DNA的复制课件高一下学期生物人教版必修2-1

遗传信息复制第2节第1章

遗传的物质基础揭秘基因的化学本质，解析DNA的优美螺旋，验证DNA的精巧复制。测读ATCG的生命长卷，回响着不同观点的争论，传颂着合作探究的典范！

粗糙链孢霉生长所必需的精氨酸，可以从环境中获取，也可以自身合成，精氨酸合成步骤如下，每步由一种特定的酶催化，而合成特定酶的信息蕴含在特定基因（即特定DNA片段）中。美国科学家比德尔（G.W.Beadle）等用X射线照射野生型粗糙链孢霉，获得了几种酶功能缺失的菌株。这些菌株在不同条件下的生长结果如表1-2所示，问题探讨1.菌株A、B、C内分别是哪种酶丧失了功能？2.已知X射线可使DNA的片段发生改变，菌株A、B、C发生改变的DNA片段是否相同？这些片段与酶A、B、C有什么关系？编码淀粉分支酶的基因淀粉分支酶正常，活性正常淀粉含量高，有效保留水分淀粉合成正常，含量正常淀粉分支酶异常，活性大大降低淀粉含量低，豌豆失水皱缩淀粉合成受阻，含量降低基因酶代谢性状间接控制皱粒豌豆基因表达产物与性状的关系编码酪氨酸酶的基因酪氨酸酶基因正常能将酪氨酸转变为黑色素正常合成酪氨酸酶酪氨酸酶基因异常不能合成黑色素，白化症状缺少酪氨酸酶基因酶代谢性状间接控制白化病基因表达产物与性状的关系编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基CFTR蛋白缺少1个苯丙氨酸，空间结构改变患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，肺功能严重受损。CFTR转运氯离子的功能异常基因蛋白质结构功能性状囊性纤维化患者直接控制基因表达产物与性状的关系间接控制例如：豌豆的皱粒、人的白化病例如：囊性纤维病基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。直接控制基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。基因表达产物与性状的关系在上节“探究·实践”活动中，同学们通过制作DNA双螺旋结构模型，加深了对DNA结构特点的认识和理解，也让大家设想并讨论了DNA的复制方式......“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“possible”？★科学研究需要：大胆假设小心求证新课导入沃森（J.D.Watson,1928-）克里克（F.Crick,1916-2004）DNA复制时，

解开，互补的碱基之间的

断裂，解开的两条单链分别作为复制的

，游离的脱氧核苷酸根据

原则，通过形成

，结合到作为模板的单链上。提出DNA复制的假说：半保留复制双螺旋氢键模板碱基互补配对氢键对DNA复制的推测▼

半保留复制ATGCTTACGAATGCTTACGAATGCTTACGA复制复制对DNA复制的推测DNA的复制方式如何证明？对DNA复制的推测任务单（一）（1）如何让大肠杆菌的DNA标记上15N？除了标记N，还可以标记其它元素吗？（2）15N标记的大肠杆菌（亲代）转移到含14NH4Cl的培养液中进行培养，按照DNA复制的三种假说，则亲代、子一代、子二代的DNA两条链分别含有哪种N元素？如何保证细胞分裂一次？（3）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？（4）假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的？（5）实验结果的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？又证明了哪一种DNA复制的方式？请同学们阅读教材P53-P55的内容，思考讨论并回答以下问题：自主学习1958年，梅塞尔森(M.Meselson,1930-)和斯塔尔(F.Stahl,1929-)以

