(共42张PPT)
第3节 DNA 是主要的遗传物质
第3章 基因的本质
人教版(2019)·生物学·必修2
01
对 DNA 复制的推测
02
目录
03
DNA 半保留复制的实验证据
05
练习与应用
03
DNA的复制过程
04
DNA复制的有关计算
01
对遗传物质的早期推测
课堂导入
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：
1. 碱基互补配对原则暗示 DNA 的复制机制可能是怎样的？
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。
2. 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
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。
探究新知
一、 对 DNA 复制的推测
遗传物质自我复制的假说
半保留复制
沃森和克里克紧接着发表了第二篇论文，提出了遗传物质自我复制的假说：
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，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。
由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
探究新知
一、 对 DNA 复制的推测
全保留复制
有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说。
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。
半保留复制
全保留复制
02
DNA 半保留复制的实验证据
探究新知
二、 DNA 半保留复制的实验证据
【探究活动1】
阅读课本p53-54， 小组合作完成以下任务。
讨论
(1)美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以哪种生物作为实验材料？
(3)本实验的实验技术和研究方法分别是什么？
(2)本实验的实验的实验原理是什么？
探究新知
【探究活动1】
阅读课本p30-31， 小组合作完成以下任务。
讨论
(4)请完成以下表格，梳理出本实验的实验过程并思考问题
(5)基于实验过程及现象分析，能够得出什么实验结论？
二、 DNA 半保留复制的实验证据
亲代 培养 条件 子一代 DNA类型 密度带 类型 培养 条件 子二代 DNA类型 密度带
类型
转移到14NH4Cl培养液 转移到14NH4Cl培养液
探究新知
(1)科学家
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
(2)实验材料
大肠杆菌
二、 DNA 半保留复制的实验证据
(3)实验原理
15N和14N是氮元素的两种稳定同位素，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，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
探究新知
(4)实验技术
(5)研究方法
二、 DNA 半保留复制的实验证据
(6)实验过程
同位素标记法、密度梯度离心法
假说—演绎法
DNA 半保留复制的实验过程(视频)
探究新知
(6)实验过程
15N/15N-DNA
14N
15N/14N-DNA
14N
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
提取DNA，离心
15N/15N-DNA
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提取DNA，离心
15N/14N-DNA
细胞再分裂一次
提取DNA，离心
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
二、 DNA 半保留复制的实验证据
探究新知
(7)实验结论
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
半保留复制
二、 DNA 半保留复制的实验证据
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2.演示方法
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点击右上方播放操作
3.演示界面预览
趣味互动演示——DNA的半保留复制
03
DNA 的复制过程
探究新知
三、 DNA 的复制过程
【探究活动2】
阅读课本p55-56， 小组合作完成以下任务。
讨论
(1)什么叫做DNA的复制，其发生的时间以及场所为？
(3)DNA的复制过程需要哪些条件？
(4)DNA复制的方向及结果分别是？
(2)DNA的复制过程主要包括哪几个步骤？
(5)DNA的复制有何特点和意义？
(6)DNA准确复制的原因为？
探究新知
(1)概念
(2)发生时间
(3)发生场所
DNA 的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
三、 DNA 的复制过程
细胞分裂前的间期
③DNA病毒：活的宿主细胞内。
①真核生物：细胞核（主要）线粒体和叶绿体。
②原核生物：拟核（主要），质粒（细胞质）。
(4)实验过程
DNA 的复制过程(视频)
解旋
合成子链
形成子代DNA分子
探究新知
(4)实验过程
复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
①解旋:
三、 DNA 的复制过程
DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的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。
②合成子链：
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
③形成子代DNA分子：
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3.演示界面预览
趣味互动演示——DNA的复制
探究新知
(5)条件
三、 DNA 的复制过程
②原料：
③酶：
④能量：
①模板：
亲代DNA的两条链(两条母链)
四种脱氧核苷酸（A、G、C、T)
解旋酶、 DNA聚合酶等
ATP
(6)特点
①半保留复制
②边解旋边复制
③双向复制
④真核生物有多个复制起点
探究新知
三、 DNA 的复制过程
(7)方向
从子链的5'端向3'端延伸
(8)结果
形成了两个完全相同的DNA分子
(9)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。
(10)DNA准确复制的原因
②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
04
DNA复制的有关计算
探究新知
四、 DNA复制的有关计算
【探究活动3】
小组合作，完成任务:
DNA复制为半保留复制，若将亲代分子复制n代，其结果分析如图所示:
(1)子代DNA分子数为2",其中:
①含有亲代链的DNA分子数为=
②不含亲代链的DNA分子数=
③含子代链的DNA分子数=
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条,其中:
①亲代脱氧核苷酸链数=
②新合成的脱氧核苷酸链数=
2个
2n-2个
2n个
2条
2n+1-2条
探究新知
四、 DNA复制的有关计算
将含15N的DNA分子放在含有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=
②含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数=
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数=
(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(15N)=
③新合成的脱氧核苷酸链数(14N)=
【探究活动4】
小组合作，完成任务:
探究新知
四、 DNA复制的有关计算
亲代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
复制1次(1代)
复制2次
(2代)
复制3次(3代)
2
4
8
=21
=22
=23
复制n次(n代)
...................................................................................................
