【生物】DNA的復(fù)制課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期生物人教版（2019）必修2

生物（人教版）第三章基因的本質(zhì)第3節(jié)DNA的復(fù)制

親代的遺傳物質(zhì)通過復(fù)制傳遞給了子代。為什么這樣像？何謂DNA的復(fù)制？所謂DNA的復(fù)制就是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程，1DNA→2DNA。沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那篇著作短文的結(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方式，暗示著遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制的一種可能的機(jī)制。”

《核酸的分子結(jié)構(gòu)》論文節(jié)選討論1.堿基互補(bǔ)配對原則暗示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？這反應(yīng)科學(xué)研究具有什么特點(diǎn)？堿基互補(bǔ)配對原則是指DNA兩條鏈的堿基之間有準(zhǔn)確的一一對應(yīng)關(guān)系，暗示DNA的復(fù)制可能要先解開DNA雙螺旋的兩條鏈，然后通過堿基互補(bǔ)配對合成互補(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實(shí)驗(yàn)證據(jù)之上。問題探討◆提出者：沃森和克里克◆假說內(nèi)容1.DNA復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂。2.解開的兩條單鏈作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，通過形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。3.新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，這種復(fù)制方式被稱作半保留復(fù)制。假說一：半保留復(fù)制一、對DNA復(fù)制的推測—作出假說對DNA復(fù)制的推測對DNA復(fù)制的推測假說二：全保留復(fù)制新復(fù)制的子代DNA分子直接形成，完全沒有舊的部分。假說三：分散復(fù)制親代DNA分子將斷裂成短片段，以這些親本短片段為模板合成同樣長短的新的DNA片段，再將這些新舊片段混合連接，形成完整的全長DNA分子。對DNA復(fù)制的推測—演繹推理15N15N15N15N15N15N半保留復(fù)制全保留復(fù)制分散復(fù)制1/2輕帶DNA重帶DNA1/2重帶DNA3/4輕帶DNA1/4重帶DNA重帶DNA中帶DNA1/2輕帶DNA1/2中帶DNA重帶DNA中帶DNA中帶DNA親代子一代子二代DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

1.實(shí)驗(yàn)材料：大腸桿菌2.實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法、密度梯度離心技術(shù)3.實(shí)驗(yàn)原理：15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，它們的相對原子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此利用離心技術(shù)可以在試管中區(qū)分含有不同N元素的DNA。密度低密度高重帶中帶輕帶梅塞爾森和斯塔爾4.實(shí)驗(yàn)思路:將DNA是15N標(biāo)記的大腸桿菌，培養(yǎng)在含14N的培養(yǎng)液中，在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA進(jìn)行離心，觀察離心后試管中DNA的位置。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的復(fù)制是分散復(fù)制14N復(fù)制14N復(fù)制：DNA的復(fù)制方式是半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)結(jié)論對DNA復(fù)制的推測—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證將大腸桿菌放在15NH4Cl培養(yǎng)液生長繁殖若干代DNA的兩條鏈都被15N標(biāo)記15N/15N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA分析問題作出假說根據(jù)假說演繹推理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說觀察現(xiàn)象提出問題分析結(jié)果得出結(jié)論證明DNA半保留復(fù)制方式的科學(xué)方法：假說——演繹法觀察到DNA結(jié)構(gòu)，提出DNA是如何復(fù)制的?提出DNA可能的復(fù)制方式假說：半保留復(fù)制、全保留復(fù)制、分散復(fù)制。推理、探究幾種復(fù)制模式下得到子代DNA的可能情況，預(yù)測可能實(shí)驗(yàn)結(jié)果.進(jìn)行證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。1.沃森和克里克證明了DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制。(

)2.證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了同位素標(biāo)記技術(shù)和離心技術(shù)。(

)3.DNA半保留復(fù)制的證明過程使用了假說－演繹法。(

)×正誤判斷√√4、細(xì)菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再將其移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，抽取親代及子代的DNA離心分離，如圖①～⑤為可能的結(jié)果，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．子一代DNA應(yīng)為②

