3.3 DNA的复制 (共29张PPT，含3个视频) 2024-2025学年人教版（2019）高中生物必修二

(共29张PPT)
第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
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。
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”。
讨论：
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；
问题探讨
(1)DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；
(2)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；
(3)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。
沃森和克里克
一、对DNA复制的推测
假说1——半保留复制
1、提出者：
2、主要内容：
3、模式图：
2、模式图：
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。
一、对DNA复制的推测
假说2——全保留复制
1、主要内容：
半保留
复制
全保留
复制
需要通过实验验证
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？
1.实验者：
2.实验材料：
3.技术手段 ：
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
4.背景知识：
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
同位素标记技术、密度梯度离心技术
①15N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；
②利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA；
二、DNA半保留复制的实验证据
必修一P51
提取DNA离心
(2)将前面获得的大
肠杆菌转移到含
14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
第一代
密度
低
高
15N/15N-DNA(重带)
(1)大肠杆菌在含15NH4Cl的
培养液中生长若干代，
大肠杆菌的DNA几乎都
是15N标记的；
密度
低
高
细胞再分裂一次
提取DNA离心
密度
低
高
提取DNA离心
第二代
条带是什么样的？
二、DNA半保留复制的实验证据
5.实验过程：
DNA复制一次
DNA复制两次
若为半保留复制
亲代
子一代
子二代
细胞再分裂一次
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
提取DNA离心
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
二、DNA半保留复制的实验证据
6.实验预期：
重带
中带
轻带
中带
15N
15N
15N
14N
14N
15N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
(1/2)
(1/2)
若为全保留复制
亲代
子一代
子二代
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
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
二、DNA半保留复制的实验证据
6.实验预期：
重带
轻带
轻带
重带
重带
15N
15N
14N
14N
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
(1/2)
(1/2)
(3/4)
(1/4)
15N/14N-DNA（中带）
15N/14N-DNA（中带）
14N/14N-DNA（轻带）
实验结果证明：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
7.实验结果：
排除全保留复制
排除分散复制
二、DNA半保留复制的实验证据
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
分散复制
假说——演绎法
4、证明DNA半保留复制的实验
得出结论
二、DNA半保留复制的实验证据
5、探究历程
1.DNA复制的概念是什么 时间？场所？
2.DNA复制过程怎么进行
3.DNA复制过程需要哪些条件
4.DNA复制过程有何特点
5.DNA复制有何生物学意义
阅读教材P55—56，思考下列问题：
三、DNA复制的过程
三、DNA复制的过程
三、DNA复制的过程
1.概念：
2.时间：
3.场所：
以________为模板合成_________的过程；
亲代DNA
子代DNA
_______________期，随着_____________而完成的。
包括__________________和_________________
细胞分裂前的间
有丝分裂前的间期
减数分裂前的间期
真核生物:
主要在______，其次在______（______和______）
原核生物:
主要在______，其次在______（_____）
DNA病毒:
____________内
细胞核
细胞质
线粒体
叶绿体
拟核
细胞质
质粒
活的宿主细胞
染色体的复制
三、DNA复制的过程
三、DNA复制的过程
4.过程：
能量
解旋酶
母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
碱基互补配对
双螺旋结构
6.特点：
5.条件：
(2)原料：四种脱氧核苷酸
(3)酶：解旋酶、 DNA聚合酶等
(4)能量：ATP(物质)
(1)半保留复制
(2)边解旋边复制
(1)模板：亲代DNA的两条链(两条母链)
三、DNA复制的过程
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
8.结果：
10.意义：
DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
从子链的5' 端向 3' 端延伸
7.方向:
9.DNA准确复制的原因
①DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。
②碱基互补配对能力，保证了复制能够准确地进行。
三、DNA复制的过程
1、将含有15N的DNA放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
(1)DNA分子数：
①子代DNA (含14N)分子数是多少？
②含有亲代DNA链的子代DNA(含15N)分子数是多少？
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数是多少？
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数是多少？
②亲代脱氧核苷酸链数(含15N)是多少？
③新合成的脱氧核苷酸链数(含14N)是多少？
四、DNA复制的相关计算
亲 代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
复制1次
复制2次
复制3次
2
4
8
=21
=22
=23
四、DNA复制的相关计算
(1)DNA分子数：
①子代DNA (含14N)分子数＝
②含有亲代DNA链的子代DNA(含15N)分子数＝
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数＝
2n个
2个
(2n－2)个
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝
②亲代脱氧核苷酸链数(含15N)＝
③新合成的脱氧核苷酸链数(含14N)＝
2n＋1条
2条
(2n＋1－2)条
1、将含有15N的DNA放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
亲 代
复制一次
复制两次
复制三次
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
拓展补充
2
=21
4
=22
8
=23
DNA数量
1.亲代DNA分子经 n 次复制后
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
③不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
例1：一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N的培养液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___个，不含15N的DNA分子有___个，含有14N的DNA分子有____个，不含14N的DNA分子有____个，只含有14N的DNA分子有___个。
2
6
8
0
6
④母链和子链的条数分别是：
2条
2n＋1 - 2 条
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸 ？
②第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数？
2.消耗的脱氧核苷酸数：
m (2n－1)个
m·2n－1
例、一个具有a个碱基对的DNA，含有b个A，该DNA完成n次复制，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸多少个？
（2n-1）X
(2a-2b)/2
复制代数 1 2 3 … n
DNA数 2 8 …
15N/15N 0 0 …
15N/14N 2 … 2
14N/14N 0 6 …
DNA链数 4 8 …
15N链数 2 2 …
14N链数 2 6 …
4
2n
0
0
2
2
2
16
2n+1
2
2
14
2n+1-2
2n-2
将一个15N/15N的DNA分子放于14N的原料中复制n代，完成下表并总结规律：
拓展补充
1.子代DNA分子总数： ____ 个；
第n代产生的DNA总数：____个；
2. 含15N的DNA分子数= ____个
3. 含14N的DNA分子数= ____ 个
4. 只含15N的DNA分子数= ____ 个
5. 只含14N的DNA分子数= ____个
6. 脱氧核苷酸链数= ____ 条
7. 含15N的脱氧核苷酸链数= __条
8. 含14N的脱氧核苷酸链数= ________条
9. 设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个,则：
经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸_________ 个；
在第 n次复制时，需消耗游离的该种脱氧核苷酸_______ 个；
假设将一个全部被15N标记的DNA分子(亲代)转移到含14N的培养基中
培养n代，结果如下：
2n
2n-1
2
2n
全部含有14N
0
2n - 2
2n+1
2
2n+1- 2
m×(2n- 1)
m×2n-1
DNA复制的相关计算总结
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18×108bp(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。
单起点双向复制（原核生物）