【课件】DNA的复制课件2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

3.3DNA的复制问题探讨沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇短文的结尾处写道：“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？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?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。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证据之上。一、对DNA复制的推测1.提出问题：2.提出假说:DNA以什么方式复制？（1）半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的。复制一次亲代DNA子代DNA一、对DNA复制的推测1.提出问题：2.提出假说:DNA以什么方式复制？（2）全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。复制一次亲代DNA子代DNA一、对DNA复制的推测1.提出问题：2.提出假说:DNA以什么方式复制？（3）分散复制（弥散复制）：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。复制一次亲代DNA子代DNA问题1：如何判断DNA的复制方式是哪一种？问题2：如果要在实验中直观地区别母链或子链，可以采取什么办法？问题3：如果用同位素（放射性）进行标记，用什么元素？

氯化铯离心分离时,盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部,同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗,使Cs+与Cl-分散在整个溶液中,CsCl经过离心后,溶液达到一个平衡状态,扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡,形成一个连续的CsCl浓度梯度,溶液的密度在离心管底部最大,顶部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它们会逐渐集中在一条狭窄的带上,则DNA分子的密度恰好与那一点的CsCl密度相等.若用同位素标记DNA分子,则使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外线的特点,用光源照射在照相底板上就出现了DNA的不同位置。二、DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）（1）半保留复制（2）全保留复制（3）分散复制问题4：如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境中进行培养，则亲代、子一代、子二代DNA分别含有哪种N元素？

氯化铯离心分离时,盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部,同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗,使Cs+与Cl-分散在整个溶液中,CsCl经过离心后,溶液达到一个平衡状态,扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡,形成一个连续的CsCl浓度梯度,溶液的密度在离心管底部最大,顶部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它们会逐渐集中在一条狭窄的带上,则DNA分子的密度恰好与那一点的CsCl密度相等.若用同位素标记DNA分子,则使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外线的特点,用光源照射在照相底板上就出现了DNA的不同位置。二、DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）全保留复制假说分散复制假说半保留复制假说15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:15N15N14N14N15N14N14N14NP:F1:F2:15N15N15N15N14N14N15N15N14N14N14N14NP:F1:F2:15N15N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N问题5：要验证上述预测，就要分别观察亲代和子代的情况，但实验中，复制后的DNA分子混合在一起的，不易分离。怎么解决这个问题？

氯化铯离心分离时,盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部,同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗,使Cs+与Cl-分散在整个溶液中,CsCl经过离心后,溶液达到一个平衡状态,扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡,形成一个连续的CsCl浓度梯度,溶液的密度在离心管底部最大,顶部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它们会逐渐集中在一条狭窄的带上,则DNA分子的密度恰好与那一点的CsCl密度相等.若用同位素标记DNA分子,则使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外线的特点,用光源照射在照相底板上就出现了DNA的不同位置。二、DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）15N/15N-DNA（重链）、15N/14N-DNA（中链）、14N/14N-DNA（轻链）、这3种DNA离心后在试管在位置如右图所示：14N/14N—DNA15N/14N—DNA15N/15N—DNA轻带中带重带通过密度梯度离心使其发生分层（15N质量大于14N）关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。科学家：梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）实验材料：大肠杆菌科学技术：同位素标记法（15N无放射性）、密度梯度离心法

氯化铯离心分离时,盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部,同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗,使Cs+与Cl-分散在整个溶液中,CsCl经过离心后,溶液达到一个平衡状态,扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡,形成一个连续的CsCl浓度梯度,溶液的密度在离心管底部最大,顶部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它们会逐渐集中在一条狭窄的带上,则DNA分子的密度恰好与那一点的CsCl密度相等.若用同位素标记DNA分子,则使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外线的特点,用光源照射在照相底板上就出现了DNA的不同位置。二、DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）1.提出问题：2.提出假说:DNA以什么方式复制？①半保留复制②全保留复制③分散复制3.演绎推理：P:F1:F2:细胞再

分裂一次转移到含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离心重带二、DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）实验思路：用15NH4Cl标记的培养液培养亲代，得到含15N的母链，再转移到含14NH4Cl的培养液中复制得到子链。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。如果是……复制，第一代和第二代离心后试管中DNA的位置如何？二、DNA半保留复制的实验证据实验结果预测：证明DNA半保留复制的实验1.提出问题：2.提出假说:DNA以什么方式复制？①半保留复制②全保留复制③分散复制3.演绎推理：4.实验验证：15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:细胞再

分裂一次15N15N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离心排除DNA的复制是全保留复制排除DNA复制是分散复制二、DNA半保留复制的实验证据（假说演绎法）5.得出结论：作出假说演绎推理实验验证2、推测可能的复制方式3、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5、结论：DNA复制是半保留复制1、DNA是如何复制的?提出问题半保留复制全保留复制分散复制假说——演绎法DNA复制方式的探究历程4、证明DNA半保留复制的实验得出结论1.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.所有的大肠杆菌都含有15NB.含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2C.含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4D.含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/82.把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养相当于复制一次的时间，然后放回原环境相当于连续复制两次的时间后，细菌DNA组成分析结果是(

)A．3/4轻氮型、1/4中间型B．1/4轻氮型、3/4中间型C．1/2中间型、1/2重氮型D．1/2轻氮型、1/2中间型AC1.DNA复制的概念是什么?时间？场所？2.DNA复制过程怎么进行?3.DNA复制过程需要哪些条件?4.DNA复制过程有何特点?5.DNA复制有何生物学意义?阅读p55，思考下列问题：三、DNA复制的过程DNA复制的概念是什么？DNA复制的时间及场所？以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程时间：细胞分离前的间期场所：真核细胞中主要是细胞核，线粒体和叶绿体中也存在；原核细胞中主要是拟核，细胞质（质粒）中也存在；病毒的DNA复制过程在宿主细胞中（噬菌体侵染大肠杆菌）三、DNA复制的过程2.DNA复制的过程⑴解旋：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶断开氢键⑵以母链为模板进行碱基配对：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。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氢键2.DNA复制的过程⑶合成子链：在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP合成方向：子链的5’端→3’端形成磷酸二酯键2.DNA复制的过程⑷形成子代DNA分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'2.DNA复制的过程重新螺旋模板原料酶能量亲代DNA的两条链游离的4种脱氧核苷酸DNA解旋酶DNA聚合酶等由细胞提供(如ATP提供)

