高中生物人教版必修2 第三章 基因的本质 第3节 DNA的复制(51张PPT)

(共51张PPT)
第3节 DNA的复制
一、对分子复制的推测
二、半保留复制的实验证据
三、分子复制的过程
教学目标
知识目标
1.记住DNA复制的概念。
2.简述DNA复制的过程，并分析、归纳出DNA复制过程的特点。
3.知道DNA复制在遗传上的意义。
能力目标
1.通过试验引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学的思维。
2.通过对DNA复制的研究，鼓励学生大胆想象、猜测，培养学生自主探索、合作学习、分析问题、解决问题的能力。
情感态度与价值观目标
1.分析经典实验，让学生领悟科学探究的魅力 。
2.通过分组探究活动，培养学生的协作意识和科学态度。
重点
难点
教学重难点
DNA复制的条件、过程和特点。
DNA分子的复制过程 。
一、对DNA分子的推测
你能从DNA分子的双螺旋结构，设想出DNA复制的方式吗？
1.关于DNA分子复制的早期推测
关于DNA分子是如何复制的，在早期的研究中，科学家们提出了三个模型，它们是全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。这里我们主要介绍全保留复制模型和弥散复制模型。



（1）全保留复制模型： 在全保留复制模型中，母链DNA分开，分别复制形成两条子链DNA，此后两条母链DNA彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链DNA分子 。
（2）弥散复制模型：在弥散（分散）复制模型中，亲代双链被切成双链片段，而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板，新、老双链片段又以某种方式聚集成“杂种链”。
2.遗传物质自我复制的假说
沃森和克里克提出遗传物质的自我复制假说：
DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，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。因此，这种复制方式被称为半保留复制。
3.究竟DNA分子是如何复制的呢？
全保留复制、弥散复制和半保留复制，究竟哪一种是DNA分子的复制方式呢?
下面我们通过实验来研究。
二、DNA半保留复制的实验证据
(1)1958年，科学家设计了DNA合成的同位素标记实验。
1.实验过程
（同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫做示踪元素。用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。人们可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫做同位素标记法。）
（2）科学家先将大肠杆菌放入含15N的培养基中培养若干代，使所有细菌的DNA都标记上15N，然后将这些细菌转移到只含有14N的培养基中培养。随后，分别取完成一次细胞分裂的细菌（细胞数增加一倍）和完成两次细胞分裂的细菌，并将细菌中的DNA分离出来，做密度梯度离心和分析。
（离心技术的原理是物体在匀速圆周运动时受到一个外向的离心力，将样品放入离心机转子的离心管内，样品液就随离心管做匀速圆周运动，产生了一个向外的离心力，由于不同物体的质量、密度、大小及形状等彼此各不相同，在同一固定大小的离心场中沉降速度不同，由此便可以得到相互间的分离。 )
（3）将分离出来的DNA溶于氯化铯（CsCl）溶液中进行超速离心。氯化铯溶液在超速离心时，离心管中形成一个连续的CsCl密度梯度，离心管底部溶液的密度最大，上部溶液的密度最小，以离心管中颜色的深浅表示CsCl密度梯度。
CsCl密度梯度离心可以将质量差异微小的分子分开，由于含有不同比例15 N和14N的DNA相对分子质量不同，相同质量的DNA集中在一条与该处CsCl溶液密度相等的狭窄的带上，从而在试管中出现重、中、轻三条带。
N15/N15—DNA
重链DNA
N14/N14—DNA
轻链DNA
N14/N15—DNA
2.预测结果
经过同位素的标记，将复制后的DNA分子密度梯度离心会出现什么样的结果呢 ？
科学家认为，可能会出现三种DNA分子：含15N的双链DNA分子，含14N的双链DNA和分别含15N和14N的双链DNA分子。

