資源簡介

(共48張PPT)
§3-3 DNA的復制
基因的本質
第3節 DNA的復制
學習目標
對DNA復制的推測
DNA半保留復制的探究（假說-演繹法）
DNA復制：①概念 ②場所 ③時間 ④結果 ⑤意義
⑥過程 ⑦特點 ⑧條件 ⑨精確復制的原因
DNA復制-拓展：①多起點復制；②雙向復制；
③半不連續復制
有關DNA復制的計算
細胞分裂中染色體標記的問題
堿基互補配對原則暗示DNA的復制機制可能是怎樣的？
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？
沃森和克里克在發表DNA雙螺旋結構的那篇著名短文的結尾處寫道：“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的機制。”
提示：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的兩條鏈，然后通過堿基互補配對合成互補鏈。
討論
提示：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。
《核酸的分子結構》論文節選
問題探討
DNA復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂；
解開的兩條單鏈分別作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則， 通過形成氫鍵，結合到作為模板的單鏈上；
新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，這種復制方式被稱做半保留復制。
1.沃森和克里克提出DNA自我復制假說：
半保留復制
對DNA復制的推測
（1）半保留復制
（2）全保留復制
（3）分散復制
2.其他觀點——全保留復制、彌散復制
全保留復制：DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。
彌散復制：DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是隨機的。
對DNA復制的推測
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
1.提出問題
2.作出假設
DNA以半保留方式復制（全保留、分散）
DNA的是如何復制的
合作探究一：要通過實驗“探究DNA復制是哪種方式？”關鍵思路是什么？
關鍵思路：通過實驗區分親代和子代的DNA。
合作探究二：DNA是肉眼看不可見的，如何做區分親代和子代的DNA,又如何進行實驗觀察呢？
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
科學家：1958年美國生物學家梅塞爾森（M.Meselson）和 斯塔爾（F.Stahl）
科學方法：同位素標記法、密度梯度離心法
科研方法：假說-演繹法
實驗材料：大腸桿菌（繁殖快，20min一代）
同位素標記法
密度梯度離心法
15N和14N是N元素的兩種穩定的同位素，這兩種同位素的相對原子質量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，從而區分親代和子代的DNA。
利用離心技術可以在試管中區分含有不同N元素的DNA
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
科學技術方法——密度梯度離心
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
15N/15N-DNA
14N
14N
14N
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
第一代
第二代
提取DNA，離心
轉移到含14NH4Cl的培養液中
密度
低
高
細胞分裂一次
提取DNA，離心
提取DNA，離心
細胞再分裂一次
15N/15N-DNA
如果DNA復制是半保留復制
第一代會出現的結果是
第二代會出現的結果是
標記大腸桿菌
轉移培養
提取DNA、離心
觀察記錄
大腸桿菌在含15NH4Cl的培養液中生長若干代
實驗過程
假設DNA是半保留復制（全保留復制、分散復制），離心后試管中DNA的位置會是怎樣的呢？請運用演繹推理來分析實驗過程，完成預期，填寫圖中方框。
實驗預期
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
3.演繹推理
15N
14N
親 代
子一代
子二代
細胞再分裂一次
15N
15N
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
①假設DNA的復制是半保留復制
高密度帶
中密度帶
低密度帶
中密度帶
P:
F1:
F2:
14N
14N
15N
14N
14N
14N
15N
14N
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
親 代
子一代
子二代
細胞再分裂一次
15N
15N
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
②假設DNA的復制是全保留復制
15N
15N
14N
14N
高密度帶
低密度帶
高密度帶
低密度帶
高密度帶
P:
F1:
F2:
14N
14N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
