3.3DNA的复制（教学课件）- 高中生物人教版（2019）必修2(共44张PPT)

(共44张PPT)
电影《侏罗纪公园》系列中，恐龙的复活始于一
只吸满恐龙鲜血的蚊子，它被琥珀保存了数百万年。
血液中含有DNA, 而DNA 包含了所有生物生长和功
能的遗传信息。
1、让恐龙复活的关键是什么 远古化石：被琥珀困住的蚊子
遗传物质DNA
2、DNA 作为遗传物质，所具备的特点
①能储存大量遗传信息
②结构较稳定
③能 自我复制，并传递给下一代
④可以控制生物的性状
必修2遗传和进化
第三章基因的本质
第3节 DNA 的复制
本节聚焦
1、概 述DNA 复制方式的假说及实验证据
2、运用假说-演绎法探究DNA 的复制方式
3、记住DNA 复制的条件、过程和特点
1、碱基互补配对原则暗示DNA 的复制机制可能是怎样的
碱基互补配对原则是指DNA 两条链的碱基之间有准确的——对 应 关 系，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。
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”
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 genetic 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.
问题探付
《核酸的分子结构》 论文节选
一、对DNA 复制的推测
1、半保留复制
他们认为DNA 复制时先解开双螺旋，解开的两条单链作为模板，脱氧 核苷酸按照碱基互补配对原则合成新的一条链。这样新合成的DNA 就 保留了原来亲代DNA 一半，他们将其称为半保留复制方式。
亲代DNA 子代DNA
结果：新合成的每个DNA 分子中，都保留
了原来DNA 分子中的一条链，
, 母 链
子链
复制一次
十
2、全保留复制 3、分散(弥散)复制
亲代DNA
复制一次
子代
DNA
结果：新复制出的分子直接形成，结果：新复制的分子中新旧都有，
完全没有旧的部分 但分配是随机组合的。
一、对DNA复制的推测
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。
到底哪种假说正确呢
需要通过实验验证
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA
梅塞尔森 斯塔尔
1.实 验 者 ：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
2 .实验材料： 大肠杆菌(繁殖快，20min 一 代 ) 3 . 实验方法： 同位素标记技术密度梯度离心技术
4.背景知识： 14N/ l N DNA
①15N 和14N 是氮元素的两种
稳定同位素，这两种同位素的 15N/ l N—DNA
相对原子质量不同，含15N的
DNA 比含14N的DNA 密度大； 15N/ 15N—DNA
密度
低
高
轻带
中带
重带
②利用离心技 术可以在试管中区分含有不同氮元素的DNA ;
二、DNA 半保留复制的实验证据
第一代 第二代
转移到含
14NH Cl 的
培养液中
利用14N合成
子代DNA
二、DNA 半保留复制的实验证据
实验过程：大肠杆菌在含15NH Cl 的培养液中生长若干代
细胞再分裂 一次
提取DNA 离心
提取DNA 离心
提取DNA 离心
细胞分 裂一次
1、半保留复制
亲代DNA
复制一次
子代
DNA
15N/14N 15N/14N
2、全保留复制
亲代DNA
复制一次
子代
DNA
一、对 DNA 复制的推测
15N/15N 14N/14N 15N/14N 15N/14N
3、分散(弥散)复制
15N/ 15N 15N/ 15N
重带
N/ 14N 15N/15N
中带
轻带
中带
15N/ 14N 14N/ 14N 15N/ 14N 15N/ 15N 14N/ 14N
1
二、DNA 半保留复制的实验证据
演绎推理：
半保留复制 全保留复制
重带
轻带 重带
轻带 重带
中带
重带
15N/14N-DNA
15N/15N-DNA
提取DNA 提取DNA 提取DNA
离心 离心 离心
实验结果：
大肠杆菌在
含 15NH Cl
的培养液中
生长若干代
实验结论：DNA 的复制是以半保留的方式进行的
二、DNA 半保留复制的实验证据
1/2轻带
14N/14N-DNA
1/2中带
15N/14N-DNA
第二代
细胞再分裂
一次
第一代
细胞分
裂一次
密度
低
高
转移到含
14NH Cl 的
培养液中
DNA 是如何复制的
半保留复制
推测可能的复制方式
全保留复
根据推测复制模式，预测可能实验结果。
证明DNA 半保留复制的实验
结 论：DNA 复制是半保留复制
提出问题
作出假说
演绎推理
实验验证
得出结论
二、DNA 半保留复制的实验证据
假 说 演 绎 法
二、DNA 复制的相关计算
将含有15N 的DNA 分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次 ，
其结果分析如下：
亲代DNA 分子 复制1次
复制2次
复制3次
IlII
