3.3 DNA的复制 人教版2019必修2课件(共36张PPT)

(共36张PPT)
第3节 DNA的复制
目标
01
02
03
教学目标
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
理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递
的基础
基于对DNA半保留复制机制的理解，进一步形成结构与功能相适应的观念。
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。”
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
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？
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
观点一：半保留复制
1. 提出者：
①解旋: DNA 分子复制时,DNA 分子的双螺旋解开,互补的碱基之间的氢键断裂。
②复制: 解开的两条单链作为复制的模板,游离的脱氧核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,是半保留复制。
沃森和克里克。
2. 内容：
3. 特点：
一、对DNA复制的推测
观点二：全保留复制
2. 半保留复制和全保留复制的区别：
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
1. 特点：
半保留复制
全保留复制
一、对DNA复制的推测
思考与讨论下列问题：
1.如果要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？
把复制出的子代DNA链（子链）和原来的链（母链）区别开，观察它在新DNA中出现的情况。
2.如何在实验中直观区分母链和子链？
同位素标记法。
3.如果用同位素标记，什么元素好？
15N和14N是N元素的两种稳定的同位素(无放射性)，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；
（画一画：分别按照半保留复制、全保留复制的方式复制两次）
二、DNA半保留复制的实验证据
1. 实验材料：
2. 实验方法：
3. 实验过程：
大肠杆菌。
同位素标记技术和离心技术
提出问题
DNA以什么方式复制？
作出假说
DNA以半保留方式复制
让大肠杆菌在15NH4Cl的培养若干代，再放置在14NH4Cl培养。
二、DNA半保留复制的实验证据
演绎推理
（1）半保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
15N
15N
14N复制
14N复制
重带DNA
中带DNA
1/2轻带DNA
1/2中带DNA
二、DNA半保留复制的实验证据
演绎推理
（2）全保留复制
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N复制
14N复制
14N
14N
15N
15N
重带DNA
1/2轻带DNA
1/2重带DNA
3/4轻带DNA
1/4重带DNA
P:
F1:
F2:
二、DNA半保留复制的实验证据
实验验证
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
提出DNA离心
提出DNA离心
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA的复制是分散复制
得出结论
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
假说演绎法
三、DNA复制的过程
自主学习：阅读教材55和56页，并填表
场 所
时 间
条 件 模 板
原 料
能 量
酶
碱基互补配对
特 点
2.时间：
1.概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期
三、DNA复制的过程
真核细胞：
主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有
原核细胞：
主要在拟核中，质粒也可以。
3.DNA复制场所
4.条件：
模板 DNA分子的两条母链
原料 细胞中游离的4种脱氧核苷酸
酶 解旋酶、DNA聚合酶等
能量 ATP水解
三、DNA复制的过程
5.过程与条件
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
解
旋
需要细胞提供能量
需要解旋酶的作用
结果：氢键断裂，双链打开
合成子链
模板：
原料：
酶 ：
能量：
原则：
方向：
解开的每一条母链
四种脱氧核苷酸
DNA聚合酶等
细胞提供ATP
碱基互补配对原则
5‘-端至3’-端
三、DNA复制的过程
6.复制特点
边解旋边复制 半保留复制
9.精确复制的原因
（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；
（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。
7.原则：
8.结果：
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子
碱基互补配对原则
10.复制的意义
将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。
三、DNA复制的过程
DNA复制的起点和方向
(1)原核生物：单起点双向复制
(2)真核生物：多起点双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。
课堂巩固
1.将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是( )
A.细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层
B.细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA
　位于上层
C.细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA
　位于试管的上层
D.该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制
C
课堂巩固
2.下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是( )
A.DNA分子在酶①的作用下
水解成脱氧核苷酸，酶②
催化碱基对之间的连接
B.在复制过程中解旋和复制
是同时进行的
C.解旋酶能使双链DNA解开，并且不需要消耗ATP
D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
B
课堂巩固
3.复制叉是复制时双链打开，分成两股，各自作为模板，子链沿模板延长所形成的Y字型结构(如图)，复制叉从复制起始点开始沿着DNA链有序移动。DNA甲基化会引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式发生改变。下列叙述正确的是( )
