3.3 DNA的复制课件高一下学期生物人教版必修2

第三章基因的本质第3节DNA的复制问题探讨沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“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”

inthefollowingcommunications.Wewerenotawareofthedetailsoftheresultspresentedtherewhenwedevisedourstructure,whichrestsmainlythoughnotentirelyonpublishedexperimentaldataandstereo-chemicalarguments.

Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegengticmaterial.Fulldetailsofthestructure,includingthecon-ditionsassumedinbuildingit,togetherwithasetofco-ordinatesfortheatoms,willbepublishedelsewhere.《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。

课本P531、半保留复制假说（1）提出者：沃森和克里克（2）假说内容：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，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。二、对DNA复制的推测----作出假说（3）特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链。2、全保留复制DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。1、半保留复制新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中一条链。一模一样，一新一旧一全新，一全旧二、对DNA复制的推测----作出假说一模一样，新旧混合（3）分散复制亲代DNA分子分散到新复制出的分子每条链上要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？”，关键思路是什么？关键思路：区分亲代和子代的DNA链，标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。三、DNA半保留复制的实验证据半保留复制全保留复制分散复制演绎推理问题1：用同位素进行标记时,用什么元素?五碳糖磷酸含N碱基脱氧核苷酸CHONP可标记C、H、O、N、P元素

问题2：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？14N15N三、DNA半保留复制的实验证据演绎推理问题3：按此假设（DNA是半保留复制、全保留复制、分散复制），复制得到的子一代DNA和子二代DNA的组成将分别是怎样的?（请用两种颜色的笔，画出子代的情况）子二代亲代全保留复制半保留复制

分散复制子一代三、DNA半保留复制的实验证据子二代亲代全保留复制半保留复制子一代阅读课本内容53—54页，思考下列问题（2min）：1.实验材料选用了什么？2.运用了什么技术方法？同位素标记技术3.使用了什么同位素标记DNA？原理是？4.使用了哪种技术把不一样的DNA分开？密度梯度离心技术1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔，设计了一个巧妙的实验。三、DNA半保留复制的实验证据大肠杆菌15N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。不具有放射性证明半保留复制因此，利用

技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的N元素的DNA。14N/14N—DNA15N/14N—DNA15N/15N—DNA轻带中带重带只含15N的DNA密度

；只含14N的DNA密度

；一条链含15N、一条链含14N的DNA密度

。（3）实验原理——如何测定DNA的含N情况

？密度梯度离心大小居中（1）获得15N标记的大肠杆菌DNA15NH4Cl繁殖若干代15N/15N-DNA演绎推理三、DNA半保留复制的实验证据（2）将15N标记的大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，在进行离心，记录位置。15N/15N-DNA14NH4Cl分裂一次提取DNA离心？？？哪个位置再分裂一次提取DNA离心？？？哪个位置演绎推理三、DNA半保留复制的实验证据演绎推理—假设是半保留复制15N/15N-DNA15N/

14N-DNA14N/15N-DNA15N/

14N14N/15N14N/14N14N/14N亲代子一代全部位于重带全部位于中带1/2位于轻带1/2位于中带离心离心离心DNA复制一次子二代DNA复制一次15N/15N14N/

15N14N/14N14N/

15N演绎推理三、DNA半保留复制的实验证据演绎推理—假设是全保留复制15N/15N-DNA15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/15N14N/14N14N/14N14N/14N亲代子一代全部位于重带1/2位于轻带1/2位于重带3/4位于轻带1/4位于重带离心离心离心DNA复制一次子二代DNA复制一次15N/15N14N/14N15N/15N14N/14N15N/15N演绎推理三、DNA半保留复制的实验证据第一代只出现1条带中带第二代只出现1条带轻、中带之间亲代演绎推理—假设是分散复制三、DNA半保留复制的实验证据

DNA复制的推测和验证预期结果实验结果代数半保留复制全保留复制

分散复制P

F1F2

14N/14N中带15N/14N重带15N/15N重带15N/15N重带15N/15N中带15N/14N中带15N/14N轻带14N/14N重带15N/15N中带15N/14N轻带轻带14N/14N重带15N/15N重带15N/15N中带15N/14N14N/14N中带15N/14N大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中培养若干代亲代15N//15N-DNA全重带第一代细胞分裂一次转移到含14NH4Cl的培养液第二代细胞再分裂一次15N//14N-DNA全中带15N//14N-DNA14N//14N-DNA1/2轻带1/2中带在含14NH4Cl的培养液条带数量条带位置DNA含N情况？实际实验结果112实验结论：DNA的复制是以