为实验材料，运用

技术，设计了一个巧妙的实验，来验证DNA的复制方式。同位素标记大肠杆菌思考·讨论：证明DNA半保留复制的实验（1）科学家是如何让大肠杆菌的DNA标记上15N的？除了标记N，还可以标记其它元素吗？请同学们认真阅读教材P53-P55的相关内容，思考讨论并回答以下问题：自主学习可标记C、H、O、N、P等元素，但是N元素稳定、易于标记、操作简单。15N和14N是N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。先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，繁殖若干代后，大肠杆菌的DNA就几乎都是15N标记的。密度梯度离心区分含有不同N元素的DNA思考·讨论：证明DNA半保留复制的实验（3）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？（2）15N标记的大肠杆菌（亲代）转移到含14NH4Cl的培养液中进行培养，按照DNA复制的三种假说，则亲代、子一代、子二代的DNA两条链分别含有哪种N元素？如何保证细胞分裂一次？★CsCl密度梯度离心法：CsCl溶液以超速离心时，会在离心管中形成一个连续的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溶液中，DNA就会悬浮在与其等密度的部位。然后用紫外光源照射离心管，可以在离心管中显示出不同密度的DNA条带。轻带中带重带14N、14N15N、15N14N、15N大肠杆菌细胞约20min分裂一次思考·讨论：证明DNA半保留复制的实验请同学们认真阅读教材P53-P55的相关内容，思考讨论并回答以下问题：自主学习（4）请运用演绎推理来分析实验过程，完成上述实验预期。如果DNA复制是半保留复制...分裂14N15N/14N-DNA第一代14N15N/14N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA14N＋＋第二代思考·讨论：证明DNA半保留复制的实验请同学们认真阅读教材P53-P55的相关内容，思考讨论并回答以下问题：自主学习15N/15N-DNA（5）填写下列实验示意图中的方框：第一代密度低高提取DNA离心转移到含14NH4Cl的培养液中细胞分裂一次第二代细胞再分裂一次提取DNA离心14N/14N-DNA15N/14N-DNA提取DNA离心15N/14N-DNA★

第一代只出现一条居中的DNA条带，排除了哪种复制方式？思考·讨论：证明DNA半保留复制的实验请同学们认真阅读教材P53-P55的相关内容，思考讨论并回答以下问题：自主学习亲代大肠杆菌的DNA经离心处理后，试管中只出现一条DNA条带，位置靠近试管的

，说明其密度

，是

标记的亲代双链DNA（15N/15N-DNA）；将转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条带，但位置

，说明其密度

，是只有一条

被15N标记的子代双链DNA（15N/14N-DNA）；将第二代细菌的DNA离心后，试管中出现

带，一条带位置居中，为15N/14N-DNA，另一条带的位置更靠

，说明其密度

，是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA（14N/14N-DNA）。科学家完成上述实验的结果是：居中两条实验结果表明：DNA的复制是以半保留的方式进行的思考·讨论：证明DNA半保留复制的实验底部最大15N居中单链上最小相关资料：实验结果表明：蚕豆DNA的复制方式也是半保留复制1958年，HerbertTaylar用3H标记蚕豆细胞染色DNA（标记双链），然后让细胞在不含3H的培养液中进行有丝分裂，经放射自显影显示实验结果。第一次分裂中期：两条染色单体都带有放射标记第二次分裂中期：每条染色体只有1条染色单体都带有放射标记思考·讨论：证明DNA半保留复制的实验假如全保留复制是正确的，实验预期又会是怎样的？分裂14N15N/15N-DNA第一代14N14N＋＋第二代14N/14N-DNA15N/15N-DNA14N/14N-DNA14N/14N-DNA14N/14N-DNA将转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中会出现两条DNA条带，一条靠上部，一条靠底部。思考·讨论：证明DNA半保留复制的实验归纳∙小结（1）DNA复制的概念（2）DNA复制的时期与场所（3）DNA复制的过程包括哪几个主要环节？（4）DNA复制的结果（5）DNA复制过程有何特点？需要哪些条件？（6）DNA准确复制的原因和意义自主学习任务单（二）请同学们阅读教材P55-P56的内容，思考讨论并回答以下问题：1、DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程2、DNA复制的时期：细胞分裂间期（有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期）真核生物3、DNA复制的场所：（1）真核细胞：（2）原核细胞：（3）病毒：在宿主细胞中细胞核（主要场所），线粒体、叶绿体细胞质（主要在拟核，质粒中也存在）DNA复制的过程DNA复制是一个边解旋边复制的过程，需要_________、________、________和_______等基本条件。解旋合成子链重新螺旋能量酶模板原料DNA复制的过程能量解旋酶解开母链脱氧核苷酸DNA聚合酶、ATP水解酶碱基互补配对双螺旋结构→断开氢键→ATP→