2n
探究新知
四、 DNA复制的有关计算
(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(15N)分子数=
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数=
(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(15N)=
③新合成的脱氧核苷酸链数(14N)=
将含15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
2n个
2个
(2n－2)个
2n＋1条
2条
(2n＋1－2)条
探究新知
四、 DNA复制的有关计算
将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，则:
(1) 1次复制需要该游离的脱氧核苷酸=
(2) 2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸=
(3) n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸=
【探究活动5】
小组合作，完成任务:
将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个
(1) 1次复制需要该游离的脱氧核苷酸
(2) 2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸
(3) n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸
探究新知
四、 DNA复制的有关计算
14N
15N
14N
15N
15N
15N
15N
15N
复制
2次：
14N
14N
亲代
14N
14N
15N
15N
复制
1次：
=m个
=3m个
=m (2n－1)个
探究新知
四、 DNA复制的有关计算
将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，
(1) 第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
(2) 第2次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
(3) 第n次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
【探究活动6】
小组合作，完成任务:
将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，
(1) 第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸
(2) 第2次复制需要该游离的脱氧核苷酸
(3) 第n次复制需要该游离的脱氧核苷酸
探究新知
四、 DNA复制的有关计算
= m个
= 2m个
= m·2n－1个
14N
15N
14N
15N
15N
15N
15N
15N
复制
2次：
14N
14N
亲代
14N
14N
15N
15N
复制
1次：
DNA 是复制
对 DNA 复制的推测
课堂小结
DNA 半保留复制的实验证据
科学家:
梅塞尔森和斯塔尔
大肠杆菌
实验材料:
假说演绎法
研究方法:
概念:
发生时间:
发生场所:
DNA的
复制过程
DNA 的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
细胞分裂前的间期
条件:
DNA复制的有关计算
实验技术:
同位素标记法、
密度梯度离心法
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
实验结论:
③DNA病毒：活的宿主细胞内。
①真核生物：细胞核(主要) 线粒体和叶绿体。
②原核生物：拟核(主要)，质粒(细胞质)。
②原料：
③酶：
④能量：
①模板：
亲代DNA的两条链(两条母链)
四种脱氧核苷酸（A、G、C、T)
解旋酶、 DNA聚合酶等
ATP
特点:
①半保留复制
②边解旋边复制
③双向复制
④真核生物有多个复制起点
方向:
从子链的5' 端向 3' 端延伸
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。
结果:
形成了两个完全相同的DNA分子
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3.演示界面预览
趣味互动游戏——DNA 的复制
练习与应用
04
练习与应用
1．下列关于生物科学史的叙述，正确的是（ ）
