3.3 DNA的复制-课件(共52张PPT) 高中生物2025-2026学年人教版（2019）必修2

(共52张PPT)
第3节
DNA的复制
第3章 基因的本质
学习目标
1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式(难点)。
2.概述DNA通过半保留方式进行复制(重点)。
3.理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
科学家们
DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链
威尔金斯
富兰克林
应用X射线衍射技术获得了DNA衍射图谱。
沃森、克里克
构建了一个将碱基安排在双螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺旋外部的DNA双螺旋结构
查哥夫
在DNA中，A与T的数量相等，C与G的数量相等。
提出问题：DNA以什么方式进行复制呢？
新课导入
问题探讨
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”
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。
in the following communications. We were not a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis 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.
《核酸的分子结构》论文节选
问题探讨
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”
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。
in the following communications. We were not a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis 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.
《核酸的分子结构》论文节选
目标一　
对DNA复制的推测
对DNA复制的推测
（二）推测可能的复制方式
（三）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
（四）完成实验
（一）DNA的是如何复制的
半保留复制
全保留复制
假说—演绎法
提出问题
作出假说
演绎推理
实验验证
得出结论
对DNA复制的推测
1.沃森和克里克提出DNA自我复制假说
1953年，James Watson和Francis Crick于Nature杂志上发表了关于DNA双螺旋模型的研究论文，在文末，他们又提示了一种遗传物质可能的复制机制：双螺旋的两条链先解旋，每一条作为合成互补链的模板，即半保留复制模型，每个新的DNA分子含有一条来自亲本分子的链和一条新合成的链。
对DNA复制的推测
1.沃森和克里克提出DNA自我复制假说
亲代DNA分子
半
保
留
复
制
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；
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。
对DNA复制的推测
2.有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说
亲代DNA分子
全
保
留
复
制
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
对DNA复制的推测
3.对DNA复制的其他假说
分散复
制
复制一次
亲代DNA
子代DNA
分散复制（弥散型复制）：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。
这些观点各有不同，如何来证明哪个观点是正确的？
亲代DNA分子
半
保
留
复
制
亲代DNA分子
全
保
留
复
制
要证明DNA复制是半保留复制，就需要通过实验来验证，首要问题是如何区分亲代与子代的DNA。
目标二　
DNA半保留复制的实验证据
DNA半保留复制的实验证据
1958年美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔设计了一个巧妙的实验证明DNA的复制方式。
实验方法 ：
同位素标记技术和密度梯度离心技术
思考1：DNA是大分子，肉眼看不到的，科学家采用什么方法可以区分母链和子链呢？
同位素标记法
14N（自然状态） 15N
思考2：复制后DNA随机混合在一起，不易分离。那么我们怎么区分DNA上带标记的情况呢
密度梯度离心法
即通过离心使其分层，由于相对分子质量、密度的不同，试管中DNA带的位置不同
DNA半保留复制的实验证据
实验方法 ：
密度梯度离心技术
中带
(中间)
重带
(下部)
15N/15N
15N/14N
轻带
(上部)
14N/14N
15N
14N
—— 密度大
—— 密度小
DNA半保留复制的实验证据
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不同N元素的DNA。
轻带
中带
重带
15N/15N
15N/14N
14N/14N
DNA半保留复制的实验证据
实验过程 ：
（1）用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，得到DNA被15N标记的大肠杆菌。
15NH4Cl
14N/ 14N-DNA
繁殖若干代
15N/ 15N-DNA
目的？
得到的大肠杆菌DNA几乎都是15N标记
DNA半保留复制的实验证据
实验过程 ：
（2）将大肠杆菌转移至的含14NH4Cl的普通培养基中培养，在不同时刻收集大肠杆菌，提取DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
15N/ 15N-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA离心
提取DNA离心
DNA复制一次
DNA再复制一次
DNA半保留复制的实验证据
实验预期：
假设DNA是半保留复制，离心后试管中DNA的位置会是怎样的呢？这就需要运用演绎推理来预测。
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
提取DNA，离心
提取DNA，离心
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
证明DNA半保留复制的实验
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
重带
中带
轻带
中带
15N/15N-DNA
密度
低
高
14N
14N
14N
第一代
第二代
细胞分裂一次
细胞再分裂一次
请阅读教材第54页的资料内容，思考完成下列问题：
