【課件】DNA的復(fù)制課件2022-2023學(xué)年高一下學(xué)期生物人教版必修2

3.3DNA的復(fù)制問題探討沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那篇短文的結(jié)尾處寫道：“值得注意的是，我們提出的這種堿基特異性配對(duì)方式，暗示著遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制的一種可能機(jī)制。”1.堿基互補(bǔ)配對(duì)原則暗示DNA的復(fù)制機(jī)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(xué)研究具有什么特點(diǎn)?堿基互補(bǔ)配對(duì)原則是指DNA兩條鏈的堿基之間有準(zhǔn)確的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，暗示DNA的復(fù)制可能需要先解開DNA雙螺旋的兩條鏈，然后通過堿基互補(bǔ)配對(duì)合成互補(bǔ)鏈。科學(xué)研究需要大膽的想象，但是得出結(jié)論必須建立在確鑿的證據(jù)之上。一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？（1）半保留復(fù)制：形成的分子一半是新的，一半是舊的。復(fù)制一次親代DNA子代DNA一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？（2）全保留復(fù)制：新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒有舊的部分。復(fù)制一次親代DNA子代DNA一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？（3）分散復(fù)制（彌散復(fù)制）：新復(fù)制的分子中新舊都有，但分配是隨機(jī)組合的。復(fù)制一次親代DNA子代DNA問題1：如何判斷DNA的復(fù)制方式是哪一種？問題2：如果要在實(shí)驗(yàn)中直觀地區(qū)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(jìn)行標(biāo)記，用什么元素？

氯化銫離心分離時(shí),鹽離子由于受到強(qiáng)大的離心力而被拉向離心管底部,同時(shí)溶液中存在的擴(kuò)散作用與離心力相對(duì)抗,使Cs+與Cl-分散在整個(gè)溶液中,CsCl經(jīng)過離心后,溶液達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài),擴(kuò)散和沉淀的兩種相對(duì)力量保持平衡,形成一個(gè)連續(xù)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(huì)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(diǎn)的CsCl密度相等.若用同位素標(biāo)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(diǎn),用光源照射在照相底板上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（假說演繹法）（1）半保留復(fù)制（2）全保留復(fù)制（3）分散復(fù)制問題4：如果親代DNA是15N的，放在14N的環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)，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(shí),鹽離子由于受到強(qiáng)大的離心力而被拉向離心管底部,同時(shí)溶液中存在的擴(kuò)散作用與離心力相對(duì)抗,使Cs+與Cl-分散在整個(gè)溶液中,CsCl經(jīng)過離心后,溶液達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài),擴(kuò)散和沉淀的兩種相對(duì)力量保持平衡,形成一個(gè)連續(xù)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(huì)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(diǎn)的CsCl密度相等.若用同位素標(biāo)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(diǎn),用光源照射在照相底板上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（假說演繹法）全保留復(fù)制假說分散復(fù)制假說半保留復(fù)制假說15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:15N15N14N14N15N14N14N14NP:F1:F2:15N15N15N15N14N14N15N15N14N14N14N14NP:F1:F2:15N15N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N15N14N問題5：要驗(yàn)證上述預(yù)測(cè)，就要分別觀察親代和子代的情況，但實(shí)驗(yàn)中，復(fù)制后的DNA分子混合在一起的，不易分離。怎么解決這個(gè)問題？

氯化銫離心分離時(shí),鹽離子由于受到強(qiáng)大的離心力而被拉向離心管底部,同時(shí)溶液中存在的擴(kuò)散作用與離心力相對(duì)抗,使Cs+與Cl-分散在整個(gè)溶液中,CsCl經(jīng)過離心后,溶液達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài),擴(kuò)散和沉淀的兩種相對(duì)力量保持平衡,形成一個(gè)連續(xù)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(huì)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(diǎn)的CsCl密度相等.若用同位素標(biāo)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(diǎn),用光源照射在照相底板上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（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(fā)生分層（15N質(zhì)量大于14N）關(guān)鍵思路：通過實(shí)驗(yàn)區(qū)分親代和子代的DNA。科學(xué)家：梅塞爾森（M.Meselson）和斯塔爾（F.Stahl）實(shí)驗(yàn)材料：大腸桿菌科學(xué)技術(shù)：同位素標(biāo)記法（15N無(wú)放射性）、密度梯度離心法

氯化銫離心分離時(shí),鹽離子由于受到強(qiáng)大的離心力而被拉向離心管底部,同時(shí)溶液中存在的擴(kuò)散作用與離心力相對(duì)抗,使Cs+與Cl-分散在整個(gè)溶液中,CsCl經(jīng)過離心后,溶液達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài),擴(kuò)散和沉淀的兩種相對(duì)力量保持平衡,形成一個(gè)連續(xù)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(huì)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(diǎn)的CsCl密度相等.若用同位素標(biāo)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(diǎn),用光源照射在照相底板上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（假說演繹法）1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？①半保留復(fù)制②全保留復(fù)制③分散復(fù)制3.演繹推理：P:F1:F2:細(xì)胞再

