3.3DNA的復(fù)制高一生物課件（人教版2019必修2）

3.3DNA的復(fù)制怎樣證明DNA是半保留復(fù)制的？DNA的半保留復(fù)制對遺傳信息的穩(wěn)定傳遞有什么意義？DNA的復(fù)制過程是怎樣的？本

節(jié)

聚

焦溫故啟新Q1：什么是遺傳現(xiàn)象Q2:生物具有遺傳現(xiàn)象的原因是什么親子代性狀上的相似性。生物通過生殖產(chǎn)生后代，才能表現(xiàn)出遺傳現(xiàn)象。Q3:親代在生殖過程中傳遞給子代什么物質(zhì)或是結(jié)構(gòu)，使子代表現(xiàn)出與親代相似的性狀呢Q4:為什么親代將DNA傳遞給子代，能夠使子代表現(xiàn)出與親代相似的性狀Q5:子代為什么能獲得與親代相同的DNADNA子代獲得的DNA與親代相似遺傳的核心是：親代DNA復(fù)制后傳遞給子代。思考：如何知道細(xì)胞增殖過程中DNA發(fā)生了自我復(fù)制資料1:1956年，美國科學(xué)家科恩伯格在試管中加入大腸桿菌提取液、合成DNA的原料——4種脫氧核苷酸(利用放射性同位素進(jìn)行標(biāo)記),再加入極微量的“模板DNA”,保溫30min。結(jié)果發(fā)現(xiàn)有新的DNA分子產(chǎn)生，其證據(jù)是“放射性標(biāo)記”已進(jìn)入DNA。提純新合成的DNA,測定其堿基組成，與加入的微量“模板DNA分子”完全相同。同時發(fā)現(xiàn)了催化DNA合成的DNA聚合酶。大腸桿菌提取液可以提供合成DNA所需的酶，大腸桿菌的DNA作為模板，結(jié)果是合成與其DNA相同的新DNA?；顒?:請根據(jù)日常生活經(jīng)驗，描述“復(fù)制”的定義。思考：①2個DNA分子相同或者不同，體現(xiàn)在DNA結(jié)構(gòu)的哪部分？

一、推理構(gòu)建DNA復(fù)制概念復(fù)制是以原有樣品為模板，制作出1份或者多份與原有樣品相同的產(chǎn)品。P55DNA復(fù)制：以親代DNA為模板，合成完全相同的子代DNA的過程。②據(jù)此推測DNA分子復(fù)制的關(guān)鍵步驟是？DNA復(fù)制的關(guān)鍵在于如何讀取DNA分子堿基的排列順序。③根據(jù)堿基對排列在內(nèi)側(cè)這一特點，請推測復(fù)制前DNA分子還需要發(fā)生什么變化？堿基對的數(shù)量和排列順序。DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)得先解旋。資料2:沃森和克里克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型之后，又提出DNA復(fù)制的假說。他們推測：在DNA復(fù)制時，氫鍵斷裂，DNA雙螺旋解開，解開的2條單鏈分別作為復(fù)制的模板合成子代鏈。新形成的2個DNA分子，各有1條鏈來自親代DNA,另1條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制的機制被稱為半保留復(fù)制。思考：DNA分子是以何種方式合成的，從而達(dá)成“復(fù)制”的結(jié)果呢？5’3’5’3’雙螺旋解開氫鍵斷裂3’5’5’3’模板模板子鏈子鏈二.對DNA復(fù)制方式的推測5’3’5’3’5’3’3’5’3’5’5’3’半保留復(fù)制+5’3’5’3’全保留復(fù)制5’3’5’3’+5’3’5’3’都是新鏈如何證明哪種假說正確？1、從子代DNA兩條鏈的來源區(qū)分：若子代DNA兩條鏈____________________，為半保留復(fù)制若子代DNA兩條鏈____________________，為全保留復(fù)制都是母鏈或都是子鏈一條母鏈一條子鏈2、如何區(qū)分母鏈和子鏈？同位素標(biāo)記法三、證明DNA半保留復(fù)制的實驗——假說-演繹法提出問題DNA以什么方式復(fù)制？作出假說半保留復(fù)制全保留復(fù)制演繹推理關(guān)鍵思路：通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。同位素標(biāo)記放射性同位素穩(wěn)定同位素3H14C32P18O15N檢測放射性檢測密度或相對分子質(zhì)量科學(xué)方法：同位素標(biāo)記法(同位素示蹤法)：用物理性質(zhì)特殊的同位素來標(biāo)記化學(xué)反應(yīng)中原子的去向。標(biāo)記DNA研究DNA復(fù)制方式。P二543H標(biāo)記亮氨酸，研究分泌蛋白的合成與運輸過程。14C標(biāo)記CO2，研究暗反應(yīng)中碳的轉(zhuǎn)移途徑。標(biāo)記DNA，噬菌體的遺傳物質(zhì)標(biāo)記H2O、CO2研究光合產(chǎn)物O2中氧原子的來源。P二45P一102P一103P一51密度梯度離心通過超離心機對某一介質(zhì)（氯化銫等）