1．请运用演绎推理来分析实验过程， 完成上述实验预期，填写图中的方框。
细胞分裂一次后，方框中填15N/14N-DNA；细胞再分裂一次后，试管上部的方框中填14N/14N-DNA，试管中部的方框中填15N/14N-DNA。
2．假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的？
假如全保留复制是正确的，第一代的结果：一半的细胞中DNA是15N/15N-DNA，另一半的细胞中DNA是14N/14N-DNA；第二代的结果：1/4的细胞中DNA是15N/15N，3/4的细胞中DNA是14N/14N-DNA。
DNA半保留复制的实验证据
合作探究——全保留复制演绎推理
亲 代
子一代
DNA
复制一次
子二代
DNA
复制一次
细胞再 分裂一次
15N
15N
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
全部高密度带15N/15N
1/2高密度带15N/15N
3/4低密度带14N/14N
1/4高密度带15N/15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
1/2低密度带14N/14N
14N
14N
14N
14N
请阅读教材第54页的资料内容，思考完成下列问题：
3．若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代分别出现几条带，位置如何？
★第一代和第二代都只有1条带，第一代的条带位置居中，第二代的条带比第一代偏上。
DNA半保留复制的实验证据
合作探究——分散复制演绎推理
亲 代
子一代
DNA
复制一次
子二代
DNA
复制一次
细胞再 分裂一次
15N
15N
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
14N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
全部高密度带15N/15N
全部中密度带15N/14N
全部中密度带15N/14N
请阅读教材第54页的资料内容，思考完成下列问题：
4．科学家的实验结果显示第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？
说明其密度居中，只有一条单链被15N标记的子代双链DNA（15N/14N-DNA）排除全保留复制方式。
5．科学家的实验结果显示第二代出现了一条居中的条带和一条靠上的条带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉？
一条带位置居中，为15N/14N-DNA，另一条带的位置更靠上，说明其密度最小，是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA（14N/14N-DNA），排除分散复制方式。
DNA半保留复制的实验证据
DNA半保留复制的实验证据
15N
14N
14N
14N
15N
14N
细胞再 分裂一次
15N
15N
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
亲 代
子一代
DNA
复制一次
子二代
DNA
复制一次
15N
14N
14N
14N
15N
14N
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA复制是分散复制
实验验证：
得出结论：
实验结果表明：DNA的复制是以半保留的方式进行的
DNA半保留复制的实验证据
1.某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是
A.本活动运用了同位素标记技术和离心技术
B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中 培养的
C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N/15N－DNA
D.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制
√
解析　分析图示可知，a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误。
2.某学习小组以某种细菌(大约20 min分裂一次)为材料探究了DNA的复制方式(半保留复制或全保留复制)，实验结果如图所示。下列说法错误的是( )
A.若实验三的结果只出现重带和轻带，则DNA的复制方式为全保留复制
B.若将实验三得到的DNA解旋后再离心，其结果无法判断DNA的复制方式
C.若实验四的结果只出现中带和重带，则DNA的复制方式为半保留复制
D.若将实验四的实验时间改为60 min，密度带的位置不变，则DNA的复制方式为全保
留复制
√
解析　将实验四的实验时间改为60 min，即DNA复制3次，如果DNA的复制方式为半保留复制，则有1/4的DNA分子一条链含14N、一条链含15N，3/4的DNA分子两条链全是15N，离心结果是出现重带和中带；如果DNA的复制方式为全保留复制，则有1/8的DNA分子两条链全是14N,7/8的DNA分子两条链全是15N，离心结果是出现重带和轻带；不管是半保留复制还是全保留复制，和前一次复制相比，密度带的位置都不会发生改变，D错误。
目标三　
DNA复制的过程
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：
真核细胞：细胞核（主要）、线粒体和叶绿体；
原核细胞：拟核（主要）、质粒；
病毒：宿主细胞中（如：噬菌体侵染大肠杆菌）。
细胞分裂前的间期。
3.场所：
4.DNA复制的条件
DNA的两条链（母链）
四种脱氧核苷酸
解旋酶；DNA聚合酶等
由细胞代谢提供ATP
模板:
原料:
能量:
酶:
碱基互补配对原则
原则:
DNA复制的过程
DNA复制的过程
在细胞提供能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。DNA聚合酶等以解开的每一条链为模板，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。
5. 过程：
DNA复制的过程
5. 过程：
①解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，氢键断裂。
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
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'
ATP
解旋酶
DNA复制的过程
5. 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
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
形成氢键
②合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的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。
