【課件】DNA的復制課件2022-2023學年高一下學期生物人教版必修2

3.3DNA的復制問題探討沃森和克里克在發表DNA雙螺旋結構的那篇短文的結尾處寫道：“值得注意的是，我們提出的這種堿基特異性配對方式，暗示著遺傳物質進行復制的一種可能機制。”1.堿基互補配對原則暗示DNA的復制機制可能是怎樣的？2.這句話中為什么要用“可能”二字？這反映科學研究具有什么特點?堿基互補配對原則是指DNA兩條鏈的堿基之間有準確的一一對應關系，暗示DNA的復制可能需要先解開DNA雙螺旋的兩條鏈，然后通過堿基互補配對合成互補鏈。科學研究需要大膽的想象，但是得出結論必須建立在確鑿的證據之上。一、對DNA復制的推測1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復制？（1）半保留復制：形成的分子一半是新的，一半是舊的。復制一次親代DNA子代DNA一、對DNA復制的推測1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復制？（2）全保留復制：新復制出的分子直接形成，完全沒有舊的部分。復制一次親代DNA子代DNA一、對DNA復制的推測1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復制？（3）分散復制（彌散復制）：新復制的分子中新舊都有，但分配是隨機組合的。復制一次親代DNA子代DNA問題1：如何判斷DNA的復制方式是哪一種？問題2：如果要在實驗中直觀地區別母鏈或子鏈，可以采取什么辦法？問題3：如果用同位素（放射性）進行標記，用什么元素？

氯化銫離心分離時,鹽離子由于受到強大的離心力而被拉向離心管底部,同時溶液中存在的擴散作用與離心力相對抗,使Cs+與Cl-分散在整個溶液中,CsCl經過離心后,溶液達到一個平衡狀態,擴散和沉淀的兩種相對力量保持平衡,形成一個連續的CsCl濃度梯度,溶液的密度在離心管底部最大,頂部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它們會逐漸集中在一條狹窄的帶上,則DNA分子的密度恰好與那一點的CsCl密度相等.若用同位素標記DNA分子,則使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外線的特點,用光源照射在照相底板上就出現了DNA的不同位置。二、DNA半保留復制的實驗證據（假說演繹法）（1）半保留復制（2）全保留復制（3）分散復制問題4：如果親代DNA是15N的，放在14N的環境中進行培養，則親代、子一代、子二代DNA分別含有哪種N元素？

氯化銫離心分離時,鹽離子由于受到強大的離心力而被拉向離心管底部,同時溶液中存在的擴散作用與離心力相對抗,使Cs+與Cl-分散在整個溶液中,CsCl經過離心后,溶液達到一個平衡狀態,擴散和沉淀的兩種相對力量保持平衡,形成一個連續的CsCl濃度梯度,溶液的密度在離心管底部最大,頂部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它們會逐漸集中在一條狹窄的帶上,則DNA分子的密度恰好與那一點的CsCl密度相等.若用同位素標記DNA分子,則使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外線的特點,用光源照射在照相底板上就出現了DNA的不同位置。二、DNA半保留復制的實驗證據（假說演繹法）全保留復制假說分散復制假說半保留復制假說15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:15N15N14N14N15N14N14N14NP:F1:F2:15N15N15N15N14N14N15N15N14N14N14N14NP:F1:F2:15N15N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N問題5：要驗證上述預測，就要分別觀察親代和子代的情況，但實驗中，復制后的DNA分子混合在一起的，不易分離。怎么解決這個問題？

氯化銫離心分離時,鹽離子由于受到強大的離心力而被拉向離心管底部,同時溶液中存在的擴散作用與離心力相對抗,使Cs+與Cl-分散在整個溶液中,CsCl經過離心后,溶液達到一個平衡狀態,擴散和沉淀的兩種相對力量保持平衡,形成一個連續的CsCl濃度梯度,溶液的密度在離心管底部最大,頂部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它們會逐漸集中在一條狹窄的帶上,則DNA分子的密度恰好與那一點的CsCl密度相等.若用同位素標記DNA分子,則使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外線的特點,用光源照射在照相底板上就出現了DNA的不同位置。二、DNA半保留復制的實驗證據（假說演繹法）15N/15N-DNA（重鏈）、15N/14N-DNA（中鏈）、14N/14N-DNA（輕鏈）、這3種DNA離心后在試管在位置如右圖所示：14N/14N—DNA15N/14N—DNA15N/15N—DNA輕帶中帶重帶通過密度梯度離心使其發生分層（15N質量大于14N）關鍵思路：通過實驗區分親代和子代的DNA。科學家：梅塞爾森（M.Meselson）和斯塔爾（F.Stahl）實驗材料：大腸桿菌科學技術：同位素標記法（15N無放射性）、密度梯度離心法

氯化銫離心分離時,鹽離子由于受到強大的離心力而被拉向離心管底部,同時溶液中存在的擴散作用與離心力相對抗,使Cs+與Cl-分散在整個溶液中,CsCl經過離心后,溶液達到一個平衡狀態,擴散和沉淀的兩種相對力量保持平衡,形成一個連續的CsCl濃度梯度,溶液的密度在離心管底部最大,頂部最小。