A．解旋酶使DNA双链完全打开后再进行复制
B．DNA聚合酶发挥作用需要母链提供合成模板
C．DNA以两条链为模板进行复制可提高复制速率
D．甲基化修饰DNA链不会影响复制叉的有序移动
B
课堂小结
四、DNA复制相关计算
动动手：画出一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中培养3代的DNA复制过程
（标出每条链是15N还是14N）
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
无论DNA复制多少次，含有15N-DNA分子永远只有　　个
两　　　
21
22
23
四、DNA复制相关计算
亲代DNA分子经n次复制后，则
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
④不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
⑤含亲代母链的DNA分子数与子代DNA
分子数之比为：
2/ 2n
③只含亲代母链的DNA分子数：
0个
1. DNA分子数
四、DNA复制相关计算
亲代DNA分子经 n 次复制后，则
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
②亲代脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
2. 脱氧核苷酸链数
巩固提升
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则
（1）则经过n次复制共需要消耗该脱氧
核苷酸个数为：
m（ 2n-1）
（2）第n次复制需要消耗该脱氧核苷酸
个数为：
m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1
“DNA复制了n次”PK“第n次复制”
碱基是“对”PK“个”
“DNA分子数”PK“链数”，
“含”PK“只含”
易错点拔
3. 消耗的脱氧核苷酸数
四、DNA复制相关计算
DNA复制后DNA分子存在位置与去向
(1)2个子DNA位置：当1个DNA分子复制后形成2个新DNA分子后，这2个子DNA位于两条姐妹染色单体上，且由着丝粒连在一起，如图所示：
(2)子DNA去向：在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期，当着丝粒分裂时，两条姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子DNA随染色单体分开而分开。
四、DNA复制相关计算
(3)过程：用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，情况如图所示：
第一次有丝分裂形成的两个细胞中所有的DNA分子都呈“杂合状态”，即15N/14N－DNA；
第二次有丝分裂形成的子细胞有多种可能性，可能子细胞的所有染色体都含15N，也可能子细胞的所有染色体都不含15N。即子细胞含有15N的染色体为0～2n条(体细胞染色体为2n条)。
规律总结:若只复制一次，产生的子染色体都带有标记，若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。
巩固提升
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
巩固提升
2.用15N标记一个含有200个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶80个，将该DNA分子在含14N的培养环境中连续复制4次，其结果可能是(　　)
A.含有15N的DNA分子占1/16
B.含有14N的DNA分子占7/8
C.复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸1500个
D.复制共产生16个DNA分子
D
巩固提升
3. 一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是（ ）
A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104
B．复制过程需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．含有放射性的子代DNA分子的两条链都有放射性
D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
C
巩固提升
4.用32P标记了某玉米体细胞(正常体细胞含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，完成了两次细胞分裂。下列有关叙述错误的是( )
A.在第一次细胞分裂的中期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染
色体数分别是20和20
B.在第二次细胞分裂的后期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染
色体数分别是40和40
C.在第一次分裂完成后，形成的两个子细胞中染色体上的DNA都是有一
条链含32P，另一条链不含32P
D.在第二次分裂完成后，形成的四个子细胞中含32P的染色体数从0到20
都有可能
B
巩固提升
5.假设某果蝇的一个精原细胞的全部染色体DNA分子均用15N标记，然后培养在含14N的培养基中，则该精原细胞经过减数分裂产生的4个精子中，含15N标记的精子数目为( )
A.1 B.2 C.4 D.3
C
巩固提升
6.如图表示某生物的精原细胞在条件X下最终形成了四个细胞，条件X可能是①精原细胞某一对同源染色体中的一条染色体上的DNA双链均被15N标记；②精原细胞某一对同源染色体中的两条染色体上的DNA双链均被15N标记；③进行减数分裂；④进行有丝分裂。下列有关说法正确的是( )
A．若条件X为①③，则处于减数分裂Ⅱ后期的两个次级精母细胞中均含被15N标记的染色体
B．若条件X为②③，则处于减数分裂Ⅱ后期的两个次级精母细胞中均含有两条被15N标记的染色体
C．若条件X为①③，则产生的四个精细胞一定均含被15N标记的染色体
D．若条件X为②④，则产生的四个子细胞一定均含被15N标记的染色体
B
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。 （ ）
×
×
2.DNA的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
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。
练习与应用
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复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
练习与应用