DNA复制的过程
5. 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
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
DNA聚合酶
5'
3'
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
ATP
ATP
形成磷酸二酯键
从子链的5' 端向 3' 端延伸
复制方向（子链合成方向）:
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
DNA复制的过程
5. 过程：
DNA复制的过程
5. 过程：
③重新螺旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
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
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
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'
（1）半保留复制
（2）边解旋边复制
高效
（3）双向复制
（4）真核生物有多起点复制
6.特点：
DNA复制的过程
DNA复制的过程
7.结果：
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。
8.DNA能准确复制的原因：
（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；
（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。
9.DNA复制的意义：
DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
1.下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ）
A.在细胞分裂前的间期，发生DNA复制
B.DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
C.DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制
D.单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链
A
解析　细胞分裂前的间期完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，A正确；
由于DNA的半保留复制，所以DNA通过一次复制后产生两个DNA分子，B错误；
DNA复制是边解旋边复制的过程，C错误；
DNA酶的作用是促进DNA水解成脱氧核苷酸，促进单个脱氧核苷酸连接合成新的子链的酶是DNA聚合酶，D错误。
2.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是（ ）
A
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
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
目标四　
DNA的复制过程中相关计算规律
DNA的复制过程中相关计算规律
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，结果如下：
第二代
亲 代
第一代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
21
22
23
DNA的复制过程中相关计算规律
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，结果如下：
(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
2n
0
(2n－2)
DNA的复制过程中相关计算规律
(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。
2n＋1
2
(2n＋1－2)
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，结果如下：
DNA的复制过程中相关计算规律
(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。
不消耗
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，结果如下：
1.一个带有同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占
A.12.5% B.25% C.50% D.100%
√
解析　同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，合成的子代DNA分子共有23＝8(个)，DNA复制具有半保留复制的特点，其中带有15N标记的DNA分子只有2个，故在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占2/8＝1/4＝25%。
1. 图甲是用DNA测序仪测出的某双链DNA分子一条单链的碱基排列顺序，图乙为另外一个双链DNA的一条单链测序结果。下列叙述错误的是（ ）
A. 甲图中特定的碱基排列顺序，体现了该DNA分子的特异性
B. 乙图代表的DNA双链中的（A + G）/（T + C）的比值是1
C. 乙图代表的DNA分子复制两次所需的鸟嘌呤是24个
D. 甲图中的单链与乙图中单链是互补配对的
√
解析：DNA 分子的特异性由特定的碱基排列顺序体现，甲图中特定的碱基排列顺序符合这一特点，A正确；DNA 双链中 A=T、G=C，因此（A+G）/（T+C）的比值为 1，乙图代表的 DNA 双链也遵循此规律，B正确；结合图甲可知，乙单链含有G3个，C5个，另一条互补单链含有G5个，也就是一个DNA分子含有G8个，乙图代表的DNA分子复制两次，实际新合成的DNA分子有3个，因此复制两次所需的鸟嘌呤是24个，C正确；甲图中的单链碱基序列为TGCGTATTGG，乙图中单链碱基序列是CCAGTGCGCC，两者不互补配对，D错误。
课堂小结
DNA复制的推测
DNA复制实验证据
DNA复制
实验过程
实验结果
实验结论
基本条件
过程
特点
亲代：一条DNA带（底部）
第一代：一条DNA带（中间）
第二代：两条DNA带（中间、上部）
DNA复制是半保留复制
解旋
合成子链
复旋
模板
酶
能量
原料
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
边解旋边复制
解旋酶
DNA聚合酶
证明
参与
参与
半保留复制
全保留复制
用15N标记DNA大肠杆菌放在含有14N的培养液中培养，在不同时刻提取DNA并进行分离