高一生物（人教版2019必修二）课件 3.3 DNA的复制(共39张PPT)

(共39张PPT)
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”
1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
暗示DNA的复制可能要先解开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？这反应科学研究具有什么特点？
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实验证据之上。
科恩伯格
1959年获诺贝尔奖
资料一：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶，结果并未得到DNA分子。
资料二：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶。又加入了微量的DNA分子。结果有新的DNA产生，且与加入的微量DNA分子相同。
思考1：这两个实验有什么区别？
思考2：说明了什么？
思考3：DNA是以什么样的方式进行复制的呢？
DNA的复制需要模板
01
对DNA复制的推测
一、DNA复制方式的推测
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；
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。
资料三：沃森和克里克提出DNA自我复制假说：
半保留复制
一、DNA复制方式的推测
半保留复制的假说一提出来，就受到了许多科学家的质疑，许多科学家质疑DNA的双螺旋结构如何打开？最后又如何恢复？所以有些科学家回避了双螺旋如何打开的问题，提出了全保留复制的假说。
全保留复制：是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的
资料四：其他人提出DNA全保留复制假说：
全保留复制
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、DNA复制方式的推测
02
DNA复制的实验证据
DNA复制方式的探索
DNA是肉眼看不可见的，如何直观地区别母链和子链呢？（提示：可选用化学方法）
如果用同位素进行标记,可标记什么元素
问题1
问题2
同位素标记法
15N 14N
C、H、O、N、P
思考:
（1）先在含有15N的15NH4Cl培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代之后，大肠杆菌的DNA含有哪种N元素？
（2）再将大肠杆菌转移到14N的培养液中，子一代的大肠杆菌DNA含有哪种N元素？
（3）继续培养下去，子二代的大肠杆菌DNA含有哪种N元素？
（1）大肠杆菌的DNA基本都是15N/15N的DNA；
（2）子一代的大肠杆菌DNA含有15N/14N的DNA。
（3）子二代的大肠杆菌DNA含有15N/14N的DNA以及14N/14N的DNA。
假如亲代DNA的两条链被15N完全标记，现在提供14N标记的原料让其进行DNA复制。
预测并画出全保留复制和半保留复制中子一代和子二代中DNA的情况。
用红笔代表亲代DNA母链，黑笔（或蓝笔）代表新合成的子链，
第一代
第二代
第三代
（1）将大肠杆菌培养在含15N的NH4Cl培养基上生长。
（2）把它们转移到14N的普通培养基上生长，繁殖。
15N
15N
半保留复制 全保留复制
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
15N/14N
15N/14N
14N/14N
14N/14N
15N/14N
用什么方法可以将不同N原子标记的DNA区分开？
问题3
密度梯度离心
复制前
复制后
密度梯度离心法
高密度带
中密度带
低密度带
15N
14N
15N
15N
14N
14N
轻带(上部)
中带(中间)
重带(下部)
15N/15N
14N/14N
15N/14N
DNA复制方式的探索
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？
问题4
4.1 实验预期
①全保留复制
②半保留复制
15N/15N
14N/14N
14N/14N
14N/14N
14N/14N
15N/15N
15N/15N
15N/15N
亲代
子一代
子二代
14N/14N
14N/14N
15N/14N
15N/14N
15N/14N
15N/14N
重带
15N/15N
中带
15N/14N
轻带
14N/14N
中带
15N/14N
重带
15N/15N
重带
15N/15N
轻带
14N/14N
轻带
14N/14N
重带
15N/15N
DNA半保留复制的实验证据
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
提取DNA，离心
转移到含14NH4Cl的培养液中，细胞分裂一次
提取DNA，离心
提取DNA，离心
15N/15N-DNA
细胞再分裂1次
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
实验现象
亲代
子二代
子一代
梅塞尔森和斯塔尔
思考：这样的实验结果验证了哪一种假说呢？
半保留复制
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？
4.如果用同位素标记，什么元素好？为什么？
深度思考：
（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)
2、该实验关键思路？
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。
1、科学家采用什么作为实验材料，有何优点？
大肠杆菌细胞 （大肠杆菌20min繁殖一代）
同位素标记法。
5、如何让亲代DNA获得15N标记？
6、如何让子代DNA获得14N标记？
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？？
将大肠杆菌放入含15NH4CL培养若干代
将上述亲代大肠杆菌转入含14NH4CL培养基中
密度梯度离心法
03
DNA的复制
1、DNA的复制的时间？场所？过程？
2、需要的基本条件？特点？意义？
3、DNA分子为什么能够精确复制？
4、DNA的复制过程包括哪几个主要环节？
阅读课本P55-56，思考如下问题：
三、DNA复制的过程
三、DNA的复制
1、定义
指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
2、时间
细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成。
3、场所
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
病毒生物：宿主细胞内
三、DNA的复制
4、过程
问题1：是什么物质将DNA双螺旋打开？
01 解旋
问题2：为什么这种物质可将DNA双螺旋打开？
解旋酶
解旋酶可断开氢键
三、DNA的复制
4、过程
问题3：子链的合成是以什么为模板
问题4：子链的合成需要什么原料？
02 合成子链
母链（亲代DNA的两条链）
4种游离的脱氧核苷酸
三、DNA的复制
4、过程
问题5：子链的合成遵循哪一原则？
问题6：将单个脱氧核苷酸连接起来依靠哪一物质？
02 合成子链
碱基互补配对原则
DNA聚合酶
三、DNA的复制
4、过程
问题7：DNA的两条链是完全打开后，才开始合成子链吗？
02 合成子链
边解旋边复制
三、DNA的复制
4、过程
结果：每条新形成的子链与其
模板链盘造成双螺旋结
构。子代DNA分子形成。
03 复旋
C
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
A
G
T
C
G
T
解旋酶
游离的
脱氧核苷酸
注意，此处
氢键将被打开！
C
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
A
G
T
C
G
T
DNA利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，
把两条扭成螺旋的双链解开，这个过程叫解旋。
在酶的催化下
氢键已被打开
C
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
A
G
T
C
G
T
亲代DNA的一
条链作为模板
DNA聚合酶
C
A
A
A
T
T
T
G
G
G
C
C
C
A
T
C
T
G
T
A
C
G
G
C
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
T
A
G
T
C
G
还未解旋
刚解旋
通过碱基互补
配对脱氧核苷酸
结合到母链上
正在复制
边解旋边复制
所以DNA复制特点之一是：
C
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
A
T
C
另一条子代DNA
一条子代DNA
形成两条完全相同的子代DNA
DNA复制的过程
The process of DNA replication
a.解旋
解旋酶
在解旋酶的作用下，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
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
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’
作出假说
演绎推理
实验验证
2、推测可能的复制方式
3、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
5、结论：DNA复制是半保留复制
1、DNA的是如何复制的
提出问题
半保留复制
全保留复制
假说——演绎法
(一)：DNA复制方式的探究历程
4、证明DNA半保留复制的实验
得出结论
课堂小结
归纳总结1.
条件 模板
原料
能量
酶
原则
特点
碱基互补配对
4种游离的脱氧核苷酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶等
半保留复制；边解旋边复制
亲代DNA的两条链
①DNA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。
DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代细胞传给了子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
1）
DNA能如此精确复制的原因是什么？
2）
DNA的准确复制有何意义？
归纳总结2.