含15N的双链DNA分子密度较大，离心后的条带应分布于离心管的下部；含14N的双链DNA密度较小，离心后的条带应分布于离心管的上部；而两条链分别含15N和14N的双链DNA密度应该介于双链均含15N的DNA和双链均含14N的DNA之间，离心后的条带应分布与离心管的中部。
实验的结果和预期的结果一致,说明克里克等所做的假设正确,复制方式是半保留复制。
3.实验结果
4.讨论分析
（1）从实验结果知道，亲代DNA分子是什么样的DNA分子？
亲代DNA分子是含15N的双链DNA分子。
（2）请从结果推测，子一代细胞的DNA分子的双链组成有什么特点？子二代细胞的DNA分子的双链组成又有什么特点？
子一代的DNA分子全部位于中部，根据假设说明是一条链含15N和一条链含14N的双链DNA分子；子二代的DNA分子有的位于上部，有的位于中部，根据假设说明有的是含14N的双链DNA分子，有的是含15N和含14N的双链DNA分子。
（3）请说说DNA分子复制的特点。
亲代是15N的双链DNA分子，子一代全部是一条链含15N和一条链含14N的双链DNA分子，说明亲代DNA分子拆开，产生的子代DNA分子一条链是15N，另一条链是14N，即一条链是母链，另一条链新合成的链。
子二代DNA分子有的是含双链14N的DNA分子，有的是一条链含15N和一条链含14N的双链DNA分子，说明是把子一代DNA分子拆开进行复制的。
5.实验结论
根据同位素标记实验的结果，新合成的双链DNA分子中，有一条链是来自亲代DNA，另一条链是新合成的，细胞中DNA的复制是以亲代的一条DNA链为模板，按照碱基互补配对原则，合成另一条互补碱基的新链，复制出的DNA分子与亲代DNA分子完全相同，因此，细胞中DNA的复制称为半保留复制。
三、DNA分子复制的过程


定义 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程

时间 有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期
场所 真核生物：细胞核（主要）、叶绿体、线粒体原核生物：细胞质
1.列表总结：
模板：
亲代DNA分子的两条链
原料：
游离的4种脱氧核苷酸（A、G、C、T）
能量：

酶：
ATP （呼吸作用提供）
解旋酶、DNA聚合酶等
2.条件：
（1）解旋：
（2）合成子链：
利用　 　提供的能量（ATP），在
的作用下，把两条螺旋的双链解开。
以解开的每一段母链为 　，以
为原料，遵循 原则，在有关　 的作用下，合成与母链互补的子链。
细胞
解旋酶
碱基互相配对
酶
3.DNA复制的过程：
模板
离的脱氧核苷酸
四种游
（3）形成子代DNA
每条子链与其对应的　 盘旋成双螺旋结构，形成 个与亲代 　的DNA。
母链
两
完全相同
边解旋边复制
半保留复制
原则：碱基互补配对原则
4.DNA复制的特点：
5.DNA复制的原则：
意义：
将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的稳定性、连续性。
原因


①DNA分子独特的　　　 　提供精确的模板
②通过　　　　　　 保证了复制准确无误。
双螺旋结构
碱基互补配对
6.DNA准确复制的原因、意义：
课堂小结
1. DNA半保留复制的实验证据。
2.DNA分子复制的过程。
(1)DNA复制的概念、时期和场所
①概念：以亲代DNA为模板合成相同子代DNA的过程。
②时期：有丝分裂间期，减数分裂第一次分裂前间期。
③场所：细胞核(主要)，细胞质 (线粒体、叶绿体和质粒)。
①碱基互补配对原则
②边解旋边复制
(3)DNA复制的条件
①模板：亲代DNA的两条链
②原料：4种脱氧核苷酸
③能量：ATP
④酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等
(2)DNA复制的机理
半保留复制：新合成的子代DNA分子中的两条链，一条是从母链“继承”的，另一条为新合成的。
（4）DNA复制的特点
①遗传信息的传递，使本种保持相对稳定和延续。
②由于复制差错而出现基因突变，从而为进化提供了原始选择材料。
（5）DNA复制的意义
针对练习


1、有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述，错误的是（ ）
A.两种过程都可在细胞核中发生
B.两种过程都有酶参与反应
C.两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料
D.两种过程都以DNA为模板
C
解析：本题主要考察DNA的复制和转录过程的区别。二者都是以DNA为模板，所以都发生在细胞核；DNA复制和转录分别形成DNA和RNA，因此二者需要的酶不同，原料不同。
2、DNA复制和转录的共同点是（多选）（ ）
A.需要多种酶参与
B.在细胞核内进行
C.遵循碱基互补配对原则
D.不需要ATP提供能量
ABC
解析：DNA分子的复制和转录都需要酶的参与，都需要ATP提供能量，都遵循碱基互补配对原则。
3、下列关于细胞基因复制与表达的叙述，正确的是（ ）
A.一种密码子可以编码多种氨基酸
B.基因的内含子能翻译成多肽
C.编码区增加一个碱基对，只会改变肽链上的一个氨基酸
D.DNA分子经过复制后，子代DNA分子中（C+T）/(A+G)=1
D

