3.3 DNA的复制课件(共28张PPT2份视频) 2024-2025学年人教版高中生物学必修2

(共28张PPT)
3.3 DNA的复制
沃森和克里克在发DNA螺构的那篇著名短文的尾处写道:“值得注意的是，我们提出的这种基特异性配对方式，暗示着传物质进行复制的一种可能的机制。”
《核酸的分子结构》论文节选
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，但是得出结论必须建立在确凿的证据之上。
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
②作出假说
推测可能复制方式。
④实验验证，得出结论
实验、得出结论、验证假说。
①提出问题
DNA如何复制？
③演绎推理
根据复制模式，
预测实验结果
假说——演绎法
一、对DNA复制的推测
沃森和克里克紧接着提出遗传物质自我复制假说：
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基间氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。
由于新合成每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链，因此，这种复制方式称作半保留复制。
脱氧
核糖
P
A
脱氧
核糖
P
C
脱氧
核糖
P
G
脱氧
核糖
P
T
脱氧
核糖
P
T
C
脱氧
核糖
P
G
脱氧
核糖
P
A
脱氧
核糖
P
假说1：半保留复制
作出假说
假说1：半保留复制
作出假说
脱氧
核糖
P
T
脱氧
核糖
P
T
C
脱氧
核糖
P
G
脱氧
核糖
P
A
脱氧
核糖
P
5'
3'
脱氧
核糖
P
T
5'
脱氧
核糖
P
A
脱氧
核糖
P
C
脱氧
核糖
P
G
脱氧
核糖
P
T
3'
A
脱氧
核糖
P
G
脱氧
核糖
P
脱氧
核糖
P
C
脱氧
核糖
P
G
脱氧
核糖
P
A
C
脱氧
核糖
P
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的
假说二：全保留复制
到底哪种假说正确呢
要通过实验进行验证
要通过实验探究DNA复制是哪种方式, 关键思路是什么
通过实验区分亲代和子代的DNA。
如何做区分
美国生物学家梅
塞尔森和斯塔尔
◆科学家
1958年
◆时间
大肠杆菌
◆实验材料
二、DNA半保留复制的实验证据
该实验用什么元素做标记 为什么
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。
如何测定子代DNA带有同位素的情况
含15N的 DNA比含14N的DNA密度大，利用离心技术可以在试管中区分不同N元素的DNA分子。
◆实验技术
同位素标记法、
密度梯度离心法
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
思考·讨论
证明DNA半保留复制的实验
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
如果DNA复制是半保留复制
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
提取DNA，离心
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂1次
提取DNA，离心
提取DNA，离心
细胞再分裂1次
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
15N/15N-DNA
第一代
第二代
高
密度
低
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
实验结果表明，DNA的复制是以半保留的方式进行的。
演绎推理
实验验证
如果DNA复制是全保留复制
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
细胞再分裂1次
提取DNA，离心
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂1次
提取DNA，离心
提取DNA，离心
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
第一代
第二代
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
实验可能结果
1.概念：
是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
随着染色体的复制而完成的
减数分裂前的间期
有丝分裂间期
真核生物
细胞质：线粒体、叶绿体
细胞核(主要)
原核生物
拟核
细胞质
病毒：
宿主细胞
4.条件：
2.发生时期：
3.场所：
DNA两条母链
细胞中游离的4种脱氧核苷酸
ATP（破坏氢键）
解旋酶、DNA聚合酶等
模板
原料
能量
酶
三、DNA复制的过程
5.DNA复制的过程：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
利用能量，在解旋酶作用下，DNA双链解开
以解开的每一段母链为模板
在DNA聚合酶等酶的作用下
利用细胞中游离的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
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
5.DNA复制的过程：
DNA聚合酶
DNA解旋酶
复制分叉
子链
DNA模板链
DNA聚合酶
DNA模板链
子链
DNA
氢键
一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子
解旋
合成子链
重新
螺旋
解旋酶
双链解开
4种脱氧核苷酸
DNA聚合酶
磷酸二酯键
4种脱氧核苷酸
加热
完全解旋需要7小时
DNA分子
ATP
解旋酶
原料
ATP
DNA聚合酶
得到子代DNA需要8小时
A组实验
B组实验
DNA聚合酶
4种脱氧核苷酸
DNA分子
ATP
解旋酶
得到子代DNA只需要7.5小时
资料1：哺乳动物DNA分子展开可达2米，科学家在研究DNA复制时，在适宜情况下人工合成DNA，过程如下：
女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子达36mm，DNA速度约为4μm/min(1mm=1000μm)，但复制过程仅需40min左右即完成。
果蝇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复制速率，为细胞分裂做好物质准备。
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
资料2：
半保留复制
边解旋边复制
多个复制起点
复制方向
复制方向
复制方向
复制起点
复制起点
复制起点
(从结果看)
(从过程看)
6.特点：
DNA复制的起点和方向
原核生物：单起点双向复制
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
8.结果
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
7.方向
从子链的5' 端向 3' 端延伸
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
9.准确复制的原因
DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板
通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养3代，子代DNA含N情况结果如下：
DNA复制的相关计算规律
亲代
1代
2代
N
14
N
15
N
15
N
15
N
15
N
14
3代
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，子代DNA含N情况：
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为 个。
②含15N的DNA分子数为 个。
③含14N的DNA分子数为 个。
④只含15N的DNA分子数为 个。
⑤只含14N的DNA分子数为 个。
2n
2
0
2n_2
2n
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，子代DNA含N情况：
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝ 条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝ 条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝ 条。
2
2n+1
2n+1_2
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。
m·（2n－1）
m·2n－1
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，子代DNA含N情况：
DNA的复制
三种方式
DNA复制的过程
对DNA复制的推测
实验证明
具体内容
对DNA复制的推测
1.某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是(　　)
D
2. 下列有关DNA复制的叙述，正确的是(　　)
A.DNA复制时以DNA分子的一条链作为模板
B.洋葱根尖分生区细胞在减数分裂前的间期进行DNA复制
C.DNA复制时先解旋后复制
D.蓝细菌细胞的拟核可发生DNA复制
D
3.下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的是(　　)
A．酶①和酶②均作用于氢键D
B．该过程的模板链是a、d链
C．该过程中的c、d链结构相同
D．DNA的复制是半保留复制
D
4.一个双链被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∶8
D．复制3次后，子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
C