B．子二代DNA應(yīng)為①C．子三代DNA應(yīng)為④ D．親代的DNA應(yīng)為⑤C5.以含有31P標(biāo)志的大腸桿菌放入32P的培養(yǎng)液中，培養(yǎng)2代。離心結(jié)果如右：⑴、G0、G1、G2三代DNA離心后的試管分別是圖中的：G0

、G1

、G2

。

ABD⑵、G2代在①、②、③三條帶中DNA數(shù)的比例是

。⑶、圖中①、②兩條帶中DNA分子所含的同位素磷分別是：

，

。0:2:231P31P和32P拓展延伸二、DNA復(fù)制的過程新合成的子鏈DNA聚合酶DNA聚合酶DNA解旋酶游離的脫氧核苷酸第一步：解旋第一步：解旋（1）配對（2）連接第二步：合成子鏈母鏈第三步：復(fù)旋子鏈第三步：復(fù)旋解旋：復(fù)制開始時(shí)，在細(xì)胞提供的能量的驅(qū)動(dòng)下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。合成子鏈：DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板，以細(xì)胞中游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補(bǔ)配對原則，各自合成與母鏈互補(bǔ)的一條子鏈。隨著模板鏈解旋過程的進(jìn)行，新合成的子鏈也在不斷延伸。形成子代DNA：同時(shí)，每條新鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

1、概念:以親代DNA為模板合成子代DNA的過程3、時(shí)間:有絲分裂前的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期，隨著染色體的復(fù)制而完成（真核生物）2、場所:主要是細(xì)胞核，其次在線粒體、葉綠體（真核生物）4、條件:模板原料酶能量DNA分子的兩條母鏈細(xì)胞中4種游離的脫氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶等ATP直接提供

9、結(jié)果:7、特點(diǎn):①邊解旋邊復(fù)制②半保留復(fù)制8、原則：堿基互補(bǔ)配對原則1個(gè)DNA分子→兩個(gè)完全相同的DNA分子5、過程:解旋合成子鏈復(fù)旋124……2n10、方式：半保留復(fù)制6、復(fù)制方向：新鏈的延伸方向只能是5’-端到3’-端(從過程上看)(從結(jié)果上看)

DNA分子內(nèi)氫鍵是復(fù)制時(shí)自動(dòng)形成的,不需要酶1．蛙的紅細(xì)胞和哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞，是否都能進(jìn)行上圖所示的DNA分子的復(fù)制？2.畫出染色體中DNA復(fù)制結(jié)果。（要畫出染色體及體現(xiàn)DNA半保留復(fù)制的特點(diǎn)）3.說明上述復(fù)制形成的兩個(gè)DNA分開的時(shí)期及分開的原因。深度思考DNA分子復(fù)制的過程分析1．如圖為DNA分子復(fù)制的兩個(gè)模型，請據(jù)圖回答下列問題。(1)圖1中的酶1和酶2分別是什么酶？分別作用于圖2中哪個(gè)部位？(2)圖1中的a、b、c、d四條脫氧核苷酸鏈中，哪些鏈的堿基排列順序是相同的？a和c，b和d的堿基排列順序相同。解旋酶DNA聚合酶磷酸二酯鍵氫鍵2．已知果蠅的基因組大小為1.8×108bp(bp表示堿基對)，真核細(xì)胞中DNA復(fù)制的效率一般為50～100bp/s。下圖為果蠅DNA的電鏡照片，圖中的泡狀結(jié)構(gòu)叫作DNA復(fù)制泡，是DNA上正在復(fù)制的部分。由此加快DNA復(fù)制的速率，為細(xì)胞分裂做好物質(zhì)準(zhǔn)備。請你推測果蠅DNA形成多個(gè)復(fù)制泡的原因是什么？說明什么？DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方向(1)原核生物：單起點(diǎn)雙向復(fù)制(2)真核生物：多起點(diǎn)分段復(fù)制、雙向復(fù)制在復(fù)制速率相同的前提下，圖中DNA是從其最右邊開始復(fù)制的，這種復(fù)制方式提高了DNA復(fù)制的效率?！举Y料】DNA平均每復(fù)制109個(gè)堿基對才會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤。①DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能為復(fù)制提供精確的模板。②堿基具有互補(bǔ)配對的能力，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。使遺傳信息從親代傳遞給子代，保持遺傳信息的連續(xù)性，使本物種保持相對穩(wěn)定和延續(xù)。1.如何保證復(fù)制具有如此高的準(zhǔn)確性？2.DNA進(jìn)行高精確性的自我復(fù)制有何意義？4.DNA復(fù)制時(shí)新合成的兩條鏈堿基排列順序相同()5.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解旋后，開始DNA的復(fù)制()6.單個(gè)脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈()7.真核細(xì)胞的DNA復(fù)制只發(fā)生在細(xì)胞核中()8.解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均為氫鍵()×正誤判斷××××親代第一代第二代第三代15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N無論DNA復(fù)制多少次，含有15N-DNA分子永遠(yuǎn)只有個(gè)兩