3.演繹推理
親 代
子一代
子二代
細胞再分裂一次
15N
15N
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
③假設DNA的復制是彌散復制
F1:
15N
14N
15N
14N
中密度帶
F2:
15N
14N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
中密度帶
P:
高密度帶
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
3.演繹推理
4.實驗驗證
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
6.得出結論：
證明DNA的復制是半保留復制
排除DNA的復制是全保留復制
排除DNA的復制是分散型復制
親 代
子一代
子二代
細胞再分裂一次
15N
14N
15N
15N
14N
14N
轉移到含14NH4Cl的培養液中
細胞分裂一次
15N
14N
提出DNA離心
提出DNA離心
提出DNA離心
5.實驗驗證
探究DNA復制的方式--假說-演繹法
1.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
合作探究三：思考下列問題：
DNA復制的過程
2.DNA復制場所
1.概念
真核細胞：主要在細胞核,線粒體、葉綠體
原核細胞：主要在擬核，質粒
3.發生時期(真核生物)
細胞分裂前的間期（S期）(有絲分裂前的間期、減數分裂前的間期)，隨著染色體的復制而完成。
4.結果
以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。DNA→DNA
DNA復制的過程
1個DNA復制形成2個完全相同的DNA
5.意義
將遺傳信息從親代傳遞給子代，從而保證了遺傳信息的連續性。
解旋：復制開始時，在細胞提供的能量的驅動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。
雙鏈DNA分子
堿基配對：DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板，以細胞中游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，各自合成與母鏈互補的一條子鏈。
延伸：隨著模板鏈解旋過程的進行，新合成的子鏈也在不斷延伸。
螺旋：同時，每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構。
DNA復制的過程
DNA復制的過程
2.特點：
1.條件：
(2)原料：四種脫氧核苷酸(No:A、G、C、T)
(3)酶：解旋酶、 DNA聚合酶等
(4)能量：ATP(物質)
半保留復制——準確
邊解旋邊復制
①模板：特定堿基序列
②酶：識別，專一催化
③原則：堿基互補配對
高效
雙向復制
真核生物有多個復制起點
(1)模板：親代DNA的兩條鏈(兩條母鏈)
DNA復制的過程
一個DNA分子形成兩個完全相同的DNA分子
4.結果
5.意義
使遺傳信息從親代傳遞給子代，保持遺傳信息的連續性，使本物種保持相對穩定和延續。
從子鏈的5' 端向 3' 端延伸
3.方向
6.DNA準確復制的原因
①DNA具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供精確的模板。
②堿基具有互補配對的能力，保證了復制能夠準確地進行。
DNA復制的過程
DNA復制的推測
DNA復制實驗證據
DNA復制
全保留復制
半保留復制
實驗過程
實驗結果
實驗結論
基本條件
過程
特點
用15N標記DNA大腸桿菌放在含有14N的培養液中培養，在不同時刻提取DNA并進行分離
親代：一條DNA帶（底部）
第一代：一條DNA帶（中間）
第二代：兩條DNA帶（中間、上部）
DNA復制是半保留復制
解旋
合成子鏈
重新螺旋
模板
酶
能量
原料
DNA的兩條鏈
四種脫氧核苷酸
邊解旋邊復制
解旋酶
DNA聚合酶
證明
參與
參與
小結
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復制的拓展
DNA復制的拓展
1）多起點復制
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。
2）雙向復制
多數生物細胞內 DNA 的復制都是從固定的起點開始雙向進行的。
3）半不連續復制
由于DNA聚合酶具有專一性(子鏈從5`→3`延伸)，而 DNA的2條鏈是反向平行的，所以在復制時一條子鏈的合成是連續進行的，而另一條子鏈的合成是反向不連續進行的。
DNA復制的拓展
4）子鏈合成時需要引物
DNA 聚合酶只能延長已存在的 DNA 鏈，不能從頭合成 DNA 鏈，所以 DNA 復制時，往往先由引物酶(具有RNA 聚合酶活性)在 DNA 模板上合成一段 RNA 作為復制的引物，DNA 聚合酶從引物游離的3`端延伸子鏈。
下圖為真核生物染色體上DNA分子復制過程示意圖，有關敘述錯誤的是（ ）
A.圖中DNA分子復制是從多個起點同時開始的
B.圖中DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的
C.真核生物DNA分子復制過程需要解旋酶
D.真核生物的這種復制方式提高了復制速率
A
課堂檢測
活動探究一：
