2.1 遗传信息的复制 课件（共39张PPT）

(共39张PPT)
第一节　遗传信息的复制
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.分析证明DNA半保留复制的实验是如何设计的。
2.概述DNA的复制过程及DNA的半保留复制对遗传信息准确传递的意义。
素养阐释
1.在理解遗传信息的复制过程基本原理的基础上,形成结构与功能相适应的生命观念。
2.基于对DNA复制过程的了解和认知,能运用观察、比较和推理等科学思维方法,阐述遗传信息传递的基础和机制。
3.能通过阅读、实验等活动,阐明遗传信息的复制是生物遗传的基础。
自主预习 新知导学
一、DNA复制为半保留复制——实验证据
1.实验材料:大肠杆菌。
2.实验方法:同位素示踪法和密度梯度离心法。
3.实验过程
大肠杆菌→在含15N的培养基中培养多代→转移到含14N的培养基中培养→不同的时间点收集细菌样品→
4.实验结论
(1)含有15N-DNA的细菌在14N培养基中培养一代后,细菌裂解液只有一条区带,说明子代DNA都是15N/14N-DNA 分子(杂种带)。
(2)含有15N-DNA的细菌在14N培养基中培养两代后,细菌裂解液出现了两条区带:15N/14N-DNA杂种带和14N/14N-DNA轻带。这说明DNA的复制是分别以DNA双螺旋的一条链为模板合成新的DNA链的过程。
总结:一个DNA分子经过复制形成两个新的DNA分子,每一个新的DNA分子中含有一条模板链和一条新合成的链,即DNA通过半保留方式进行复制。
二、DNA的复制过程
1.DNA复制的条件:DNA模板、引物、四种脱氧核糖核苷酸、DNA聚合酶等。
2.复制方向:5'→3'。
↓
形成子代DNA:每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
3.复制过程
↓
4.复制特点:(1)半保留复制;(2)边解旋边复制。
5.聚合酶链式反应:又称PCR,是一种在体外快速合成DNA的方法。条件:耐高温的DNA聚合酶、DNA模板、四种脱氧核糖核苷酸、DNA引物等。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)DNA复制遵循碱基互补配对原则,新的DNA分子中两条链均是新合成的。(　　)
(2)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。(　　)
(3)DNA复制需要DNA聚合酶和解旋酶。(　　)
(4)真核生物的DNA复制基本上都发生在细胞周期的S期。(　　)
(5)真核生物的DNA复制存在多起点双向复制的特点。 (　　)
(6)DNA复制就是以亲代DNA的一条链为模板合成子代DNA的过程。
(　　)
(7)DNA复制一旦完成,亲代DNA不再存在,模板链依然存在。(　　)
×
√
√
√
√
×
√
2.下列关于DNA分子复制过程的排序,正确的是(　　)。
①互补碱基对之间的氢键断裂　②在DNA聚合酶的作用下脱氧核糖核苷酸连接到DNA链上　③DNA分子在解旋酶的作用下解旋　④以母链为模板进行碱基互补配对并形成氢键　⑤子链与母链盘绕形成双螺旋结构
A.③①②④⑤　　 B.③④②⑤①
C.③①④②⑤ D.①③④②⑤
答案:C
3.已知某生物的基因组序列,要想获得其中一段DNA序列,下列哪项不是必需的 (　　)
A.DNA模板 B.DNA引物
C.该DNA编码的蛋白质 D.DNA聚合酶
答案:C
4.关于DNA复制的特点,下列描述错误的是(　　)。
A.分别以一条链为模板合成一条新的DNA链
B.半保留复制
C.新合成的DNA链中包含部分旧链片段
D.DNA的合成方向只能是5'→3'
答案:C
5.DNA分子复制时, 解旋酶作用的部位应该是(　　)。
A.腺嘌呤和鸟嘌呤之间的氢键
B.腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键
C.脱氧核糖与碱基之间的化学键
D.脱氧核糖与磷酸之间的化学键
答案:B
合作探究 释疑解惑
知识点一
DNA的复制过程
问题引领
阅读教材第19~21页,结合图2-2、2-3,探究下列问题。
1.DNA复制时有几条模板链 新合成的DNA分子中的两条链全是子链吗
提示:有两条模板链(亲代DNA分子解开螺旋的两条链)。新合成的DNA分子中的两条链是一条母链和一条子链。
2.DNA复制时,用什么方法识别DNA中的母链和子链 DNA复制所形成的子代DNA分子是不是亲代DNA链和子代DNA链随机结合形成的
提示:同位素标记法。亲代DNA链与其相应的子链结合形成子代DNA分子。
3.若在某一试管中加入DNA引物、解旋酶、DNA模板和四种脱氧核糖核苷酸,调整pH适宜,并置于适宜的温度下,能否完成DNA复制 分析原因。