212223三、半保留復(fù)制的有關(guān)計(jì)算親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后，則①子代DNA分子數(shù)：②含親代母鏈的DNA分子數(shù)：④不含親代母鏈的DNA分子數(shù)：2n個(gè)2個(gè)2n-2個(gè)⑤含親代母鏈的DNA分子數(shù)與子代DNA分子數(shù)之比為：2/2n③只含親代母鏈的DNA分子數(shù)：0個(gè)親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后，則①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)：②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)：③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)：

2n+1條2條2n+1-2條若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，則m（2n-1）（1）則經(jīng)過n次復(fù)制共需要消耗該脫氧核苷酸個(gè)數(shù)為：（2）第n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸個(gè)數(shù)為：m

×2n-11.一個(gè)有15N標(biāo)記的DNA分子放在沒有標(biāo)記的環(huán)境中培養(yǎng),復(fù)制5次后標(biāo)記的DNA分子占DNA分子總數(shù)的:A.1/10B.1/5

C.1/16D.1/322.1個(gè)DNA分子經(jīng)過4次復(fù)制,形成16個(gè)DNA分子,其中不含親代母鏈的DNA分子為:A.2個(gè)B.8個(gè)

C.14個(gè)D.32個(gè)C

C

3.一個(gè)有15N標(biāo)記的DNA分子放在沒有標(biāo)記的環(huán)境中培養(yǎng),復(fù)制5次后,DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)（）不含15N的脫氧核苷酸鏈數(shù)（）含15N的脫氧核苷酸鏈占不含15N的脫氧核苷酸鏈的比為多少？（）641/31624.已知一條完全被15N標(biāo)記的DNA分子在只含14N的培養(yǎng)基中復(fù)制n次后，僅含14N的DNA分子總數(shù)與含15N的DNA分子總數(shù)之比為15∶1，則n是(

)

A．2

B．3C．4D．5

D5.若某個(gè)DNA分子含1000個(gè)堿基，其中G占26%，此DNA分子經(jīng)三次復(fù)制，需游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸數(shù)()在第三次復(fù)制過程中需消耗()個(gè)胞嘧啶脫氧核苷酸。10401680解析：G=C=1000*26%=260個(gè)，A=T=（1000-260*2）/2=240總T=240*(23-1)=1680第三次需要C=260*（23-1）=10406.

