【公开课课件】3.3DNA的复制课件2021-2022学年高一下学期生物人教版必修2

1、第三章 基因的本质第3节 DNA 的复制学习目标核心素养1.概述DNA分子的复制。2.探究DNA复制的生物学意义。1.通过对探究DNA复制方式的实验的分析，再一次体会“假说演绎法”。了解对DNA复制方式的早期推测。说出DNA半保留复制方式的实验证据。2.通过动手制作模型，培养观察能力，动手能力及空间想象能力等，形成结构与功能观。3.掌握DNA复制的过程和特点。DNADNA分子是怎样由一个复制成两个的呢？分子是怎样由一个复制成两个的呢？DNADNA作为遗传物质必须要保持前后代的连续性。从数目上分作为遗传物质必须要保持前后代的连续性。从数目上分析，析，DNADNA复制的结果是一个复制的结果是一个D

2、NADNA变成两个变成两个DNADNA。和和问题探讨 沃森和克里克在发表沃森和克里克在发表DNADNA双螺旋结双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，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。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 stru

3、cture, 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

4、the con-ditions assumed in building it , together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere.核酸的分子结构核酸的分子结构论文节选论文节选讨论讨论 1. 1.碱基互补配对原则暗示碱基互补配对原则暗示DNADNA的复制机制可能是怎样的？的复制机制可能是怎样的？ 碱基互补配对原则是指碱基互补配对原则是指DNADNA两条链的碱基之间有准确的一一对应两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示关系，暗示DNADNA的复制可能需要先解开的复制可能需要先解开DNA

5、DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。互补配对合成互补链。 2. 2.这句话中为什么要用这句话中为什么要用“可能可能”二字？这反映科学研究具有什么二字？这反映科学研究具有什么特点？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。上。“我们并非没有注意到，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。”复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基间氢键断裂，解开的两条单链分别作为模板，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。

6、由于新合成的每个DNA中都保留了原来DNA中的一条链，这种复制方式称作半保留复制。 ： DNA DNA分子复制时，分子复制时，DNADNA分子的双螺旋分子的双螺旋_，互补的碱基之间的氢键，互补的碱基之间的氢键_，_分别作为复制的模板，分别作为复制的模板，游离的游离的_根据根据_ _ _原则，通过形成原则，通过形成_，结合，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNADNA分子中，都保留了原来的分子中，都保留了原来的DNADNA分子中的分子中的一条链，因此，这种复制方式称一条链，因此，这种复制方式称_碱基互补配对碱基互补配对断裂断裂解开的两条单链解开的两条单

7、链脱氧核苷酸脱氧核苷酸氢键氢键半保留复制半保留复制解开解开 沃森和克里克沃森和克里克紧接着发表第二篇论紧接着发表第二篇论文，提出了遗传物质自我复制的文，提出了遗传物质自我复制的假说假说：一、对一、对DNADNA分子复制的推测分子复制的推测1 1、全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；、全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分；2 2、半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；、半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的；3 3、分散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的、分散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的复制一次复制一次复制一次复制

8、一次复制一次复制一次沃森和克里克沃森和克里克紧接着发表紧接着发表第二篇论文，提出了遗传第二篇论文，提出了遗传物质自我复制的物质自我复制的假说假说思考分析 1 1、如果你是科学家，你的假设是么？、如果你是科学家，你的假设是么？ 2 2、DNADNA是肉眼看不见的，如何才能分辨是肉眼看不见的，如何才能分辨DNADNA呢？呢？ 同位素示踪技术 密度梯度离心 1958年，米西尔森和斯坦尔采用含年，米西尔森和斯坦尔采用含15N同位素同位素的的NH4Cl培养大肠杆菌，培养大肠杆菌，放在正常的培养液里繁殖，然后用放在正常的培养液里繁殖，然后用梯度离心技术梯度离心技术测定分裂时测定分裂时DNA复制复制时的密度