分裂一次轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細(xì)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(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（假說演繹法）實(shí)驗(yàn)思路：用15NH4Cl標(biāo)記的培養(yǎng)液培養(yǎng)親代，得到含15N的母鏈，再轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中復(fù)制得到子鏈。在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA，再將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。如果是……復(fù)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(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)：證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)1.提出問題：2.提出假說:DNA以什么方式復(fù)制？①半保留復(fù)制②全保留復(fù)制③分散復(fù)制3.演繹推理：4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:細(xì)胞再

分裂一次15N15N轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細(xì)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(fù)制是全保留復(fù)制排除DNA復(fù)制是分散復(fù)制二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（假說演繹法）5.得出結(jié)論：作出假說演繹推理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2、推測(cè)可能的復(fù)制方式3、推理、探究幾種復(fù)制模式下得到子代DNA的可能情況，預(yù)測(cè)可能實(shí)驗(yàn)結(jié)果5、結(jié)論：DNA復(fù)制是半保留復(fù)制1、DNA是如何復(fù)制的?提出問題半保留復(fù)制全保留復(fù)制分散復(fù)制假說——演繹法DNA復(fù)制方式的探究歷程4、證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論1.將DNA雙鏈都被15N標(biāo)記的大腸桿菌放在含有14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，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(yǎng)在含輕氮(14N)環(huán)境中的細(xì)菌，轉(zhuǎn)移到含重氮(15N)環(huán)境中培養(yǎng)相當(dāng)于復(fù)制一次的時(shí)間，然后放回原環(huán)境相當(dāng)于連續(xù)復(fù)制兩次的時(shí)間后，細(xì)菌DNA組成分析結(jié)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(fù)制的概念是什么?時(shí)間？場(chǎng)所？2.DNA復(fù)制過程怎么進(jìn)行?3.DNA復(fù)制過程需要哪些條件?4.DNA復(fù)制過程有何特點(diǎn)?5.DNA復(fù)制有何生物學(xué)意義?閱讀p55，思考下列問題：三、DNA復(fù)制的過程DNA復(fù)制的概念是什么？DNA復(fù)制的時(shí)間及場(chǎng)所？以親代DNA為模板合成子代DNA的過程時(shí)間：細(xì)胞分離前的間期場(chǎng)所：真核細(xì)胞中主要是細(xì)胞核，線粒體和葉綠體中也存在；原核細(xì)胞中主要是擬核，細(xì)胞質(zhì)（質(zhì)粒）中也存在；病毒的DNA復(fù)制過程在宿主細(xì)胞中（噬菌體侵染大腸桿菌）三、DNA復(fù)制的過程2.DNA復(fù)制的過程⑴解旋：在ATP的驅(qū)動(dòng)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(jìn)行堿基配對(duì)：游離的脫氧核苷酸按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則隨機(jī)地與兩條母鏈的堿基配對(duì)，確定子鏈的脫氧核苷酸排列順序。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氫鍵2.DNA復(fù)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(fù)制的過程⑷形成子代DNA分子：每條新鏈與其對(duì)應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'2.DNA復(fù)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(xì)胞提供(如ATP提供)

三、DNA復(fù)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(fù)制的條件人體細(xì)胞某DNA的長(zhǎng)度為200×10-9m，復(fù)制速度為5×10-9m/s，但經(jīng)檢測(cè)卻發(fā)現(xiàn)此DNA的復(fù)制只需5s的時(shí)間。此事實(shí)說明什么？具多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，使得復(fù)制能在較短時(shí)間內(nèi)完成。知識(shí)拓展圖中DNA分子是邊解旋邊雙向復(fù)制的；圖中DNA分子在復(fù)制速率相同的前提下，由于復(fù)制環(huán)大小不一，所以復(fù)制的時(shí)間不同，其中右側(cè)最早（右側(cè)環(huán)大，先復(fù)制；左側(cè)環(huán)小，后復(fù)制）真核生物的這種復(fù)制方式大大提高了復(fù)制速率；（1）邊解旋邊復(fù)制（2）半保留復(fù)制4.DNA復(fù)制的特點(diǎn)（3）多起點(diǎn)復(fù)制

三、DNA復(fù)制TCTTGCTCAGAACGAG1）規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制DNA提供精確的模板。

意義：

DNA通過復(fù)制，會(huì)將遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。（使親子代保持連續(xù)性）因此，DNA必須準(zhǔn)確復(fù)制，請(qǐng)從下面結(jié)構(gòu)中，找出其準(zhǔn)確復(fù)制的因素：2）嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)配對(duì)保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行。AGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTC+時(shí)間

場(chǎng)所原則條件模板

原料

能量

酶

特點(diǎn)

方向意義

三、DNA復(fù)制的過程從子鏈的5’-端向3’-端延伸真核生物：細(xì)胞核（主要）、線粒體、葉綠體場(chǎng)所原核生物：擬核、細(xì)胞質(zhì)（質(zhì)粒）病毒：宿主細(xì)胞中