如果DNA分子溶解在CsCl中,它們會逐漸集中在一條狹窄的帶上,則DNA分子的密度恰好與那一點的CsCl密度相等.若用同位素標記DNA分子,則使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外線的特點,用光源照射在照相底板上就出現了DNA的不同位置。二、DNA半保留復制的實驗證據（假說演繹法）1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復制？①半保留復制②全保留復制③分散復制3.演繹推理：P:F1:F2:細胞再

分裂一次轉移到含14NH4Cl的培養液中細胞分裂一次提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心重帶二、DNA半保留復制的實驗證據（假說演繹法）實驗思路：用15NH4Cl標記的培養液培養親代，得到含15N的母鏈，再轉移到含14NH4Cl的培養液中復制得到子鏈。在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，再將提取的DNA進行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。如果是……復制，第一代和第二代離心后試管中DNA的位置如何？二、DNA半保留復制的實驗證據實驗結果預測：證明DNA半保留復制的實驗1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復制？①半保留復制②全保留復制③分散復制3.演繹推理：4.實驗驗證：15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:細胞再

分裂一次15N15N轉移到含14NH4Cl的培養液中細胞分裂一次提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心排除DNA的復制是全保留復制排除DNA復制是分散復制二、DNA半保留復制的實驗證據（假說演繹法）5.得出結論：作出假說演繹推理實驗驗證2、推測可能的復制方式3、推理、探究幾種復制模式下得到子代DNA的可能情況，預測可能實驗結果5、結論：DNA復制是半保留復制1、DNA是如何復制的?提出問題半保留復制全保留復制分散復制假說——演繹法DNA復制方式的探究歷程4、證明DNA半保留復制的實驗得出結論1.將DNA雙鏈都被15N標記的大腸桿菌放在含有14N的培養基中培養，使其分裂3次，下列敘述正確的是()A.所有的大腸桿菌都含有15NB.含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/2C.含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/4D.含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例為1/82.把培養在含輕氮(14N)環境中的細菌，轉移到含重氮(15N)環境中培養相當于復制一次的時間，然后放回原環境相當于連續復制兩次的時間后，細菌DNA組成分析結果是(

)A．3/4輕氮型、1/4中間型B．1/4輕氮型、3/4中間型C．1/2中間型、1/2重氮型D．1/2輕氮型、1/2中間型AC1.DNA復制的概念是什么?時間？場所？2.DNA復制過程怎么進行?3.DNA復制過程需要哪些條件?4.DNA復制過程有何特點?5.DNA復制有何生物學意義?閱讀p55，思考下列問題：三、DNA復制的過程DNA復制的概念是什么？DNA復制的時間及場所？以親代DNA為模板合成子代DNA的過程時間：細胞分離前的間期場所：真核細胞中主要是細胞核，線粒體和葉綠體中也存在；原核細胞中主要是擬核，細胞質（質粒）中也存在；病毒的DNA復制過程在宿主細胞中（噬菌體侵染大腸桿菌）三、DNA復制的過程2.DNA復制的過程⑴解旋：在ATP的驅動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶斷開氫鍵⑵以母鏈為模板進行堿基配對：游離的脫氧核苷酸按堿基互補配對原則隨機地與兩條母鏈的堿基配對，確定子鏈的脫氧核苷酸排列順序。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氫鍵2.DNA復制的過程⑶合成子鏈：在DNA聚合酶的催化下從子鏈的5'端把子鏈的脫氧核苷酸聚合成脫氧核苷酸鏈。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP合成方向：子鏈的5’端→3’端形成磷酸二酯鍵2.DNA復制的過程⑷形成子代DNA分子：每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'2.DNA復制的過程重新螺旋模板原料酶能量親代DNA的兩條鏈游離的4種脫氧核苷酸DNA解旋酶DNA聚合酶等由細胞提供(如ATP提供)

三、DNA復制新合成的子鏈DNA聚合酶DNA聚合酶DNA解旋酶游離的脫氧核苷酸3.DNA復制的條件人體細胞某DNA的長度為200×10-9m，復制速度為5×10-9m/s，但經檢測卻發現此DNA的復制只需5s的時間。此事實說明什么？具多個復制起點，使得復制能在較短時間內完成。知識拓展圖中DNA分子是邊解旋邊雙向復制的；圖中DNA分子在復制速率相同的前提下，由于復制環大小不一，所以復制的時間不同，其中右側最早（右側環大，先復制；左側環小，后復制）真核生物的這種復制方式大大提高了復制速率；（1）邊解旋邊復制（2）半保留復制4.DNA復制的特點（3）多起點復制

三、DNA復制TCTTGCTCAGAACGAG1）規則的雙螺旋結構為復制DNA提供精確的模板。

意義：

DNA通過復制，會將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了遺傳信息的連續性。（使親子代保持連續性）因此，DNA必須準確復制，請從下面結構中，找出其準確復制的因素：2）嚴格的堿基互補配對保證了復制能夠準確無誤地進行。AGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTC+時間

