第3章 第3节DNA的复制--人教版2019高中生物学必修2教学课件(共34张PPT)

(共34张PPT)
第3节 DNA的复制
第3章 基因的本质
生物
学习目标
①分析赫尔希和蔡斯实验插图，提出DNA复制方式的假设；通过模型构建，理解DNA复制的不同方式，提高模型建构与科学推理能力。（科学思维）
②运用演绎推理法，模拟密度梯度离心实验，体验科学探究过程，论证DNA是以半保留的方式进行复制的，提升科学探究能力。（科学探究）
③在问题驱动下分析科学史资料，推演DNA复制的条件，培养求证意识；通过微课学习与动手模拟，深入理解DNA复制过程，形成结构与功能的统一认知。
（科学思维、生命观念）
学习重难点
重点：
DNA复制方式的探究及DNA复制的条件、过程和特点。
难点：
1.如何运用假说-演绎法分析实验数据，推理DNA的复制方式。
2.如何理解DNA复制的方向性与半不连续复制的特点。
导入新课
科学家通过基因测序解读了萤火虫的全部遗传信息，发现一亿年前，由于DNA复制错误，萤火虫才获得了发光的能力[1]。
[1]Firefly genomes illuminate parallel origins of bioluminescence in beetles. (2018) eLife 7:e36495.
探究DNA的复制方式
新课讲授
任务一
导入新课
2.结合教材P45噬菌体侵染大肠杆菌实验图解，推测DNA复制的方式是怎样的？
提示：在DNA复制过程中,被标记的DNA被保留。
1.在噬菌体侵染大肠杆菌实验中，被32P标记DNA的实验组,在新形成的部分噬菌体中检测到了32P，说明了什么？
[任务一]探究DNA的复制方式
新课讲授
阅读教材P53前两段并结合教材P45图3-6，完成以下活动。
[任务一]探究DNA的复制方式
【活动1】利用白板、磁条(红色表示具有放射性,蓝色表示无放射性)，小组合作构建DNA的半保留复制模型和全保留复制模型（包括子一代DNA和子二代DNA），解释模型并自主构建出DNA半保留复制、全保留复制的概念。
新课讲授
[任务一]探究DNA的复制方式
1.半保留复制(沃森和克里克提出）
以DNA双链为模板，新合成的每个DNA分子都保留原来DNA分子中的一条链。
2.全保留复制
以DNA双链为模板，子代DNA分子都是新合成的。
半保留复制
全保留复制
新课讲授
1.如果要设计实验探究DNA的复制方式，你认为关键思路是什么？
3.选择什么同位素标记？
15N和14N是氮元素的两种稳定同位素(无放射性)，两者的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。
4.如何区分亲代和子代DNA链中含有哪种氮元素？
密度梯度离心法。
把亲代DNA（母链）和子代DNA（子链）区别开。
2.DNA肉眼是看不见的，如何在实验中直观区分母链DNA与新合成的DNA子链？
同位素标记法。
[任务一]探究DNA的复制方式
15N-
-15N
15N-
14N-
-15N
-14N
新课讲授
[任务一]探究DNA的复制方式
【活动2】根据活动1中的物理模型演绎推理半保留复制和全保留复制对应的亲代 DNA、子一代DNA及子二代DNA离心后在试管中的位置，并将预期结果记录在下表中，分组讨论并展示结果。
表 1 演绎推理预期结果记录表
项 目 半保留复制离心后DNA位置及宽度 全保留复制离心后DNA位置及宽度
亲代DNA
子一代DNA
子二代DNA
全为重带
全为中带
1/4重带,3/4轻带
全为重带
1/2重带,1/2轻带
1/2中带,1/2轻带
[任务一]探究DNA的复制方式
如果DNA复制是半保留复制
第一代会出现的结果：
第二代会出现的结果：
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
提取DNA，离心
15N/15N-DNA
提取DNA离心
转移到14NH4Cl的培养液
细胞分裂一次
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
细胞再分裂一次
密度
低
高
提取DNA，离心
第一代
第二代
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
梅塞尔森和斯塔尔的经典实验
实验结果与预期相符合，证明：
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
新课讲授
[任务一]探究DNA的复制方式
【归纳总结】简单概括整个过程是如何运用假说-演绎法探究DNA复制方式的，组长点评、完善。
新课讲授
[任务一]探究DNA的复制方式
【拓展应用1】
赫伯特·泰勒利用蚕豆（2N=12）根尖细胞作为实验材料，用放射性同位素 H标记细胞染色体DNA（标记双链），然后让细胞在不含 H的培养液中进行有丝分裂，经放射自显影显示实验结果，观察染色体被标记的情况。
根据DNA的半保留复制方式，以图示方式画出有丝分裂过程中第1次有丝分裂中期和第2次有丝分裂中期每条染色体的2条姐妹单体被标记的情况。
DNA的复制过程
新课讲授
任务二
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
资料一 科学家将变形虫放在有标记过的脱氧核苷酸培养液中，一段时间后，在细胞核中首先发现有标记的DNA分子。
资料二 科学家通过生化分析得知，细胞分裂间期细胞中脱氧核苷酸含量开始时很低，不久急剧增加，以后又逐渐降低到初始水平。随着脱氧核苷酸含量的动态变化，DNA聚合酶的活性显著增高。
资料三 美国生化学家科恩伯格从大肠杆菌中首次分离出DNA聚合酶，并构建了DNA体外合成体系。步骤1：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶，结果并未得到DNA分子。步骤2：科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、ATP和酶，又加入了微量的DNA分子，结果有新的DNA产生，且与加入的微量DNA分子相同。
推测出DNA复制的场所是__________，时间是__________，归纳DNA复制需要的条件有__________________________________。
细胞核
细胞分裂间期
原料（4种脱氧核苷酸）、能量、酶、模板DNA
1.请阅读以下3则资料，完成相关问题。
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