解析：密码子具有兼并性，一种氨基酸可有多种密码子，但一种密码子只能决定一种氨基酸。基因通过转录翻译可以合成多肽，但基因编码区的内含子只能转录形成信使RNA，经过剪切和拼接才能形成成熟的信使RNA，通过翻译形成多肽。编码区增加一个碱基对，如果增加的碱基对在外显子区段，则改变的就不是一个氨基酸了，而如果增加的一个碱基对是在内含子区段，则不会引起肽链上的氨基酸的改变。对于DNA来说，两条链的碱基遵循碱基互补配对原则，所以子代DNA分子中（C+T）/(A+G)=1。
课堂练习
1.有三个核酸分子，共有5种碱基、8种核苷酸、4条多核苷酸链，这三个核酸分子可能是??????????????? （? ? ）
A.2个DNA、一个RNA???????????????????????
B.一个DNA、两个RNA?
C.三个DNA?? ?????????????????????????????????????
D.三个RNA
2.双链DNA分子中，一条链上的A占30％，则双链中C+T占 （ ?? ）
A.50％?????????????????? B.20％?????????????????
C.30％??????????????????? D.15％
B
A
3.某同学制作DNA双螺旋模型时含腺嘌呤5个，腺嘌呤与鸟嘌呤之比为1：3，则该DNA片段模型中含有脱氧核糖多少?? （ ? ? ）
A.10?????????????????????? B.20????????????????????
C.30??????????????????????? D.40
4.在DNA水解酶的作用下，初步水解DNA分子可以获得?????? （?? ）
A.4种核苷酸???????????
B.4种脱氧核苷酸
C.磷酸、核糖和四种碱基????????????????????
D.磷酸、脱氧核糖和四种碱基
D
B
5.某生物精原细胞的染色体上有2n个基因，DNA含量为6.4C（单位）。则该生物肝细胞的染色体上含有的基因数和DNA含量???????????? （ ?? ）
A.n和3.2C????????????
B.2n 和6.4C???????
C.2n和3.2C???????????
D.4n和12.8C
B
6.用15N标记噬菌体的DNA,然后再侵染细菌,设细菌破裂后共释放出16个噬菌体,问这些噬菌体中有( )个不含15N，有( )个只含15N，有( )个同时含15N、14N
A.10 B.12 C.14
D.16 E.0 F.2　
C
E
F
7.某DNA分子中含有1000个碱基对（P元素只是32P），若将其放在只含31P的脱氧核苷酸的培养基中让其复制2次，则子代DNA的相对分子质量平均比原来 （ ）
A.减少1500
B.增加1000　 　　　
C.增加1500　　　
D.减少1000
A
8.如果将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记,并供给14N的原料,那么该细胞进行减数分裂产生的4个精子中,含15N的精子所占的比例为 ( )
A.25% B. 50%
C.75% D.100%
D
9.DNA分子某片段包含m个碱基,其中胞嘧啶n个,该片段复制2次,需要消耗游离胸腺嘧啶脱氧核苷酸为 （ ）
A.(m-2n)/2
B.(3m-6n)/2
C.m-2n
D.2m-4n
B
课外拓展
1.目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破、辨认身份等方面。
（1）2001年9月11日，恐怖分子袭击了美国世贸大厦，造成重大人员伤亡。很多人的遗体被埋在废墟中，并且遭到严重破坏，以至于身份根本无法辨认。
同学们根据你们所学习的知识，怎样才能把这些人的身份辨认出来呢？
美国军方是如何判断逮捕的人物是真正的萨达姆?
（2）辨认萨达姆
应用医学、生物学和遗传学的理论和技术,判断有争议的父母与子女之间是否有亲生关系为亲子鉴定。传统的亲子鉴定需要进行血型测试:小孩至少要6个月大,还要大量的血液样本,过程烦琐、取样痛苦且错误率高。DNA亲子鉴定测试与之有很大的不同。DNA亲子鉴定可以在任何组织,例如口腔上皮细胞取样,甚至在小孩未出世前、没有母亲参与的情况下进行,并且是目前亲子测试中最准确的一种,准确率可达99.99999%。
2.亲子鉴定
当前DNA亲子鉴定利用人类基因组中的重复碱基序列STR和PCR技术进行个体识别。STR作为第二代分子标记,势必会被90年代后期诞生的第三代分子标记技术:一种被称为单核苷的多态SNP的技术所取代。美国911恐怖袭击中经过烈火高温焚烧后的尸体辨认工作曾因STR局限性而一度进展缓慢。不过,最终辨认工作依然顺利完成,这全应归功于科学家们采用了SNP技术的创意性决策。