子代DNA 分子共有 2n 个
2
Il |l ll 4
IIIIIIII 8
l I
母链子链
|
复制n次
15N 14N
③不含 15N ( 只含14N) 链 的DNA 分子数为_2 n-2_ 个 。
④含14N 链的DNA 分子数有 2 n 个。
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA 中脱氧核苷酸链数 2n+1条。
②亲代脱氧核苷酸链数为2 条 。
③新合成的脱氧核苷酸链数为2n+1-2_条。
二、DNA 复制的相关计算 亲 代
第一代
从图中可以得到以下规律：
(1)子代DNA 分子数： 第二代
①含有15N 链的DNA 分子数为_2 个。
②只含15N链的DNA 分子数为0 个。第n代
1. 一个无标记DNA 分子在15N的环境中复制，若子一代 DNA 的一条单
链出现差错，则子二代DNA 中，差错 DNA 单链和含15N 的DNA 分子分
别占
A.1/3,1 B.1/4,1
C.1/3,1/2 D.1/4,1/2
2. 将大肠杆菌置于含15N的培养基中培养一段时间，然后把DNA 被15N 完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N的普通培养基培养，使 其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA 中含14N的链与含15N的链的
A.3:1 B.2:1
C.1:1 D.7:1
比是 (A)
3.将含15N—DNA的大肠杆菌转移到含14N的 培养液中，连续繁殖三代后，将其DNA进行密 度梯度离心，得到的结果如图甲所示。然后加
入解旋酶再离心，得到的结果如图乙所示。下列
叙述错误的是(A)
A.N 层中的DNA 只含15N标记
B.M 层 与N层 的DNA 数之比是3:1
C.N '层中的DNA单链只含15N标记
D.M '层与N'层中的DNA 单链数之比是7:1
4.下列与DNA 分子的半保留复制有关的叙述，正确的是(C)
A.DNA 分子复制时，以一条链为模板，合成两条新链，两条新链 构成一个新的DNA 分子，原DNA 分子不变
B.DNA 分子的半保留复制是指两个子代DNA 分子中，一个是原来 的，另一个是新合成的
C.DNA 分子复制时，分别以两条链为模板，合成两条新链，每条 新链与对应的模板链构成一个新的DNA 分子
D. 如果亲代DNA分子是15N/15N, 那么子代DNA分子是15N/15N 和14N/14N
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
三、DNA 复制的过程
阅读课本P55-56, 思考如下问题：
二、DNA 复制的相关计算 亲 代
第一代
从图中可以得到以下规律：
(1)子代DNA 分子数：
①含有15N 链的DNA 分子数为_2 个。
②只含15N链的DNA 分子数为0 个。第n代
④含14N 链的DNA 分子数有 2 n 个。
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA 中脱氧核苷酸链数 2n+1条。
②亲代脱氧核苷酸链数为 2 条 。
③新合成的脱氧核苷酸链数为2n+1-2_条。
③不含15N( 只含14N) 链的DNA 分子数为_2 n-2_ 个 。
第二代
三、DNA 复制的过程
1.概念：以 亲代DNA 为模板合成子 代DNA 的过程。 2.时 间 ：
在真核生物中，这一过程是在_细胞分裂前的间 期 ， 随着染色体的复制而完成的。
3.场所：
真核细胞：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体
原核细胞：拟核(主 要 )、质粒
氢键
共价键
①需要细胞供能、 解旋酶的作用
②结果：双螺旋解开
①模板：2条母链
②原料：4种游离的脱 氧核苷酸
③酶 ：D NA 聚合酶
重 新 每一条新链与其对应的模板
形成两个完全相同的DNA 分子。
4 .过程：
解旋
合成 子链
DNA
聚合酶
解旋酶
三 、DNA 复制的过程
螺 旋 链盘绕成 双螺旋结构
②原料：游离的4种脱氧核苷酸( A、G、C、T)
③能量：ATP
④酶：解旋酶(断裂氢键)、DNA 聚合酶(形成磷酸二酯键)等
2 复制的特 点：
①半保留复制；②边解旋边复制
③多起点复制；④双向复制。
三、DNA 复制的过程
思考与讨论：
复制的条件：
①模板：亲代DNA的两条链
复制方向 复制方向
DNA 能准确复制的原因：
①DNA 具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。
2 DNA 复制对于生物体的意义：
DNA 通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代——保持了遗传信 息的连续性
三、DNA 复制的过程
思考与讨论：
(1)DNA 复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同( × )
(2)DNA 双螺旋结构全部解旋后，开始DNA 的复制( × )