①描述DNA复制过程；②观察DNA聚合酶催化子链的延伸方向；③总结DNA的复制特点
2.观看DNA半保留复制微课并结合教材P55-56相关内容 ,完成以下问题。
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
（1）解旋：
在细胞提供的能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
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G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
催化氢键断裂
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
（2）合成子链：
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
模板：每条母链
原料：游离的脱氧核苷酸
碱基互补配对—自动形成氢键
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
DNA聚合酶催化形成 ，形成脱氧核苷酸长链
子链延伸方向：
（2）合成子链：
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
DNA聚合酶
5'
3'
ATP
磷酸二酯键
5 ' 3'
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
A
5'
G
C
A
A
G
C
T
A
T
C
A
T
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
5'
3'
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
（3）子链与对应的模板链盘绕成双螺旋结构，形成2个子代DNA
特点：
边解旋边复制；半保留复制；多起点复制
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
完成教材P56拓展应用第1题，并回答以上思考题。
DNA复制过程中会时常出错吗 ？
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
P56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
提示：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。
【思考】
DNA为什么要准确地自我复制？复制的意义是什么？
DNA复制过程中出错率很小，而且还有错配修复机制。
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
DNA准确复制的原因和意义
将遗传信息从亲代细胞传给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
（1）原因：
① DNA独特的　　　　　　提供了精确的模板；
② 通过　 　　　　　，保证了复制准确无误。
（2）复制的意义：
双螺旋结构
碱基互补配对
新课讲授
[任务二]DNA的复制过程
【归纳总结】
请同学们利用手中卡纸，动手模拟演示DNA分子复制的过程，边模拟边描述该过程。
模板
能量和酶
原料
DNA复制中的数量关系
新课讲授
任务三
新课讲授
[任务三]DNA复制中的数量关系
新课讲授
[任务三]DNA复制中的数量关系
2
0
2
【练习1】
当堂训练
1.真核细胞中DNA复制如下图所示，下列表述错误的是( )
A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
C
【练习2】
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
当堂训练
【练习3】
一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是（ ）
A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104
B．复制过程需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．含有放射性的子代DNA分子的两条链都有放射性
D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
C
当堂训练
当堂训练
【练习4】
(不定项)如图为真核细胞DNA复制的电镜照片，其中泡状结构为复制泡，是DNA上正在复制的部分。下列相关叙述正确的是(　　)
A．每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链
B．每个复制泡中一条子链是完全连续的，另一条子链是不连续的
C．解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等多种酶参与了该过程
D．该图说明了真核细胞通过多起点复制的方式提高复制速率
ACD
当堂训练
【练习5】
科学家将植物根尖分生组织放在含有5-溴尿嘧啶脱氧核苷（bromodeoxyuridine, BrdU）的培养液中进行培养，待细胞处于第二个分裂周期时，取出根尖组织用姬姆萨（Giemsa）染料染色，结果被染色的染色体出现色差。BrdU在结构上与胸腺嘧啶脱氧核苷类似，能够代替后者与腺嘌呤配对，掺入新合成的一条DNA链中。DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色，因此就会形成色差染色体。
（1）请你根据DNA复制的过程思考当细胞处于第二个有丝分裂中期时，一条染色体的两条染色单体具有怎样的色差效果，为什么？
（2）如果再经过一个周期，染色体的两条染色单体又将是怎样的色差效果，为什么？
（1）当细胞处于第二个有丝分裂中期时，一条染色体的两条染色单体呈现一条深蓝色，一条浅蓝色的色差效果，原因是一条染色单体中的DNA分子双链都含有BrdU，另一条染色单体中的DNA分子只有一条链含有BrdU。
（2）再经过一个周期，染色体的两条染色单体可能两条都呈浅蓝色，也可能一条深蓝色一条浅蓝色，原因是此时细胞中DNA分子有双链都含BrdU，也有一条链含BrdU，一条链正常的。
课堂小结
请自主构建本节课内容的思维导图。
谢谢大家