提示:不能。复制条件不完全,缺少DNA聚合酶。
4.DNA复制为什么具有准确性 在任何情况下,DNA复制产生的子代DNA分子与亲代DNA分子都完全相同吗
提示:DNA复制具有准确性,主要原因有两个:(1)边解旋边复制为DNA复制提供了精确的模板;(2)严格的碱基互补配对原则,保证复制准确进行。DNA分子复制时,受到各种因素的干扰,碱基序列可能会发生改变,从而使子代DNA分子与亲代DNA分子的碱基序列不同,导致遗传信息发生改变。
归纳提升
1.DNA复制的特点
(1)半保留复制和边解旋边复制
图Z2-1-1
(2)真核生物中一般是多起点双向复制
图Z2-1-2
2.复制的时间:一般情况下,DNA复制发生在细胞分裂的间期,主要场所是细胞核。
3.复制过程中的主要酶:解旋酶和DNA聚合酶。解旋酶使双螺旋打开,氢键连接的碱基对被分开;DNA聚合酶将脱氧核糖核苷酸按照5'→3'的方向连接到脱氧核糖核苷酸链上,形成磷酸二酯键。
典型例题
图Z2-1-3为真核细胞的DNA复制过程模式图,请根据图示过程,回答下列问题。
(1)由图示得知,1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子,其方式是　　　　　　　　。
(2)从图中可以看出合成的两条子链的方向　　　　。
(3)细胞中DNA复制的场所有　　　　　　　　　。
图Z2-1-3
答案:(1)半保留复制
(2)相反
(3)细胞核、线粒体和叶绿体
解析:DNA的复制方式是半保留复制。因DNA的两条链反向平行,故两条链的复制方向相反。DNA复制的主要场所是细胞核,其次线粒体、叶绿体中的DNA也进行复制。
【变式训练】
1.DNA复制过程中的解旋发生在(　　)。
A.两条DNA母链之间
B.DNA子链与其互补的母链之间
C.两条DNA子链之间
D.DNA子链与其非互补的母链之间
答案:A
解析:在DNA复制时,首先是构成DNA的两条母链解旋,然后以分开的两条母链为模板,按照碱基互补配对原则合成子链。
2.图Z2-1-4为DNA复制的图解,请据图回答下列问题。
图Z2-1-4
(1)DNA复制需要的酶有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)②过程称为　　　　。
(3)指出③中的子链:　　　　　。
(4)③过程必须遵循　　　　　　　　　　　原则。
(5)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子,由此说明DNA的复制方式是　　　　　　　　。
答案:(1)解旋酶、DNA聚合酶
(2)解旋
(3)Ⅱ、Ⅲ
(4)碱基互补配对
(5)半保留复制
知识点二
DNA分子复制过程中的相关计算
问题引领
1.若1个DNA分子含有m个腺嘌呤,则复制n次需要多少个游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
提示:需(2n-1)·m个。因为1个DNA分子复制n次,共形成2n个DNA分子,其中有两条脱氧核糖核苷酸链为母链,不需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。
2.若某一条DNA分子被15N标记,在含14N的环境中复制n次,则形成的子代DNA分子有几个含15N 几个含14N 子代DNA分子中,有几条链含15N 几条链含14N
答案:2。2n。2。2n+1-2。
归纳提升
1.DNA分子数、DNA链数及所占比例的计算
已知某一DNA分子用15N标记(0代),将含有该标记DNA分子的细胞(或细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制)若干代后,其DNA分子数、脱氧核糖核苷酸链数及相关比例见下表。
(1)子代DNA分子中脱氧核糖核苷酸总链数=2n+1条;
(2)亲代脱氧核糖核苷酸链数=2条;
(3)新合成的脱氧核糖核苷酸链数=(2n+1-2)条。
世 代 DNA分子的特点
分子总数 链总数 细胞中的DNA分子在离心管中的位置 不同DNA分子占全部DNA分子之比
只含15N 的分子 含14N、 15N的杂 交分子 只含 14N的 分子 含15N 的链 含14N
的链
0 1 2 全在下部 1 0 0 1 0
1 2 4 全在中部 0 1 0 1/2 1/2
2 4 8 1/2中部,1/2上部 0 1/2 1/2 1/4 3/4
3 8 16 1/4中部,3/4上部 0 1/4 3/4 1/8 7/8
n 2n 2n+1 2/2n中部,1-2/2n 上部 0 2/2n或 1/2n-1 1-2/2n 1/2n 1-
1/2n
2.所需脱氧核糖核苷酸数的计算