9、变化，证实了时的密度变化，证实了DNA的的半保留复制半保留复制二、二、DNADNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据1. 实验者2. 实验材料3. 实验方法4. 背景知识美国生物学家美国生物学家梅塞尔森梅塞尔森和和斯塔尔斯塔尔大肠杆菌大肠杆菌（繁殖快，（繁殖快，20min20min一代）一代）同位素标记技术同位素标记技术1515N N和和1414N N是是N N元素的两种元素的两种稳定的同位素稳定的同位素，这两种同位素的，这两种同位素的相相对原子质量不同对原子质量不同，含，含1515N N的的DNADNA比含比含1414N N的的DNADNA密度大密度大；利用利用离心技术离心技术可以在试

10、管中区分含有不同可以在试管中区分含有不同N N元素的元素的DNADNA； 大肠杆菌繁殖速度快，20分钟分裂一次（DNA也复制）并且容易培养。故可作为实验材料。 细菌的DNA复制需要原料，原料来自培养基。只需在培养基里添加含有15N 的营养物质，繁殖多代后，大肠杆菌就几乎都含有15N/15N-DNA ，培养完成后，分别从不同大肠杆菌中提取 14N/14N-DNA 和 15N/15N-DNA 的DNA并离心，从而确定轻DNA和重DNA在试管中的分布作为参照。 普通的大肠杆菌的DNA一般是 14N/14N-DNA ，如何培养才能得到含15N/15N-DNA 的大肠杆菌？ 氯化铯离心分离时氯化铯离心分

11、离时, ,盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部底部, ,同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗, ,使使CsCs+ +与与ClCl- -分散在整分散在整个溶液中个溶液中,CsCl,CsCl经过离心后经过离心后, ,溶液达到一个平衡状态溶液达到一个平衡状态, ,扩散和沉淀的两种扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡相对力量保持平衡, ,形成一个连续的形成一个连续的CsClCsCl浓度梯度浓度梯度, ,溶液的密度在离心管溶液的密度在离心管底部最大底部最大, ,顶部最小顶部最小. .如果如果DNADNA分子溶解在分子溶解

12、在CsClCsCl中中, ,它们会逐渐集中在一条它们会逐渐集中在一条狭窄的带上狭窄的带上, ,则则DNADNA分子的密度恰好与那一点的分子的密度恰好与那一点的CsClCsCl密度相等密度相等. .若用同位若用同位素标记素标记DNADNA分子分子, ,则使则使DNADNA的密度不同的密度不同, ,然后利用然后利用DNADNA能吸收紫外线的特点能吸收紫外线的特点, ,用光源照射在照相底板上就出现了用光源照射在照相底板上就出现了DNADNA的不同位置。的不同位置。密度梯度离心法密度梯度离心法1414N N1414N N1515N N1515N N你觉得这两种DNA最大的区别是什么？分子质量轻轻DNA

13、DNA重重DNADNA如何依据两种DNA分子质量不同这一特点来区分两种DNA？离心1414N N1515N N中中DNADNA轻带轻带中带中带重带重带1414N N / /1414N N DNADNA1515N N/ /1414N NDNADNA1515N/N/1515N NDNADNA1515N N1414N N含氮碱基背景知识背景知识密度梯度离心法密度梯度离心法高高密密度度带带中中密密度度带带低低密密度度带带1515N N1414N N1515N N1515N N1414N N1414N N15N15N亲代DNA15N15N14N14N15N15N14N14N按全保留复按全保留复制演绎推理

14、制演绎推理离心后试管中会出现2条位置不同的带含14N的培养基中培养20分钟重带重带DNA复制一次1/2重带重带1/2轻带轻带DNA复制二次1/4重带重带3/4轻带轻带假设DNA以全保留方式复制14N14N14N14N演绎推理演绎推理15N15N亲代DNA14N15N14N15N14N15N14N15N14N14N14N14N按半保留复按半保留复制演绎推理制演绎推理离心后试管中会出现离心后试管中会出现3条位置不同的带条位置不同的带含14N的培养基中培养20分钟重带重带DNA复制一次DNA复制二次轻带轻带1/21/2中带中带 中带中带假设DNA以半保留方式复制演绎推理演绎推理半保留复制大肠杆菌大肠

