人教版高中生物必修二3.3 DNA的复制 课件（共30张PPT）

(共30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
碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
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？
问题探讨
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。
半保留复制
全保留复制
如何来证明哪个观点是正确的？
对DNA复制的推测
提出问题
要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”关键思路是什么？
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。
看不见的DNA分子，如何观察？
DNA以什么方式复制？
作出假设
DNA以半保留方式复制（全保留）
DNA半保留复制的实验证据
同位素标记技术
资料：15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，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；
DNA半保留复制的实验证据
如何做区分亲代和子代的DNA？
科学家：梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）
(密度梯度)离心
利用离心技术可以在试管中区分含有不同质量N元素的DNA。
DNA半保留复制的实验证据
不同密度的DNA分子应如何区分？？
15NH4Cl
14N/ 14N-DNA
繁殖若干代
15N/ 15N-DNA
目的？
15N/ 15N-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA离心
提取DNA离心
DNA复制一次
DNA再复制一次
得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记
大肠杆菌
15N/ 15N-DNA
15N/ 15N-DNA
14N/ 14N-DNA
15N/ 15N
14N/ 14N
14N/ 14N
14N/ 14N
亲代
子一代
演绎推理
全保留复制
全部位于
重带
1/2位于轻带
1/2位于重带
3/4位于轻带
1/4位于重带
离心
离心
离心
DNA
复制一次
子二代
DNA
复制一次
15N/ 15N
14N/ 14N
15N/ 15N
14N/ 14N
15N/ 15N
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N-DNA
14N/ 15N-DNA
15N/ 14N
14N/ 15N
14N/ 14N
14N/ 14N
亲代
子一代
演绎推理
半保留复制
全部位于
重带
全部位于
中带
1/2位于轻带
1/2位于中带
离心
离心
离心
DNA
复制一次
子二代
DNA
复制一次
15N/ 15N
14N/ 15N
14N/ 14N
14N/ 15N
结论：
DNA的复制是
半保留复制
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
实验验证
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
得出结论
发现问题
提出假说
演绎推理
实验验证
科学研究的方法——假说演绎法
半保留复制、全保留复制
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
物理、化学技术对生物学研究具有重要意义！
概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间
真核细胞：细胞核（主要）、线粒体和叶绿体；
原核细胞：拟核
病毒：宿主细胞中（如：噬菌体侵染大肠杆菌）
细胞分裂前的间期
场所
DNA复制的过程
过程
解旋——在能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋解开
合成子链——DNA聚合酶以解开的每一条母链为模板，以游离的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——随着解旋进行，子链不断延伸，每条新子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
过程
解旋酶
5’
3’
DNA聚合酶
3’
5’
5’
3’
5’
3’
子链皆由5’向3’端进行延伸
解旋酶
使氢键断开
连接脱氧核苷酸单体
形成磷酸二酯键
断开氢键的方式：
解旋酶
加热等
DNA
聚合酶
DNA
聚合酶
过程
边解旋边复制 (从过程上看)
半保留复制 (从结果上看)
①模板：
②原料：
③能量
④ 酶：
亲代DNA的两条链
4种游离的脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
ATP
形成两个完全相同的DNA分子
条件
特点
结果
DNA复制的过程
方向
从子链的5' 端向 3' 端延伸
(1)DNA分子独特的双螺旋结构提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对保证了复制的准确进行。
意义
准确复制的原因
将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。
DNA复制的过程
真核生物 DNA 的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。
女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子达36mm，DNA复制速度约为4μm/min(1mm=1000μm)，但复制过程仅需40min左右即完成。据此推测DNA复制可能具有什么特点？
单链DNA嘌呤数量一定不等于嘧啶数量吗？
可能是嘌呤=嘧啶；也可能是嘌呤≠嘧啶，
DNA双链中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
有关DNA中的碱基计算规律
基本原则：双链DNA中，A=T，C=G
即 A+G=T+C=A+C=T+G
A+G
A+G+C+T
= 50%
DNA的相关计算
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A1 =
T1 =
T2
A2
G1 =
C1 =
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
若1链有m个碱基，则2链有__个碱基，该DNA分子含有碱基总数是___，共____对。
C2+G2
=
C+G
A1+T1
C1+G1
T2+A2
=
T+A
=
A1+G1
T1+C1
n
A2+G2
T2+C2
A1 +A2=A
T=A
C=G
=
1/n
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A1 =
T1 =
T2
A2
G1 =
C1 =
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
若1链有m个碱基，则2链有__个碱基，该DNA分子含有碱基总数是___，共____对。
A1 +A2=A
T=A
C=G
A2+C2+G2+T2
=
A1+T1
A1+C1+G1+T1
T2+A2
=
T+A
1链碱基数
2链碱基数
双链碱基数
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A1 =
T1 =
T2
A2
G1 =
C1 =
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
若1链有m个碱基，则2链有__个碱基，该DNA分子含有碱基总数是___，共____对。
A1 +A2=A
T=A
C=G
=
A1
单链1
a%
=
A2
单链2
b%
=
A
DNA
a+b
2
%
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1链 2链
A1 =
T1 =
T2
A2
G1 =
C1 =
C2
G2
有关DNA中的碱基计算规律
若1链有m个碱基，则2链有__个碱基，该DNA分子含有碱基总数是___，共____对。
A1 +A2=A
T=A
C=G
在一个双链DNA分子中A占n%，则A在其中一条单链中的数值能确定吗？
能确定范围，0%≤A1≤2n%；
规律总结
一个DNA分子复制n次，则有：
(1)DNA分子数（双链）
①子代DNA分子数= ___________ 个。
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=___________个。
③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=___________个。
2
2n
2n-2
新合成的DNA分子数为：______个
(2)脱氧核苷酸链数（单链）
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=__________条。
②子代中含有亲代脱氧核苷酸链数=__________条。
③新合成的脱氧核苷酸链数= _________ 条。
2n+1
2
2n+1-2
2n-1
[例1]某DNA双链中，一条链中 ，则互补链中的比值是
一条链中 ， 则互补链中的比值是
=
A+T
C+G
0.4
=
A+C
T+G
0.4
0.4
2.5
[例2]某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是（ ）
A. 35% B. 29% C. 28% D. 21%
A
一、概念检测 P56
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
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 ～ 100 bp/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。
果蝇DNA的电镜照片
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。