長時間加一個離心力，使其在離心管內(nèi)從液面到底部出現(xiàn)一定的密度梯度。15N和14N是氮元素的兩種穩(wěn)定同位素，15N的DNA比14N的DNA密度大。利用離心技術(shù)可在試管中分開不同氮元素的DNA。思考：如何標(biāo)記？15N標(biāo)記母鏈，14N標(biāo)記子鏈（P54）①如果親代的DNA兩條鏈用15N標(biāo)記，然后放在14N

的原料中復(fù)制，則親代、子一代、子二代DNA分別怎樣？②密度梯度離心的結(jié)果

親代F1F2輕中重

親代F1F2輕中重演繹推理子一代子二代親代半保留復(fù)制子一代子二代親代全保留復(fù)制材料：

。方法：

。過程：用

標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)大腸桿菌多代，獲得

的DNA，移到

的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在

收集大腸桿菌并提取DNA進(jìn)行

，記錄離心后試管中DNA的

。結(jié)果：離心后共出現(xiàn)

條DNA帶。結(jié)論：DNA的復(fù)制方式

是

。大腸桿菌（繁殖快，20min一代）同位素標(biāo)記法密度梯度離心法15N15N/15N14N不同時刻離心位置三半保留復(fù)制驗證假說1958年，美國生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾小

結(jié)提出問題作出假設(shè)得出結(jié)論演繹推理實驗驗證證明DNA半保留復(fù)制的實驗克里克和沃森提出DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制（全保留、半保留）推理、探究幾種復(fù)制模式下得到子代DNA的可能情況，預(yù)測可能實驗結(jié)果DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制證明DNA半保留復(fù)制的實驗（梅塞爾森和斯塔爾）假說演繹法資料3:赫伯特·泰勒利用蠶豆(2N=12)根尖細(xì)胞作為實驗材料，用放射性同位素H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)放射自顯影顯示實驗結(jié)果，觀察染色體被標(biāo)記的情況。

請根據(jù)自己的論點以圖示方式預(yù)測實驗結(jié)果：畫出有絲分裂過程中第1次有絲分裂中期和第2次有絲分裂中期每條染色體的2條姐妹單體被標(biāo)記的情況。思考：真核生物的DNA復(fù)制是否也是半保留復(fù)制3H有放射性1H無放射性說明染色體第一次復(fù)制：每條染色體都帶放射性，但只有一條姐妹染色體有放射性。第二次復(fù)制半保留復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制著絲粒分裂著絲粒分裂第一次復(fù)制：每條染色體、姐妹染色體都帶放射性第二次復(fù)制：每條染色體都帶放射性，但只有一條姐妹染色體有放射性。細(xì)胞分裂后期，著絲粒分裂后，姐妹染色單體分開，每條子染色體移向細(xì)胞的哪一極具有“隨機性”。

實驗結(jié)果與半保留復(fù)制預(yù)期的情況完全符合，證明了真核細(xì)胞的DNA復(fù)制也符合半保留復(fù)制。四、DNA復(fù)制的過程1.概念：以

為模板合成

的過程。

2.時間：

。

3.場所：①真核生物：

（主要）

和

。②原核生物：

（主要），質(zhì)粒（細(xì)胞質(zhì)）。③DNA病毒：

。親代DNA子代DNA細(xì)胞分裂前的間期細(xì)胞核線粒體葉綠體擬核活的宿主細(xì)胞內(nèi)提取信息：請同學(xué)們自主閱讀教材P55-56，思考回答下列問題。

4.簡述DNA復(fù)制過程怎么進(jìn)行5.DNA復(fù)制過程需要哪些條件6.DNA復(fù)制過程有何特點7.DNA為什么可以精確復(fù)制？8.精確復(fù)制有何生物學(xué)意義？⑴解旋：在能量的驅(qū)動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。斷開氫鍵CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶課本P55最后1段

解旋：細(xì)胞內(nèi):解旋酶使氫鍵斷裂

體

外：高

溫使氫鍵斷裂4.DNA復(fù)制過程⑵以母鏈為模板進(jìn)行堿基配對：

形成氫鍵CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT

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。4.DNA復(fù)制過程課本P55最后1段⑶合成子鏈：

形成磷酸二酯鍵CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTTACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP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。DNA聚合酶：只能從5

→3

方向聚合DNA子鏈。母鏈延伸方向：3’端→5’端

子鏈延伸方向：5’端→3’端

DNA聚合酶作用：將單個的脫氧核苷酸連接成脫氧核苷酸鏈

4.DNA復(fù)制過程課本P55最后1段⑷形成子代DNA分子：每條新鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。重新螺旋CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'4.DNA復(fù)制過程課本P55最后1段拓展資料：為什么DNA的復(fù)制需要RNA引物？ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC5’3’TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG3’5’GGAUCG5’AUCGCG5’RNA引物ⅠRNA引物ⅡTAGCGCTATCGCATCGACGCT3’ATAGCGTAGCTGCGACCTAGC3’DNA聚合酶特點：不能從頭合成DNA，而只能延伸3’-端DNA鏈。