場所原則條件模板

原料

能量

酶

特點

方向意義

三、DNA復制的過程從子鏈的5’-端向3’-端延伸真核生物：細胞核（主要）、線粒體、葉綠體場所原核生物：擬核、細胞質（質粒）病毒：宿主細胞中

堿基互補配對親代DNA的兩條鏈4種游離的脫氧核苷酸主要由ATP水解提供解旋酶、DNA聚合酶等半保留復制；邊解旋邊復制；多起點復制；雙向復制遺傳信息傳遞的連續性細胞分裂前的間期真核生物與原核生物DNA復制的區別真核生物DNA的復制從多個起點開始進行，使得復制能在較短時間內完成。原核生物DNA的復制只有一個復制起點。DNA復制的過程

小結--DNA復制的過程1、概念：2、場所（真核）：3、時期：4、條件5、復制過程：6、復制特點7、準確復制原因8、復制的生物學意義：細胞分裂前的間期模板：原料：能量：酶：DNA的兩條母鏈4種游離的脫氧核苷酸ATP細胞核（主）、線粒體、葉綠體以親代DNA為模板合成子代DNA的過程（DNA→DNA）解旋酶、DNA聚合酶解旋→子鏈延伸→螺旋化，形成子代DNA①獨特的雙螺旋提供精確的模板①邊解旋邊復制②半保留復制②嚴格遵循堿基互補配對原則保持遺傳信息的連續性1、下列關于DNA復制過程的正確順序是 ①互補堿基對之間氫鍵斷裂②互補堿基對之間形成氫鍵③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母鏈為模板進行堿基互補配對⑤子鏈與母鏈盤旋成雙螺旋狀結構A.①③④②⑤B.①④②⑤③C.①③⑤④②D.③①④②⑤

D練習2、如圖為真核細胞中DNA復制過程的模式圖,據圖分析,下列相關敘述錯誤的是

A.由圖示得知,DNA分子復制的方式為半保留復制

B.解旋酶能使DNA雙鏈解開,但需要消耗ATP

C.DNA在復制過程中是先進行解旋,后進行半保留復制

D.從圖中可以看出合成兩條子鏈的方向是相反的C練習親代15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N復制1次復制2次復制3次248=21=22=23DNA分子復制的計算復制代數123…nDNA數28…15N/15N00…15N/14N…214N/14N0…脫氧核苷酸鏈數…15N鏈數2…14N鏈數…42n00222162n+122142n+1-22n-2DNA分子復制的計算2428266親代DNA分子經n次復制后①子代DNA分子數：②含親代母鏈的DNA分子數：③不含親代母鏈的DNA分子數：2n個2個2n-2個例1：一個DNA被15N標記的大腸桿菌，在只含14N的培養液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___個，不含15N的DNA分子有___個，含有14N的DNA分子有____個，不含14N的DNA分子有____個，只含有14N的DNA分子有___個。6806⑤母鏈和子鏈的條數分別是：2條2n＋1-2條④子代DNA分子中脫氧核苷酸條數是：2n＋1

條2例：將15N標記的DNA分子放在14N的培養基上培養，經過3次復制，在所形成的子代DNA中，含15N的DNA占總數的比例和含15N的脫氧核苷酸鏈占總數的比例各為（）和（）

A．1/16

B．l／8

C．1／4

D．1／2①子一代②子二代親代①③子三代CB消耗的脫氧核苷酸數若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，m（2n－1）C：400個C：400個C：400個400個400個400個400個親代中c：400個F1：共2個400個F2：共4個400個F3：共8個400個Fn：共2n個400個第n次復制需要消耗該脫氧核苷酸個數為：m

·2n－1消耗1個400個消耗2個400個消耗4個400個消耗2n-1個400個經過n次復制后共需要消耗該脫氧核苷酸個數為：例：一個有m個堿基對的DNA分子，其中含有腺嘌呤脫氧核苷酸a個。1）復制n次，需要多少鳥嘌呤脫氧核苷酸；2）第n次復制，需要多少鳥嘌呤脫氧核苷酸。解：1）A=T=aG=C=(2m-2a)/2=m-a

(2n-1)(m-a)2）2n-1(m-a)DNA分子數：子n代DNA分子總數為2n個。含15N的DNA分子數為2個。含14N的DNA分子數為2n個只含15N的DNA分子數為0個。只含14N的DNA分子數為（2n-2）個。規律總結：例1.某DNA分子中含有1000個堿基對(被32P標記)，其中有胸腺嘧啶400個。若將該DNA分子放在只含被31P標記的脫氧核苷酸的培養液中讓其復制兩次，子代DNA分子相對分子質量平均比原來減少。150032/3232/3131/31【課堂練習】例2.(2021·安徽合肥高三調研)如圖為某DNA分子片段，假設該DNA分子中有5000對堿基，A＋T占堿基總數的34%，若該DNA分子在含14N的培養基中連續復制2次，下列敘述正確的是（）A.復制時作用于③處的酶為DNA聚合酶B.DNA分子復制2次需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸9900個C.④處指的是腺嘌呤核糖核苷酸D.子代中含15N的DNA分子占1/2B【課堂練習】1.減數分裂中染色體標記情