15、杆菌1515NHNH4 4ClCl培养液培养液提取提取DNADNA离心离心1515N/N/1515N-DNAN-DNA1414NHNH4 4ClCl培养液培养液细胞分裂一次细胞分裂一次第一代第一代提取提取DNADNA离心离心细胞分裂两次细胞分裂两次第二代第二代提取提取DNADNA离心离心全保留复制所以所以DNADNA的的复制复制的确是的确是半保留半保留重带重带 中带中带 轻带轻带1/21/2中带中带实验结果实验结果原则原则时间时间场所场所条件条件模板模板原料原料能量能量酶酶方向方向特点特点意义意义 DNA复制的过程原则原则碱基互补配对碱基互补配对时间时间有丝和减一的间期有丝和减一的间期场所场所

16、细胞核、线粒体、叶绿体细胞核、线粒体、叶绿体条件条件模板模板亲代亲代DNADNA的两条链的两条链原料原料4 4种游离的脱氧核苷酸种游离的脱氧核苷酸能量能量ATPATP酶酶解旋酶、解旋酶、DNADNA聚合酶等聚合酶等方向方向从子链的从子链的5 5 端向端向 3 3 端延伸端延伸特点特点半保留复制；半保留复制；边解旋边复制；边解旋边复制；意义意义遗传信息的传递遗传信息的传递 DNA复制的过程三、三、DNADNA复制的过程复制的过程1.1.概念概念 DNA DNA的复制是指以亲代的复制是指以亲代DNADNA为模板合成为模板合成子代子代DNADNA的过程。的过程。2.DNA2.DNA复制场所复制场所

17、真核细胞：主要在细胞核中，但在线真核细胞：主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有粒体、叶绿体也有DNADNA的复制；的复制； 原核细胞：主要在拟核中，在质粒处原核细胞：主要在拟核中，在质粒处也有也有DNADNA的复制。的复制。3.3.发生时期发生时期( (真核真核 生物生物) ) 细胞分裂前的间期细胞分裂前的间期( (有丝分裂前的间有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期期、减数分裂前的间期) )，随着染色体的复制，随着染色体的复制而完成。而完成。C CG GT TA AT TA AC CG GG GC CC CG GT TA AT TA AG GC CC CG GA AT TA AT TC CG

18、GA AT TC CG GT TA AT TA AT TA AT TA AC CG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AG GC CC CG GT TA A3 3 5 5 三、三、DNADNA复制的过程复制的过程4.4.过程：随着染色体的复制而完成。过程：随着染色体的复制而完成。解旋：在解旋：在能量能量的驱动下，的驱动下，解旋酶解旋酶将将DNADNA双螺旋的两条链解开。双螺旋的两条链解开。C CC CG GT TA AG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AG GC CC CG GT TA AT TA AC CG GG GC CC CG GT

19、 TA AT TA AG GC CC CG GA AT TA AT TC CG GA AT TC CG GT TA AT TA AT TA AT TA A3 3 5 5 ATPATP解旋酶解旋酶三、三、DNADNA复制的过程复制的过程4.4.过程：随着染色体的复制而完成。过程：随着染色体的复制而完成。定序：游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链的碱基定序：游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。C CC CG GT TA AG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AG G

20、C CC CG GT TA AT TA AC CG GG GC CC CG GT TA AT TA AG GC CC CG GA AT TA AT TC CG GA AT TC CG GT TA AT TA AT TA AT TA A3 3 5 5 A AC CG GC CA AA AG GC CT TA AG GT TC CA AT TT TA AT TA AT TG GC CA AT TG GA AT TC CG GA AG GC CT TT T三、三、DNADNA复制的过程复制的过程4.4.过程：随着染色体的复制而完成。过程：随着染色体的复制而完成。合成子链：在合成子链：在DNADNA聚

21、合酶的催化下从子链的聚合酶的催化下从子链的5 5 端把端把子链的脱氧核苷酸聚合子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。成脱氧核苷酸链。C CC CG GT TA AG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AG GC CC CG GT TA AT TA AC CG GG GC CC CG GT TA AT TA AG GC CC CG GA AT TA AT TC CG GA AT TC CG GT TA AT TA AT TA AT TA A3 3 5 5 A AC CG GC CA AA AG GC CT TA AG GT TC CA AT TT TA AT TA AT