的方式进行的。半保留第三代？[正误辨析](1)克里克和沃森证明了DNA复制为半保留复制。(

)(2)DNA半保留复制的实验用到了放射性同位素标记技术。(

)(3)全保留复制的子代DNA的双链都是新合成的。(

)××√大本741．将DNA全部用15N进行标记的大肠杆菌置于含有14NH4Cl的普通培养液中，使大肠杆菌连续繁殖三代，利用离心技术检测DNA的离心位置，图中阴影是离心结果，则亲代、子一代、子二代、子三代DNA带依次是(

)A．①②③④

B．③①④②C．①③②④

D．①②④③强化题点对应训练B大本752．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是(

)D课本P551.DNA复制的概念是什么?时间？场所？2.DNA复制过程需要哪些条件?3.简述DNA复制过程怎么进行?

请同学们自主阅读教材P55-56，小组合作思考讨论完成问题。

四、DNA半保留复制的过程1.概念：以

为模板合成

的过程。

2.时间：

。

3.场所：①真核生物：

（主要）

和

。②原核生物：

（主要），质粒。③DNA病毒：亲代DNA子代DNA细胞分裂前的间期细胞核线粒体叶绿体拟核活的宿主细胞内四、DNA半保留复制的过程（1）解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。断开氢键CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶课本P55四、DNA半保留复制的过程CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'AAGTATATPATPDNA聚合酶CGTCCAGTAGTACTACTGGACGACTTAT课本P55（2）合成子链①模板：解开的每一条母链②原料：游离的4种脱氧核苷酸③能量：细胞提供的能量④酶：DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）氢键的形成不需要酶的催化！！！⑤原则：碱基互补配对原则⑥方向：从子链的5′端向3′端延伸四、DNA半保留复制的过程CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'（3）重新螺旋每条新链和对应的模板链盘绕成双螺旋结构四、DNA半保留复制的过程1、DNA的复制并不是从DNA分子的两端开始解旋的，而是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位称为复制起点。2、尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处，称为复制叉。TCTTGCTCAGAACGAGAGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTC+①2条母链碱基顺序是什么关系？②2条子链碱基顺序是什么关系？③新的2个DNA碱基顺序是什么关系？互补互补相同DNA复制的结果：形成两个完全相同的DNA分子adabcd1.复制中形成的化学键：_______、___________

氢键磷酸二酯键2．准确复制的原因

(1)DNA分子独特的

结构提供了精确的模板。

(2)通过_____________保证了复制的准确进行。3．意义将_________从亲代传给子代，保持了_________的连续性。双螺旋碱基互补配对遗传信息遗传信息4．DNA复制参与的酶

5．特点

(1)_____________；(2)_______复制；

边解旋边复制半保留解旋酶：

催化氢键形成，解开DNA的双螺旋

催化磷酸二酯键形成，底物为单个脱氧核苷酸DNA聚合酶：

真核生物多个复制起点双向复制原核生物一个复制起点双向复制提高复制效率，使得复制能在较短时间内完成特点三：双向复制拓展：DNA复制的方向ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC5’3’TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG3’5’GGAUCG5’AUCGCG5’TAGCGCTATCGCATCGACGCT3’ATAGCGTAGCTGCGACCTAGC3’DNA聚合酶的特点：不能从头合成DNA，而只能从

母链的3’端延伸DNA链。DNA的合成方向：总是从子链的5‘端向3’端延伸。5’3’3’5’5’3’前导链5’3’冈崎片段DNA聚合酶的底物：单个脱氧核苷酸DNA连接酶的底物：DNA片段后随链生物体内所有已知的DNA聚合酶只能催化5’→3’方向的延伸。DNA复制过程中，以A链为模板时，DNA聚合酶可以沿5’-3‘方向连续合成新的互补链，这条新的互补链称为前导链。AB以B链为模板时，DNA聚合酶也是沿5’-3‘方向合成新链片段，但是与前导链的复制方向正好相反。随着解旋酶的移动会形成许多不连续的片段，称为冈崎片段。冈崎片段最终会在DNA连接酶的作用下被连接成一条完整的子链，称为后随链。特点4：半不连续复制4．DNA复制参与的酶