一個(gè)不含放射性元素的噬菌體，在脫氧核苷酸被32P標(biāo)記及氨基酸被15N標(biāo)記的細(xì)菌內(nèi)，連續(xù)繁殖三代，子代噬菌體中含有32P和15N的噬菌體分別占子代噬菌體總數(shù)的百分?jǐn)?shù)為()A.100％、100％B.25％、50％C.50％、50%D.25％、0A7.[2016年新課標(biāo)I卷，T29]將一個(gè)帶有某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進(jìn)行標(biāo)記，并使其感染大腸桿菌，在不含有32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時(shí)間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體（n個(gè)）并釋放，則其中含有32P的噬菌體所占比例為______,原因是一個(gè)含有32P標(biāo)記的雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復(fù)制后，標(biāo)記的兩條單鏈只能分配到兩個(gè)噬菌體的雙鏈DNA分子，因此在得到的n個(gè)噬菌體中只有兩個(gè)帶有標(biāo)記。

2/nC9.一個(gè)雙鏈被32P標(biāo)記的DNA片段有100個(gè)堿基對，其中腺嘌呤占堿基總數(shù)的20%，將其置于含31P的環(huán)境中復(fù)制3次。下列敘述錯(cuò)誤的是()

A．該DNA片段中含有胞嘧啶的數(shù)目是60個(gè)

B．第三次復(fù)制過程需要240個(gè)游離的胞嘧啶脫氧核苷酸

C．復(fù)制3次后，子代DNA中含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為1∶8

D．復(fù)制3次后，子代DNA中含32P與含31P的分子數(shù)之比為1∶4習(xí)題鞏固該DNA片段有100個(gè)堿基對，其中腺嘌呤占堿基總數(shù)的20%，則腺嘌呤數(shù)目為100×2×20%＝40(個(gè))，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，A＝T、G＝C，故該DNA片段中含有胞嘧啶的數(shù)目是（100×2－40×2）/2＝60(個(gè))，A正確；第三次復(fù)制DNA分子數(shù)由4個(gè)變?yōu)?個(gè)，增加4個(gè)DNA分子，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸60×4＝240(個(gè))，B正確；復(fù)制3次后，共得到8個(gè)DNA分子，16條DNA單鏈，其中只有2條單鏈含32P，含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為1∶7，C錯(cuò)誤；由于DNA的復(fù)制為半保留復(fù)制，子代DNA均含31P，其中有2個(gè)DNA分子含32P，所以子代DNA中含32P與含31P的分子數(shù)之比為1∶4，D正確。解析：C能量解旋兩條螺旋的雙鏈脫氧核苷酸DNA聚合酶雙螺旋結(jié)構(gòu)小結(jié)：DNA復(fù)制過程1958年，赫伯特泰勒用蠶豆(2N=12)根尖細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，證明了真核細(xì)胞染色體DNA的復(fù)制也符合半保留復(fù)制模型。他先用放射性同位素3H標(biāo)記細(xì)胞染色體DNA(標(biāo)記雙鏈)，然后讓細(xì)胞在不含3H的培養(yǎng)液中進(jìn)行有絲分裂，經(jīng)放射自顯影顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。拓展

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—利用真核生物為實(shí)驗(yàn)材料問題①:在第1細(xì)胞周期的中期染色體中，每個(gè)染色體的2條單體被標(biāo)記的情況如何？在第1周期的中期染色體中，每個(gè)染色體的2條單體都被標(biāo)記。問題②:第2細(xì)胞周期的中期染色體中，每個(gè)染色體的2條單體被標(biāo)記的情況如何？第2周期的中期染色體中，每個(gè)染色體僅1條單體被標(biāo)記。DNA復(fù)制與有絲分裂中的染色體標(biāo)記問題用15N標(biāo)記細(xì)胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養(yǎng)液中進(jìn)行兩次有絲分裂，情況如圖所示(以一對同源染色體為例)：由圖可以看出，第一次有絲分裂形成的兩個(gè)細(xì)胞中所有的DNA分子都呈“雜合狀態(tài)”，即15N/14N－DNA；用15N標(biāo)記細(xì)胞的DNA分子，然后將其放到含14N的培養(yǎng)液中進(jìn)行兩次有絲分裂，情況如圖所示(以一對同源染色體