A．赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术，证明了DNA是主要的遗传物质
B．摩尔根利用假说一演绎法证明了基因在染色体上
C．科学家用差速离心技术探究 DNA分子的复制方式
D．沃森和克里克通过实验证实DNA分子的双螺旋结构
B
DNA是遗传物质
密度梯度离心法
未通过实验直接证实
练习与应用
2．将DNA两条链均为15N的亲代细菌放在含14N的培养基中培养，得到子一代和子二代。每代取等量的细菌破碎，提取出DNA后离心，DNA条带位置如图所示。下列说法正确的是（ ）
B
A．该实验采用了放射性同位素标记法和密度梯度离心法
B．复制n次得到的DNA中，与上图子一代相同的占2/2n
C．若用病毒或真核细胞重复实验也能得到同样的结果
D．仅根据子一代DNA离心结果无法区分半保留复制和全保留复制
同位素标记法(用15N标记)和
密度梯度离心法
可能不同
仅根据子一代DNA离心结果可以区分半保留复制和全保留复制
练习与应用
3．细胞在含有3H-脱氧核苷培养液中培养，3H-脱氧核苷掺入到新合成的DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入3H-脱氧核苷的DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的不显色。现将某男子的精原干细胞进行掺入培养，如图为DNA复制时局部示意图。不考虑变异，下列说法正确的是（ ）
C
A．图示可以看出，DNA复制是多起点的半保留复制
B．第二次复制时，图示①②③分别是浅色、深色、深色
C．第三次复制时，图示①②③片段中（A+G）/（C+T）的值一定相同
D．可观察到一个含有23个核DNA分子的细胞正在进行DNA复制
无法看出是多起点复制
①浅色，②深色，③浅色
该细胞为精细胞，精细胞不再进行细胞分裂，不再进行染色体复制和细胞分裂
练习与应用
4．科学家发现一种新型病毒X，其遗传物质为单链DNA（+DNA），复制时先以+DNA为模板合成互补链（ DNA），再以 DNA为模板合成新的+DNA。现将一个用32P标记+DNA的病毒X侵染未标记的宿主细胞，一段时间后提取子代病毒DNA进行分析。下列叙述错误的是（ ）
A．+DNA和 DNA的碱基比例相同，且碱基序列互补
B．合成 DNA和+DNA时的碱基配对方式完全相同
C．子代病毒DNA中只有一个病毒DNA中含有32P
D．病毒X的DNA复制过程中需要宿主细胞提供原料、能量和酶
A
两者碱基比例一般不同
练习与应用
5．下图是DNA损伤后的一种修复机制，相关推理正确的是（ ）
B
A．图中核酸酶与DNA修复聚合酶的作用位点完全不相同
B．DNA修复聚合酶与DNA聚合酶均沿DNA5'→3'的方向移动
C．DNA在修复过程中，4种脱氧核苷酸都能填充任意缺失位点
D．若损伤DNA未经修复，连续复制n次后将产生2n个异常DNA体蛋白质外壳
相同
根据碱基互补配对原则填充缺失位点
2n-1
练习与应用
6．某含有200个碱基的一个环状双链DNA分子，内含40个腺嘌呤，该DNA连续复制了4次。已知环状双链DNA与链状双链DNA的复制过程基本相同，下列叙述正确的是（ ）
A．该DNA分子含有2个游离的羟基和240个氢键
B．第4次复制需要960个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸
C．游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链
D．复制时，一条子链连续合成，另一条子链不连续合成
D
总氢键数=40×2 + 60×3 = 260
游离腺嘌呤脱氧核苷酸：8×40=320个
DNA聚合酶
练习与应用
7．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．经过3次分裂后，有1/8的DNA分子完全由15N构成
B．经过3次分裂后，仍含有15N的DNA分子占总数的7/8
C．经过3次分裂后，所有的大肠杆菌DNA分子均含有14N
D．经过3次分裂后，所有的大肠杆菌DNA分子均不含15N
C
不存在
1/4
2个DNA分子含 N链
练习与应用
8．DnaA蛋白是一种ATP酶，可结合到大肠杆菌拟核DNA的复制原点（oriC），进而启动DNA复制，下列相关叙述错误的是（ ）
A．拟核DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构
B．oriC处富含G-C碱基对更有利于DnaA蛋白发挥功能
C．DnaA蛋白通过催化ATP水解为DNA的复制提供条件
D．复制过程中DNA聚合酶结合在RNA引物的3′端延伸子链
B
G-C碱基对之间是三个氢键，氢键数目就越多，DNA结构越稳定，解旋难度越大
作业
完成配套作业
人教版(2019)·生物学·必修2