(3)单个脱氧核苷酸在DNA 酶的作用下连接合成新的子链(× )
(4)真核细胞的DNA 复制只发生在细胞核中( × )
(5)解旋酶和DNA 聚合酶的作用部位均为氢键( × )
辨析易错易混 练前清障
3. 下图为真核生物染色体上DNA 分子复制过程的示意图。下列有
关叙述错误的是 复制起点一
A. 图 中DNA 分子复制是从单个起点开始的
B. 图 中DNA 分子复制是边解旋边双向复制的
C. 真核生物DNA 分子的复制过程需要解旋酶
D. 真核生物的这种复制方式提高了复制速率
4.DNA 复制的基本条件是(A )
A. 模板，原料，能量和酶
B. 模板，温度，能量和酶
C. 模板，原料，温度和酶
D. 模板，原料，温度和能量
5. DNA 分子复制能准确无误地进行原因是( B )
A .碱基之间由氢键相连
B.DNA 分子独特的双螺旋结构
C.DNA 的半保留复制
D.DNA 的边解旋边复制特点
3 .右图表示细胞核内某生理过程，其中a、b、C、d
以下说法正确的是
A. 此过程需要能量和尿嘧啶脱氧核苷酸
B. 真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核
C. 正常情况下，a、d 链都应该到不同的细胞中去 D.b 链中(A+G)/(T+C) 的值一定与c链中的相同
2. 下列关于DNA 复制的叙述中，正确的是
A.DNA 复制产生的两条子链的碱基序列相同
B. 在叶肉细胞中DNA的复制发生在细胞核、叶绿体和线粒体中
C.DNA 复制过程中，要消耗ATP并且需要酶的催化
D.DNA 复制时两条子链的合成方向相同
表示脱氧核苷酸链。
次。下列相关叙述正确的是 (A)
①
15 N
T C
③
G
N
A. 复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸600个
B.该 DNA 的特异性表现在碱基互补配对原则上
C.含有14N 的 DNA 分子占7/8
D.DNA 分子复制时，解旋酶作用于②部位
如图为某个用15N 标记的DNA 分子结构示意图，该DNA 含有100个碱
基对，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
②
A
T
G
A
1
关于 “DNA 复制”的4点“注意”:
(1)注意 “DNA 复制了n 次”和“第n 次复制”的区别，前者包括所 有的复制，但后者只包括第n 次的复制。
(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(3)切记在DNA 复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷 酸单链的DNA 分子都只有两个。
(4)看清试题中问的是“ DNA 分子数”还是“链数”,是“含”还 是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。
8.DNA 分子片段复制的情况如下图所示，图中a、b、C、d表示脱
氧核苷酸链的片段。如果没有发生变异，下列说法不正确的是( )
a
小本p121 a 复制 b
d C
(
A .b和c的碱基序列可以互补
B.a 和c的碱基序列可以互补
C.a 中(A+T)/(G+C) 的值与b中(A+T)/(G+C) 的值相同
D.a 中(A+G)/(T+C) 的值与d中(A+G)/(T+C) 的值一般不相同
O B 组综合强化练
11. 一个双链被32P标记的DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱 基总数的20%,将其置于含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是 A.该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是60个
B.第三次复制过程需要240个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C.复制3次后，子代DNA中含32P的单链与含31P的单链之比为1:7
D.复制3次后，子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1:3
12345678910 11 12131415161718
12.有100个碱基对的某双链DNA分子片段，含60个胞嘧啶脱氧核苷酸，
若连续复制n次，则在第n次复制时需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸个数以 及n次复制共需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸个数分别是
A.40·2n-1,40·2n-1 B.40n-1,40n
C.40·(2n—1),40·2n-1 D.40·2n-1,40·(2n—1)
1234567 s 9101112131415161718
14.用含32P和35S的培养基培养细菌，将一个未标记的噬菌体在此细菌中
培养9小时，经检测共产生了64个子代噬菌体，下列叙述正确的是
