2020-2021学年高一生物（人教版（2019）必修二）3.3 DNA的复制 课件（24张PPT）

3.3 DNA的复制
课程标准要求
核心素养
概述DNA分子通过半保留方式进行复制
1．生命观念:结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观和物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息。
2．科学思维:分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。
3．科学探究:运用假说演绎法，探究DNA分子的复制方式为半保留复制。
问题探讨
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。”
in the following communications. We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chemical arguments.
It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic 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
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？
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，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。
DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋_____，互补的碱基之间的氢键_____，________________分别作为复制的模板，游离的____________根据_________ ___原则，通过形成_____，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称__________
碱基互补配对
断裂
解开的两条单链
脱氧核苷酸
氢键
半保留复制
解开
沃森和克里克紧接着发表第二篇论文，提出了遗传物质自我复制的假说：
一、对DNA复制的推测
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________的
新合成
有人持不同的观点，提出了全保留复制的假说：
②全保留复制
①半保留复制
对DNA复制的推测
半保留复制
全保留复制
DNA的复制就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，即1DNA→2DNA。
新产生的DNA分子是一个全新的DNA分子吗？
03
半保留
复制
全保留
复制
需要通过实验验证
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？
梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）
1.实验者：
2.实验材料：
3.实验方法 ：
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
4.背景知识：
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
同位素标记技术(N)
①15N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；
②利用离心技术可以在试管中区分
含有不同氮元素的DNA；
二、DNA半保留复制的实验证据
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
轻链
中链
重链
让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
细胞分裂一次
15N/14N-DNA
提取DNA离心
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
如果DNA复制为半保留复制
转移到含14NH4CI中
密度
低
高
提取DNA离心
提取DNA离心
第一代
第二代
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N
14N
14N
5.实验过程：
让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
细胞分裂一次
15N/14N-DNA
提取DNA离心
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
如果DNA复制为全保留复制
转移到含14NH4CI中
密度
低
高
提取DNA离心
提取DNA离心
第一代
第二代
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
5.实验过程：
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
6.实验结论：
DNA的复制方式为半保留复制
作出假说:
演绎推理:
实施实验，统计结果
根据假说演绎推理两种复制模型得到的子代DNA的结果
实验验证:
观察DNA的结构，DNA是如何复制的?
提出问题:
半保留复制
全保留复制
假说——演绎法
DNA复制方式的探究历程：
得出结论:
DNA是半保留复制
动画演示
三、DNA复制的过程
1.概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA→DNA。
2.场所：
真核细胞：细胞核（主要）、叶绿体、线粒体。
原核细胞：细胞质
3.时间：
细胞分裂的间期。
(有丝分裂间期，减数分裂Ⅰ前间期）
4.DNA复制的过程
①解旋:
利用细胞提供的能量（ATP），在 　 的作用下，互补的碱基之间的氢键断裂，两条螺旋的双链解开
解旋酶
②合成子链：
以解开的每一段母链为　　 ，在_________等酶的作用下，以　　 为原料，遵循 原则，合成与母链互补的子链。
模板
4种游离的脱氧核苷酸
碱基互补配对
DNA聚合酶
③形成子代DNA：
每条子链与其对应的　 盘旋成 。形成两个完全相同的DNA分子。
模板链
双螺旋结构
C.酶：
B.原料：
游离的四种脱氧核苷酸
A.模板：
亲代DNA的两条母链
D.能量：
ATP，d-NTP
5.复制的条件：
7.复制的结果：
半保留复制，边解旋边复制
6.复制的特点：
1个DNA→2个DNA
解旋酶（打开氢键）
DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）
9.DNA准确复制的原因:
①DNA独特的双螺旋结构提供精确的模板;
②通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保持了遗传信息的连续性。
10.意义：
8.复制方向：
新链的延伸方向只能是5’-端到3’-端
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
四、DNA分子复制的计算
1.亲代DNA分子经 n 次复制后，则
①子代DNA分子数：
②含15N的DNA分子数：
③不含15N的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
例：一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N的培养液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___个，不含15N的DNA分子有___个，含有14N的DNA分子有____个，不含14N的DNA分子有____个，只含有14N的DNA分子有___个。
2
6
8
0
6
④15N和14N的条数分别是：
2条
2（2n-1）条
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：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1
2
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，则经过n次复制后需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m（ 2n-1）
C：400个
C：400个
C：400个
400个
400个
400个
400个
亲代中c：400个
F1：2个400个
F2：22个400个
F3：23个400个
Fn：2n个400个
（2）在第n次复制时，需消耗游离的该种脱氧核苷酸数为：
m ·2n-1
例：某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后，消耗周围环境中含腺嘌呤的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子已经复制了几次（ ）
A．三次 B．四次 C．五次 D．六次
B