形成两个与亲代完全相同的DNA分子★

有丝分裂后期、减数分裂Ⅱ后期，随着丝粒分裂而分开。→A、T、G、CA=TG≡CDNA复制的过程DNA解旋酶、DNA复制的详解视频★

视频链接：/s/Yl-auThKe_IHC_kquwefygDNA复制的过程通过观看视频，思考讨论以下问题：（2）解旋和复制是同时进行的吗？解旋过程中解旋酶破坏了什么？（3）在合成子链的过程中，DNA连接酶与DNA聚合酶分别起什么作用？（4）氢键的形成需要酶的催化吗？（5）合成两条子链的方向是相同的吗？（6）两条母链的碱基顺序是否相同？两条子链呢？新合成的两个DNA分子的碱基顺序是否相同？（1）DNA复制的起点有几个？DNA复制的过程（1）DNA复制的起点有几个？▶原核生物DNA复制的起点只有一个▼真核生物DNA复制的起点有多个，提高复制效率。注意：多个复制起点并非同时进行边解旋边双向复制DNA复制的过程通过观看视频，思考讨论以下问题：DNA复制的过程已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp（bp表示碱基对），真核细胞中DNA复制的速率一般为50～100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。拓展应用▲

果蝇DNA的电镜照片提示：说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA的复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。（2）解旋和复制是同时进行的吗？解旋过程中解旋酶破坏了什么？▲解旋和复制同时进行，并非双螺旋全部解开后才复制。氢键DNA复制的过程通过观看视频，思考讨论以下问题：（3）在合成子链的过程中，DNA连接酶与DNA聚合酶分别起什么作用？不需要DNA连接酶：连接两个断裂的DNA片段DNA聚合酶：聚合单个脱氧核糖核苷酸形成磷酸二酯键（4）氢键的形成需要酶的催化吗？（5）合成两条子链的方向是相同的吗？合成两条子链的方向相反（因为子链延伸方向固定，都是从5'-3'方向延伸）（6）两条母链的碱基顺序是否相同？两条子链呢？新合成的两个DNA分子的碱基顺序是否相同？不同，互补相同DNA复制的过程通过观看视频，思考讨论以下问题：DNA复制的特点：边解旋边复制（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；半保留复制（1）从过程来看：（2）从结果来看：DNA准确复制的原因：（2）碱基互补配对的严格执行，保证了复制能够准确地进行。DNA复制的意义：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稳定性。★

思考：

DNA复制会出错吗？DNA复制的过程DNA复制的过程虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错误？这些错误可能产生什么影响？拓展应用提示：可能有6个碱基发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响。第一代第二代第三代14N15N14N15N亲代15N15N无论DNA复制多少次，含有原来母链的DNA分子永远只有两条（子代DNA中仅存在两条被15N标记的DNA单链）▼

寻找规律DNA复制的过程1个15N标记的DNA分子在14N的培养基中复制n次：（1）产生的子代DNA分子为_______个（2）含15N的DNA分子为________个（3）含14N的DNA分子为________个（4）只含15N的DNA分子为______个（5）只含14N的DNA分子为_________个▼

规律1：2n22n2n-20有关DNA复制的计算1个15N标记的DNA分子在14N的培养基中复制n次：（1）子代DNA中脱氧核苷酸链数为__________条（2）含15N的脱氧核苷酸链数为________条（3）含14N的脱氧核苷酸链数为_______________条2n+122n+1-2有关DNA复制的计算▼

规律2：例：一个DNA分子中有1000个碱基，其中腺嘌呤占全部碱基的20%，该DNA连续复制4次，环境中消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为（

）A.

1600个

B.

3200个

C.

4500个

D.

4800个（1）DNA分子总数为_______个，含母链的DNA分子数为_______个。（2）脱氧核苷酸链数为__________条，母链始终为______条。（3）一个DNA分子中含腺嘌呤m个，DNA复制n次，则需消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数为______________个，复制第n次，则需消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数为_________________个。一个DNA分子经n次复制后：m(2n-1)m×2n-1C有关DNA复制的计算2n22n+12DNA复制n次和第n次复制所需某种碱基数目的计算1、复制n次：某种脱氧核苷酸数为m，则所需该种脱氧核苷酸数？只考虑

起点

和

终点1个DNA2n个DNA还需提供（2n-1）个DNA分子的原料答案：（2n-

1）×m未知根据碱基互补配对原则计算2、第n次复制：2n-1个DNA1个DNA2n个DNA?第n次复制所需原料:则所需该种脱氧核苷酸数：答案：2n-1×m有关DNA复制的计算★

关于DNA复制的四点“注意”（1）注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别。前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。（2）注意碱基的单位是“对”还是“个”。（3）切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸链的DNA分子仅有两个。（4）看清试题中问的是“DNA分子数”？还是“链数”？是“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。有关DNA复制的计算小试牛刀1、DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。据此判断下列相关表述是否正确：（1）DNA复制与染色体复制是分别独立进行的（

）（2）在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的（

）✗✗2、DNA复制保证了亲子代间遗传信息