堿基互補(bǔ)配對(duì)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(fù)制；邊解旋邊復(fù)制；多起點(diǎn)復(fù)制；雙向復(fù)制遺傳信息傳遞的連續(xù)性細(xì)胞分裂前的間期真核生物與原核生物DNA復(fù)制的區(qū)別真核生物DNA的復(fù)制從多個(gè)起點(diǎn)開始進(jìn)行，使得復(fù)制能在較短時(shí)間內(nèi)完成。原核生物DNA的復(fù)制只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。DNA復(fù)制的過程

小結(jié)--DNA復(fù)制的過程1、概念：2、場(chǎng)所（真核）：3、時(shí)期：4、條件5、復(fù)制過程：6、復(fù)制特點(diǎn)7、準(zhǔn)確復(fù)制原因8、復(fù)制的生物學(xué)意義：細(xì)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(xì)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(dú)特的雙螺旋提供精確的模板①邊解旋邊復(fù)制②半保留復(fù)制②嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則保持遺傳信息的連續(xù)性1、下列關(guān)于DNA復(fù)制過程的正確順序是 ①互補(bǔ)堿基對(duì)之間氫鍵斷裂②互補(bǔ)堿基對(duì)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(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)⑤子鏈與母鏈盤旋成雙螺旋狀結(jié)構(gòu)A.①③④②⑤B.①④②⑤③C.①③⑤④②D.③①④②⑤

D練習(xí)2、如圖為真核細(xì)胞中DNA復(fù)制過程的模式圖,據(jù)圖分析,下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是

A.由圖示得知,DNA分子復(fù)制的方式為半保留復(fù)制

B.解旋酶能使DNA雙鏈解開,但需要消耗ATP

C.DNA在復(fù)制過程中是先進(jìn)行解旋,后進(jìn)行半保留復(fù)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(xí)親代15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N復(fù)制1次復(fù)制2次復(fù)制3次248=21=22=23DNA分子復(fù)制的計(jì)算復(fù)制代數(shù)123…nDNA數(shù)28…15N/15N00…15N/14N…214N/14N0…脫氧核苷酸鏈數(shù)…15N鏈數(shù)2…14N鏈數(shù)…42n00222162n+122142n+1-22n-2DNA分子復(fù)制的計(jì)算2428266親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后①子代DNA分子數(shù)：②含親代母鏈的DNA分子數(shù)：③不含親代母鏈的DNA分子數(shù)：2n個(gè)2個(gè)2n-2個(gè)例1：一個(gè)DNA被15N標(biāo)記的大腸桿菌，在只含14N的培養(yǎng)液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___個(gè)，不含15N的DNA分子有___個(gè)，含有14N的DNA分子有____個(gè)，不含14N的DNA分子有____個(gè)，只含有14N的DNA分子有___個(gè)。6806⑤母鏈和子鏈的條數(shù)分別是：2條2n＋1-2條④子代DNA分子中脫氧核苷酸條數(shù)是：2n＋1

條2例：將15N標(biāo)記的DNA分子放在14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，經(jīng)過3次復(fù)制，在所形成的子代DNA中，含15N的DNA占總數(shù)的比例和含15N的脫氧核苷酸鏈占總數(shù)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(shù)若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，m（2n－1）C：400個(gè)C：400個(gè)C：400個(gè)400個(gè)400個(gè)400個(gè)400個(gè)親代中c：400個(gè)F1：共2個(gè)400個(gè)F2：共4個(gè)400個(gè)F3：共8個(gè)400個(gè)Fn：共2n個(gè)400個(gè)第n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸個(gè)數(shù)為：m

·2n－1消耗1個(gè)400個(gè)消耗2個(gè)400個(gè)消耗4個(gè)400個(gè)消耗2n-1個(gè)400個(gè)經(jīng)過n次復(fù)制后共需要消耗該脫氧核苷酸個(gè)數(shù)為：例：一個(gè)有m個(gè)堿基對(duì)的DNA分子，其中含有腺嘌呤脫氧核苷酸a個(gè)。1）復(fù)制n次，需要多少鳥嘌呤脫氧核苷酸；2）第n次復(fù)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(shù)：子n代DNA分子總數(shù)為2n個(gè)。含15N的DNA分子數(shù)為2個(gè)。含14N的DNA分子數(shù)為2n個(gè)只含15N的DNA分子數(shù)為0個(gè)。只含14N的DNA分子數(shù)為（2n-2）個(gè)。規(guī)律總結(jié)：例1.某DNA分子中含有1000個(gè)堿基對(duì)(被32P標(biāo)記)，其中有胸腺嘧啶400個(gè)。若將該DNA分子放在只含被31P標(biāo)記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中讓其復(fù)制兩次，子代DNA分子相對(duì)分子質(zhì)量平均比原來(lái)減少。150032/3232/3131/31【課堂練習(xí)】例2.(2021·安徽合肥高三調(diào)研)如圖為某DNA分子片段，假設(shè)該DNA分子中有5000對(duì)堿基，A＋T占?jí)A基總數(shù)的34%，若該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制2次，下列敘述正確的是（）A.復(fù)制時(shí)作用于③處的酶為DNA聚合酶B.DNA分子復(fù)制2次需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸9900個(gè)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(xí)】1.減數(shù)分裂中染色體標(biāo)記情