因此，DNA復(fù)制需要引物，為DNA聚合酶提供3’。DNA的合成方向：總是從子鏈的5‘端向3’端延伸。5.DNA復(fù)制過程需要的條件：(2)原料：四種脫氧核苷酸（A、G、C、T)

(3)酶：解旋酶、DNA聚合酶等(4)能量：ATP(物質(zhì))(1)模板：親代DNA的兩條鏈(兩條母鏈)6.DNA復(fù)制過程的特點：①邊解旋邊復(fù)制

(從過程上看)②半保留復(fù)制

(從結(jié)果上看)DNA聚合酶a和c，b和d的堿基排列順序相同。DNA獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供精確的模板。復(fù)制過程嚴(yán)格遵循堿基互補配對原則，保證了復(fù)制的準(zhǔn)確進(jìn)行。a和b，c和d的堿基排列順序互補。7.DNA可以精確復(fù)制的原因？1）圖1中的酶1和酶2分別是什么酶？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？哪些鏈的堿基排列順序是互補的？解旋酶微視頻：DNA分子的半保留復(fù)制過程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。請你推測果蠅DNA形成多個復(fù)制泡的原因。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。拓展應(yīng)用

教材P56變式：下面是DNA復(fù)制的有關(guān)圖示。A→B→C表示大腸桿菌的DNA復(fù)制。D→F表示哺乳動物的DNA復(fù)制。圖中黑點表示復(fù)制起點，“→”表示復(fù)制方向，“?”表示時間順序。原核生物：單起點雙向復(fù)制真核生物：多起點雙向復(fù)制

具有互補堿基序列的DNA單鏈，可以通過堿基對之間形成氫鍵等，形成穩(wěn)定的雜合雙鏈區(qū)。不能互補的區(qū)域則會形成環(huán)。

常作為鑒定不同物種間親緣關(guān)系遠(yuǎn)近的證據(jù)。雜合雙鏈區(qū)的比例越大，則親緣關(guān)系越近。DNA分子雜交技術(shù)教材P62科學(xué).技術(shù).社會分析甲乙丙三種生物的親緣關(guān)系3.如圖為DNA分子的復(fù)制過程，據(jù)圖分析回答下列問題：①圖示中的解旋酶和DNA聚合酶各自的作用是_____________________________________________

。②蛙的紅細(xì)胞和哺乳動物成熟的紅細(xì)胞，是否都能進(jìn)行圖示過程？說明理由：__________________________________________________________________________________________________________________________。前者使氫鍵打開，DNA雙鏈解旋；后者催化形成磷酸二酯鍵，從而形成新的子鏈蛙的紅細(xì)胞進(jìn)行無絲分裂，可進(jìn)行DNA分子的復(fù)制；哺乳動物成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核，也沒有各種細(xì)胞器，不能進(jìn)行DNA分子的復(fù)制五、DNA的復(fù)制過程中相關(guān)計算規(guī)律假設(shè)將一個全部被15N標(biāo)記的雙鏈DNA分子(親代)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)n代，結(jié)果如下：(1)DNA分子數(shù)①子n代DNA分子總數(shù)為______個。②含15N的DNA分子數(shù)為______個。③含14N的DNA分子數(shù)為______個。④只含15N的DNA分子數(shù)為______個。⑤只含14N的DNA分子數(shù)為_________個。

⑦脫氧核苷酸鏈總數(shù)

，

⑧含15N的鏈為_____________，

含14N的鏈為_____________。2n22n0(2n－2)2n+122n+1-2五、DNA的復(fù)制過程中相關(guān)計算規(guī)律假設(shè)將一個全部被15N標(biāo)記的雙鏈DNA分子(親代)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)n代，結(jié)果如下：計算1：某DNA分子共有C100個，則此DNA分子復(fù)制3次需胞嘧啶脫氧核苷酸個？2.某DNA分子含腺嘌呤100個，占堿基總數(shù)的20%，若其復(fù)制2次，則需胞嘧啶多少個？700450復(fù)制過程堿基數(shù)計算已知某DNA分子堿基數(shù)為a，T有m個，其連續(xù)復(fù)制n次，則需游離胸腺嘧啶脫氧核苷酸__________個;游離的胞嘧啶脫氧核苷酸________________個(2n-1)·m(2n-1)·(a/2–m)一、概念檢測

課本p561.DNA復(fù)制是在為細(xì)胞分裂進(jìn)行必要的物質(zhì)準(zhǔn)備。據(jù)此判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）DNA復(fù)制與染色體復(fù)制是分別獨立進(jìn)行的。（

）