5．特点

(1)_____________；(2)_______复制；

边解旋边复制半保留解旋酶：

催化氢键形成，解开DNA的双螺旋

催化磷酸二酯键形成，底物为单个脱氧核苷酸DNA聚合酶：

催化磷酸二酯键形成，底物为DNA片段DNA连接酶：（3）

复制；（4）_______复制

半不连续

双向为研究DNA分子复制机制，科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹，结果如图所示，思考回答下列问题。解旋酶四、DNA半保留复制的过程(1)据图可知，DNA聚合酶使两条子链从5′端到3′端，还是从3′端到5′端进行合成？(2)Rep可以破坏DNA双链之间的氢键吗？判断的依据是什么？(3)据图推测DNA结合蛋白的功能是_________________________。(4)根据材料能否推断Rep驱动复制叉移动需要水解ATP提供能量？从5′端到3′端进行。可以。由题干可知，Rep是DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，能驱动复制叉的移动，使得双链打开，故Rep可以破坏DNA双链之间的氢键。防止DNA单链重新形成双链DNA复制需要ATP提供能量，Rep驱动复制叉移动也需要水解ATP提供能量。[正误辨析](1)所有的真核细胞内都能进行DNA复制。(

)(2)DNA复制时，双螺旋的两条链全部解开后，才开始子链的合成。(

)(3)在DNA复制过程中，解旋酶破坏的是氢键，不能将DNA水解为脱氧核苷酸。(

)××√大本751．DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持遗传信息的连续性。如图为DNA复制过程模式图，下列相关说法，正确的是(

)A．复制时两条子链的延伸方向相反B．该过程中只需要解旋酶C．亲代DNA的双螺旋结构全部打开再复制D．合成的两条子链的碱基序列可互补配对强化题点对应训练D大本762．线粒体DNA(mtDNA)上有A、B两个复制起始区，当mtDNA复制时，A区首先被启动，以L链为模板合成H′链。当H′链合成了约2/3时，B区启动，以H链为模板合成L′链，最终合成两个环状双螺旋DNA分子，该过程如图所示。下列有关叙述正确的是(

)A．mtDNA分子中每个脱氧核糖都与一或两个磷酸相连B．mtDNA的复制方式不符合半保留复制C．复制完成后H′链中的嘌呤数与L′链中的嘧啶数一定相同D．H链与L链的复制有时间差，当H′链全部合成时，L′链合成了2/3C专题：DNA复制的相关计算复制1次复制2次复制n次….…….15N15N1.DNA分子数子代DNA分子数含15N的DNA分子数含14N的DNA分子数只含15N的DNA分子数只含14N的DNA分子数2n个2个2n个0个2n-2个无论DNA复制多少次，含母链的只有2条！(2)脱氧核苷酸链数①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝

条。②亲代脱氧核苷酸链数＝

条。③新合成的脱氧核苷酸链数＝

条。(3)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，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸

个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为

个。2n+12(2n+1－2)m×(2n－1)m×2n-1易错警示解答DNA复制相关计算题的四个易错点(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别是前者包括所有的复制，后者只包括最后一次复制。(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA都只有两个。(4)关键词语：看清是“DNA数”还是“链数”，“含”还是“只含”等。1．一个双链均被32P标记的DNA置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是(

)A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程B．复制时在DNA聚合酶的催化下利用四种核糖核苷酸合成子链C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7D．子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4强化题点对应训练B大本772．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养液中连续复制5次。下列有关判断错误的是(

)A．含有15N的DNA分子有2个B．只含有14N的DNA分子占15/16C．复制过程中共需腺嘌呤脱氧核苷酸1280个D．第5次复制时需腺嘌呤脱氧核苷酸640个C大本781．研究1条染色体，母链标记，培养液不含标记同位素。(1)过程图解①培养一个细胞周期归纳炼DNA复制与细胞中的染色体标记问题有丝分裂中染色体标记问题规律总结:若只复制一次，产生的子染色体都带有标记②再培养一个细胞周期规律总结:若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记有丝分裂中染色体标记问题DNA复制与细胞中的染色体标记问题取一个全部N被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基中培养(复制)2代复制..分裂1次复制复制....分裂2次分裂2次培养一个细胞周期，产生的子染色体都带有标记第一种可能第二种可能最后形成的4个子细胞有三种情况：1、第一次分裂形成的2个子细胞都以第一种可能进行第二次分裂，即形成的2个细胞是

，另外2个细胞是

2、第一次分裂形成的2个子细胞都以第二种可能进行第二次分裂，即形成的4个细胞都是

；3、第一次分裂形成的2个子细胞分别以第一种可能和第二种可能进行第二次分裂，即形成的2个细胞是

，1个细胞是