链的延伸方向相同
C.DNA不同起点的复制是不同步进行的
D.多起点双向复制提高了DNA的合成速率
B
3.已知某DNA分子含有500个碱基对，其中一条链上A︰C︰T︰G=1︰2︰3︰4。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸4500个，则该DNA分子已经复制了(　　)
A.3次 B.4次 C.5次 D.6次
B
4.下列关于DNA复制过程的正确顺序是（ ）
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间形成氢键
③DNA分子在解旋酶的作用下解旋
④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对
⑤子链与母链盘旋成双螺旋状结构
A.①③④②⑤ B.①④②⑤③
C.①③⑤④② D.③①④②⑤
D
5.某被15N标记的1个T2噬菌体（第一代）侵染未标记的大肠杆菌后，共释放出n个子代噬菌体，整个过程中共消耗a个腺嘌呤。下列叙述正确的是（　　）
A．子代噬菌体中含15N的个体所占比例为1/2n－1
B．可用含15N的培养液直接培养出第一代噬菌体
C．噬菌体DNA复制过程需要的模板、酶、ATP和原料都来自大肠杆菌
D．第一代噬菌体的DNA中含有a／（n－1）个胸腺嘧啶
D
6.一个DNA分子经过3次复制后，保留有原来母链的子代DNA分子占全部子代DNA分子的比例为（ ）; 原来的母链占全部脱氧核苷酸链的比例为( )。
A.1/2 B.1/4 C.1/8 D.1/16
B
C
2/23=1/4
2/（23×2）=1/8
7.下图是DNA的复制图解，请据图回答下列问题。
(1)将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，问含14N的DNA细胞占总细胞数的_____。含15N的DNA细胞占总细胞数的______。
(2)已知原来DNA中有100个碱基对，其中A40个，
则复制4次，在复制过程中将需要__________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸参加。
100%
12.5%
900
8．女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为4μm/min，但复制过程仅需40min左右即可完成。这是因为DNA分子（ ）
A．边解旋边复制
B．每个复制点双向复制，使子链迅速延伸
C．以半保留方式复制
D．复制起点多，分段同时复制
D
9.下列四种化合物的“○”中都含有结构“A”，对此分析不正确的是（ ）
A．人体的一个细胞可以同时含有①②③④这4种结构
B．大肠杆菌含有结构③和④，但遗传物质只含有结构③
C．烟草花叶病毒含有结构④
D．上述四种化合物的“○”中所包含的结构相同
① ② ③ ④
D
练习与应用 P56
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
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
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。
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。
核酸检测的原理是实时荧光PCR技术，该技术是将病毒RNA经逆转录获得cDNA，再经PCR体外扩增得到大量DNA，而后进行检测。
实际应用
DNA半保留复制的过程