A.32P和35S只能分别标记细菌的DNA 和蛋白质
-B.子代噬菌体的DNA 和蛋白质一定具有放射性
C.DNA 具有放射性的子代噬菌体占1/32
D.噬菌体繁殖一代的时间约为1小时
1234567 s 910111213 14 15161718
15.研究人员将1个含14N/14N -DNA的大肠杆菌转移到15NH Cl 培养液
中，培养24 h 后提取子代大肠杆菌的DNA 。 将 DNA 热变性处理，即解 开双螺旋，变成单链；然后进行离心，甲图试管中出现的两种条带分别 对应乙图中的两个峰，则大肠杆菌的细胞周期为
密度低
14N条带
15N条带
密度高
B.6 h
D.12 h
甲 乙
DNA单链含量
C.8
h
h
A.4
(3)若用32P标记的1个噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，在释放出来的 300个子代噬菌体中，含有32P的噬菌体占总数的 150
(4)图二中的亲代DNA 分子在复制时， 一条链上的G变成了C, 则该 DNA 经过n次复制后，发生差错的DNA 分子数占 B (填字母)。
18.仔细阅读图一和图二，据图回答问题：
(1)图中④表示的中文名称是
鸟嘌呤脱氧核苷酸9 表 示 -0
(2)图二所示的过程叫DNA 的复制
B
氢键
图一
有丝分裂
复制 第一次
注 ： 15N 14N
结果分析：
①细胞在整个有丝分裂过程中含有 15N 标记的染色体数可为2、4 _条； 含有15N标记的染色单体可为4 _条。
②形成两个子细胞中含有15N 标记 的染色体数为2 ____条
规律：只复制一次，形成的子染 色体都含有标记元素
五 、DNA 复制与细胞分裂中染色体标记问题
》 有丝分裂中染色体的标记情况(以一对同源染色体为例):
假设 ：母链用15N 标记，培养液不含标记同位素，进行两次有丝分裂
分裂
注 ： 15N 14N
结果分析：
①细胞在第二次分裂过程中含有15N 标记的染色体数为 2 条；含有 15N标记的染色单体可为2 条。
②形成的子细胞中含有15N 标记的染色体数为 0-2n 条
有丝分裂二次
复制
复制
复制
第一次 分裂
例 2 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
五 、DNA 复制与细胞分裂中染色体标记问题
减数分裂中染色体的标记情况(以一对同源染色体为例):
假设：母链用15N标记，培养液不含标记同位素，进行减数分裂
规律：在减数分裂过程中，细胞中的染色体都含有15N 标记元素；
形成的子细胞中所有染色体都含有15N 标记元素。
细胞中的
染色体
每条染色体
中的DNA
注 ：
i i
°
15N标记的DNA链
只含14N的DNA 链
减数 分裂Ⅱ
减数 分裂I
复制
解 析 根 据DNA 分子复制的过程可知，模板链是含15N的DNA 链，原料
是含14N的脱氧核苷酸，复制一次后，每个DNA 分子都是一条链含有 15N, 另一条链含有14N, 因此在减数分裂产生的四个精子中，每一个精 子中的DNA 组成都是一条链含15N, 另一条链含14N, 所以减数分裂形 成的四个精子中所有的DNA 均含有15N,C 正确。
例 3 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.0
D.8
B.2
例4 将全部DNA 分子双链经32P标记的某雄性动物的1个细胞(正常体细
胞染色体数2n=20) 置于不含32P的培养基中培养，经过连续两次细胞分 裂后产生4个子细胞。下列有关推断正确的是
A.若进行有丝分裂，第二次有丝分裂后期，1个细胞中被32P标记的染色 体为40条
B.若进行减数分裂，减数分裂Ⅱ后期，1个细胞中被32P 标记的染色体为 40条
D.若进行减数分裂，则4个子细胞中含32P染色体的子细胞比例一定为1
C.若进行有丝分裂，则4个子细胞中含32P染色体的子细胞比例一定为
2. (2019 ·湖南重点中学演练)BrdU在DNA复制过程中能替代胸腺嘧啶脱氧
核苷酸。由于含BrdU 的情况不同，染色单体着色的深浅也不同：当DNA 只有一条单链掺有BrdU 时，则染色单体着色深；当DNA 的两条单链都掺 有BrdU时，则染色单体着色浅。现将豌豆根尖分生区细胞放在含有BrdU 的培养基中培养，对处于不同细胞周期的细胞进行染色、制片后，在显 微 镜下可观察每条染色体的姐妹染色单体的着色情况。下列有关说法不正确 的是
A.在此实验中，DNA 中的碱基A 可以与碱基T、BrdU 进行配对
B.第一次分裂的中期，每条染色体中的染色单体均着色深
C. 第二次分裂的中期，每条染色体中一条染色单体为深色，另一条为浅色
D.第三次分裂的中期，不可能出现每条染色体中的染色单体均着色浅的细胞
3.用32P标记玉米细胞(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，让其分裂n 次，若一个细胞中 的染色体总数和被32P标记的染色体数分别是40和2,则该细胞至少是处 于第几次分裂的分裂期
A.第一次 B.第二次 第三次 D.第四次
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