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核糖核苷酸m个,则:
(1)经过n次复制,共需消耗游离的该脱氧核糖核苷酸m·(2n-1)个;
(2)第n次复制时,需消耗游离的该脱氧核糖核苷酸m·2n-1个。
典型例题
若N个双链DNA分子在第i轮复制结束后,某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T,这样在随后的各轮复制结束时,突变位点为A-T碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为(　　)。
A.1/(N×2i+2) B.1/N×2i
C.1/(N×2i+1) D.1/(N×2i-1)
答案:C
解析:根据题意分析可知,DNA分子在第i轮复制结束后,形成的DNA分子总数为N×2i。在此基础上复制一次得到的DNA分子总数为N×2i+1,其中以变异的DNA分子为模板复制一次,得到一个变异的DNA和一个正常的DNA,由此可推知突变位点为A-T碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例为1/(N×2i+1)。若再复制一次,得到两个变异DNA分子,总DNA分子数为N×2i+2,比例为2/(N×2i+2),化简为1/(N×2i+1)。这样在随后的各轮复制结束时,突变位点为A-T碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为1/(N×2i+1)。
【变式训练】
1.用15N 标记一个含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是(　　)。
A.含有15N的DNA分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占7/8
C.消耗游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸600个
D.产生了16个DNA分子
答案:B
解析:一个DNA分子连续复制4次,可产生16个DNA分子,这16个DNA分子都是含14N的,比例为100%;只含14N的DNA分子有14个,占7/8;含有15N的DNA分子有2个,占1/8。根据有关公式可求出该DNA分子中含40个腺嘌呤脱氧核苷酸,复制4次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量=(16-1)×40=600(个)。
2.某DNA分子复制3次所得到的第四代DNA分子中,含有第一代DNA中脱氧核糖核苷酸链的条数是(　　)。
A.1条 B.2条
C.4条 D.8条
答案:B
[素养提升]
四步法解决细胞分裂过程中染色体标记问题
第一步 画出含一条染色体的细胞图,下方画出该条染色体上的一个DNA分子,用竖实线表示含同位素标记
第二步 画出复制一次、分裂一次的子细胞染色体图,下方画出染色体上的DNA链,未被标记的新链用竖虚线表示
第三步 再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况
第四步 若继续推测后期情况,可想象着丝粒分裂,染色单体分开的局面,并进而推测子细胞染色体的情况
（2023 西安一中期中）若用32P标记人的“类胚胎干细胞”的DNA分子双链,再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养。在第二次细胞分裂的中期、后期,一个细胞中的染色体数目和被32P标记的染色体数目分别是(　　)。
A.中期是46条和46条、后期是92条和46条
B.中期是46条和46条、后期是92条和92条
C.中期是46条和23条、后期是92条和23条
D.中期是46条和23条、后期是46条和23条
答案:A
解析:有丝分裂中期、后期染色体条数的分析:“类胚胎干细胞”来自人体,人体的一个正常细胞中含有46条染色体,有丝分裂中期染色体数目与体细胞相同(46条),后期染色体数目加倍(92条),故无论经过几次分裂,在有丝分裂中期染色体数目都是46条,后期染色体数目都是92条。有丝分裂中期、后期被32P标记的染色体数目的分析:以1个DNA分子为例,双链被32P标记,转入不含32P的培养液中培养,由于DNA具有半保留复制的特点,第一次有丝分裂完成时,每个DNA分子中都有1条链
被32P标记;第二次有丝分裂完成时,只有1/2
的DNA分子被32P标记。有丝分裂中期时,
染色单体没有分开,而这2条没有分开的染
色单体中,1条被32P标记,导致整条染色体也
被32P标记。过程如图D-4。
图D-4
课堂小结
本 课 结 束