22、TG GC CA AT TG GA AT TC CG GA AG GC CT TT TA AC CG GC CA AA AG GC CT TA AG GT TC CA AT TT TA ADNADNA聚合酶聚合酶5 5 3 3 T TA AT TG GC CA AT TG GA AT TC CG GA AG GC CT TT T5 5 3 3 ATPATPATPATP三、三、DNADNA复制的过程复制的过程4.4.过程：随着染色体的复制而完成。过程：随着染色体的复制而完成。形成子代形成子代DNADNA分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构

23、。C CC CG GT TA AG GT TA AT TA AC CG GG GC CT TA AG GC CC CG GT TA AT TA AC CG GG GC CC CG GT TA AT TA AG GC CC CG GA AT TA AT TC CG GA AT TC CG GT TA AT TA AT TA AA A3 3 5 5 A AC CG GC CA AA AG GC CT TA AG GT TC CA AT TT TA AT TA AT TG GC CA AT TG GA AT TC CG GA AG GC CT TT T5 5 3 3 T TA AG GC CC CG

24、 GT TA AT TA AG GC CC CG GA AT TA AT T3 3 5 5 T TT TA AC CG GC CG GT TA AT TA AT TA AT TA A5 5 3 3 6 6、DNADNA复制的特点复制的特点: :边解旋边复制边解旋边复制 ( (从过程上看从过程上看) )半保留复制半保留复制 ( (从结果上看从结果上看) ) 模板：模板： 原料：原料： 能量能量 酶酶 ：亲代亲代DNADNA的两条链的两条链4 4种游离的脱氧核苷酸种游离的脱氧核苷酸解旋酶，解旋酶，DNADNA聚合酶等聚合酶等5 5、DNADNA复制的条件复制的条件7 7、DNADNA复制的结果复制

25、的结果保持了遗传信息的连续性保持了遗传信息的连续性ATPATP9 9、DNADNA准确复制的原因准确复制的原因DNADNA具有独特的双螺旋结构，能为复制具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的提供精确的模板模板。碱基具有碱基具有互补配对互补配对的能力，保证了复制的能力，保证了复制能够准确地进行。能够准确地进行。氢键氢键共价键共价键解旋解旋8 8、DNADNA复制复制的意义的意义 DNADNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而子代，从而保持了遗传信息的连续性保持了遗传信息的连续性。 DNA DNA复制是一个复制是一个边解旋边复制边解旋边复制的过程，需要的过

26、程，需要模板模板、原料原料、能量能量和和酶酶等基本条件。等基本条件。DNADNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。互补配对，保证了复制能够准确地进行。DNADNA通过复制，将遗传信息从亲代通过复制，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。细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。思考：结合教材思考：结合教材P56P56页拓展应用页拓展应用2 2分析分析DNADNA复制共有哪些特复制共有哪些特点？点？ 边解旋边复边解旋边复制；制；半保留复制；半保留复制；多起点复制；

27、多起点复制；双向复制。双向复制。DNADNA聚合酶都只能催化聚合酶都只能催化5533延伸延伸 复制时，两条子代DNA的合成的方向？ 拓展应用请你推测DNA复制时形成多个复制泡的原因？某生物DNA的电镜照片复制泡拓展：真核生物与原核生物DNA复制的区别 真核生物真核生物 DNA DNA 的复制从的复制从多个起点多个起点开始开始进行，使得复制能在较短时间内完成。进行，使得复制能在较短时间内完成。 原核生物原核生物 DNA DNA 的复制的复制只有一个复制起点。只有一个复制起点。DNADNA复制复制的推测的推测DNADNA复复制实验制实验证据证据DNADNA复制复制全保留复制半保留复制实验过程实验结

28、果实验结论基本条件过程特点用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重新螺旋模板酶能量原料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科学思维训练科学思维训练1 1、有关有关DNADNA半保留复制的计算方法半保留复制的计算方法(1)1(1)1个个DNADNA分子连续复制分子连续复制n n代，共产生代，共产生 个子代个子代DNADNA分子，子代分子，子代DNADNA分分子中共有单链子中共有单链 条；其中，旧链条；其中，旧链 条，新链条，新链 条。条。(2)(2)若一个亲代若一个亲代DNADNA分子含有某种脱氧核苷酸分子含有某种脱氧核苷酸m m个，则：个，则