三、DNA复制新合成的子链DNA聚合酶DNA聚合酶DNA解旋酶游离的脱氧核苷酸3.DNA复制的条件人体细胞某DNA的长度为200×10-9m，复制速度为5×10-9m/s，但经检测却发现此DNA的复制只需5s的时间。此事实说明什么？具多个复制起点，使得复制能在较短时间内完成。知识拓展图中DNA分子是边解旋边双向复制的；图中DNA分子在复制速率相同的前提下，由于复制环大小不一，所以复制的时间不同，其中右侧最早（右侧环大，先复制；左侧环小，后复制）真核生物的这种复制方式大大提高了复制速率；（1）边解旋边复制（2）半保留复制4.DNA复制的特点（3）多起点复制

三、DNA复制TCTTGCTCAGAACGAG1）规则的双螺旋结构为复制DNA提供精确的模板。

意义：

DNA通过复制，会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。（使亲子代保持连续性）因此，DNA必须准确复制，请从下面结构中，找出其准确复制的因素：2）严格的碱基互补配对保证了复制能够准确无误地进行。AGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTC+时间

场所原则条件模板

原料

能量

酶

特点

方向意义

三、DNA复制的过程从子链的5’-端向3’-端延伸真核生物：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体场所原核生物：拟核、细胞质（质粒）病毒：宿主细胞中

碱基互补配对亲代DNA的两条链4种游离的脱氧核苷酸主要由ATP水解提供解旋酶、DNA聚合酶等半保留复制；边解旋边复制；多起点复制；双向复制遗传信息传递的连续性细胞分裂前的间期真核生物与原核生物DNA复制的区别真核生物DNA的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。原核生物DNA的复制只有一个复制起点。DNA复制的过程

小结--DNA复制的过程1、概念：2、场所（真核）：3、时期：4、条件5、复制过程：6、复制特点7、准确复制原因8、复制的生物学意义：细胞分裂前的间期模板：原料：能量：酶：DNA的两条母链4种游离的脱氧核苷酸ATP细胞核（主）、线粒体、叶绿体以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程（DNA→DNA）解旋酶、DNA聚合酶解旋→子链延伸→螺旋化，形成子代DNA①独特的双螺旋提供精确的模板①边解旋边复制②半保留复制②严格遵循碱基互补配对原则保持遗传信息的连续性1、下列关于DNA复制过程的正确顺序是 ①互补碱基对之间氢键断裂②互补碱基对之间形成氢键③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对⑤子链与母链盘旋成双螺旋状结构A.①③④②⑤B.①④②⑤③C.①③⑤④②D.③①④②⑤

D练习2、如图为真核细胞中DNA复制过程的模式图,据图分析,下列相关叙述错误的是

A.由图示得知,DNA分子复制的方式为半保留复制

B.解旋酶能使DNA双链解开,但需要消耗ATP

C.DNA在复制过程中是先进行解旋,后进行半保留复制

D.从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的C练习亲代15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N复制1次复制2次复制3次248=21=22=23DNA分子复制的计算复制代数123…nDNA数28…15N/15N00…15N/14N…214N/14N0…脱氧核苷酸链数…15N链数2…14N链数…42n00222162n+122142n+1-22n-2DNA分子复制的计算2428266亲代DNA分子经n次复制后①子代DNA分子数：②含亲代母链的DNA分子数：③不含亲代母链的DNA分子数：2n个2个2n-2个例1：一个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。6806⑤母链和子链的条数分别是：2条2n＋1-2条④子代DNA分子中脱氧核苷酸条数是：2n＋1

条2例：将15N标记的DNA分子放在14N的培养基上培养，经过3次复制，在所形成的子代DNA中，含15N的DNA占总数的比例和含15N的脱氧核苷酸链占总数的比例各为（）和（）

A．1/16

B．l／8

C．1／4

D．1／2①子一代②子二代亲代①③子三代CB消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，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：共2个400个F2：共4个400个F3：共8个400个Fn：共2n个400个第n次复制需要消耗该脱氧核苷酸个数为：m

·2n－1消耗1个400个消耗2个400个消耗4个400个消耗2n-1个400个经过n次复制后共需要消耗该脱氧核苷酸个数为：例：一个有m个碱基对的DNA分子，其中含有腺嘌呤脱氧核苷酸a个。1）复制n次，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸；2）第n次复制，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸。解：1）A=T=aG=C=(2m-2a)/2=m-a

(2n-1)(m-a)2）2n-1(m-a)DNA分子数：子n代DNA分子总数为2n个。含15N的DNA分子数为2个。含14N的DNA分子数为2n个只含15N的DNA分子数为0个。只含14N的DNA分子数为（2n-2）个。规律总结：例1.某DNA分子中含有1000个碱基对(被32P标记)，其中有胸腺嘧啶400个。若将该DNA分子放在只含被31P标记的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次，子代DNA分子相对分子质量平均比原来减少。150032/3232/3131/31【课堂练习】例2.(2021·安徽合肥高三调研)如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是（）A.复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶B.DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9900个C.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸D.子代中含15N的DNA分子占1/2B【课堂练习】1.减数分裂中染色体标记情