將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養基上培養，復制n次，則：
(1)DNA分子數：
①子代DNA (含14N)分子數是多少？
②含有親代DNA鏈的子代DNA(15N)分子數是多少？
③不含親代鏈的子代DNA(只含14N)分子數是多少？
(2)脫氧核苷酸鏈數：
①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數是多少？
②親代脫氧核苷酸鏈數(15N)是多少？
③新合成的脫氧核苷酸鏈數(14N)是多少？
2n個
2個
(2n－2)個
2n＋1條
2條
(2n＋1－2)條
有關DNA復制的計算
有關DNA復制的計算
活動探究二：
將普通的大腸桿菌（DNA種含14N ）放在含15N的培養液培養，若親代DNA分子中含有腺嘌呤脫氧核苷酸m個，
（1）1次復制需要該游離的脫氧核苷酸多少個？
（2）2次復制呢需要該游離的脫氧核苷酸多少個？
（3）n次復制呢需要該游離的脫氧核苷酸多少個？
14N
15N
14N
15N
15N
15N
15N
15N
復制2次：
14N
14N
親代
漢水丑生侯偉作品
14N
14N
15N
15N
復制1次：
m個
3m個
m (2n－1)個
活動探究三：
將普通的大腸桿菌（DNA種含14N ）放在含15N的培養液培養，若親代DNA分子中含有腺嘌呤脫氧核苷酸m個，
（1）第1次復制需要該游離的脫氧核苷酸多少個？
（2）第2次復制呢需要該游離的脫氧核苷酸多少個？
（3）第n次復制呢需要該游離的脫氧核苷酸多少個？
有關DNA復制的計算
m個
2m個
m·2n－1個
14N
15N
14N
15N
15N
15N
15N
15N
14N
14N
親代
漢水丑生侯偉作品
14N
14N
15N
15N
復制1次：
復制2次：
第一
注意“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區別，前者包括所有的復制，但后者只包括第n次的復制。
第二
第三
注意堿基的單位是“對”還是“個”。
切記在DNA復制過程中，無論復制了幾次，含有親代脫氧核苷酸鏈的DNA分子僅有兩個。
第四
看清試題中問的是“DNA分子數”？還是“鏈數”？是“含”還是“只含”等關鍵詞，以免掉進陷阱。
關于“DNA復制”的四點“注意”
有關DNA復制的計算
一個被15N標記的DNA分子，含有m對堿基，其中腺嘌呤為a個，在含14N的培養基中復制n次。
共產生子代DNA分子____個；
子代DNA分子中，含15N的DNA分子_____個；
子代DNA分子中，含14N的DNA分子_____個；
子代DNA分子中，只含15N的DNA分子_____個；
子代DNA分子中，只含14N的DNA分子______個；
復制過程中共需要游離（原料）的胞嘧啶_______________個；
7.復制第n次需要游離（原料）的胞嘧啶 ____________個。
2n
2
2n
0
2n - 2
(2n-1)×(m-a)
(2n-1)×(m-a)
有關DNA復制的計算
1.將用15N標記的一個DNA分子放在含有14N的培養基中，讓其復制三次，則含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例是：（ ）
A．1/2 B．1/4 C．1/6 D．1/8
2.某一個DNA分子的堿基總數中，腺嘌呤為200個，復制n次后，消耗周圍環境中含腺嘌呤的脫氧核苷酸3000個，該DNA分子已經復制了幾次（是第幾代）（ ）
A．三次（第四代） B．四次（第五代）
C．五次（第六代） D．六次（第七代）
課堂檢測
3.一個被15N標記的DNA分子，以含14N的4種脫氧核苷酸為原料，連續復制3次，則含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是 (　　)
A.1/2 B.1/4 C.1/6 D.1/8
4.一個由15N標記的DNA分子，放在沒有標記的環境中培養，復制5次后標記的DNA分子占DNA分子總數的 ( )
A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/25
課堂檢測
5.有100個堿基對的某DNA分子片段，內含60個胞嘧啶脫氧核苷酸，若連續復制n次，則在第n次復制時需游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸是多少？(　　)
A．40n－1 B．40n C．40×2n－1 D．40×(2n－1)
6.某DNA分子有堿基200對，已知腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占堿基總數的60%，則該DNA分子連續復制兩次所需游離的鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數為（ ）
A．80 B．160 C．240 D．320
課堂檢測
7.一個含有1000個脫氧核苷酸對的雙鏈DNA分子，放在32P標記了脫氧核苷酸的培養基中培養一代后，形成的子代分子其相對分子量比原來增加了（　　）
A.1000　　　　　　 B.2000
C.4000　　　　　 　C.5000
脫氧
核糖
含氮堿基
磷酸
課堂檢測
8.在一個密閉的容器里，用含有同位素14C的脫氧核苷酸合成一個DNA分子，然后加入普通的含12C的脫氧核苷酸，經n次復制后，所得DNA分子中含12C的脫氧核苷酸鏈數與含14C的脫氧核苷酸鏈數之比是 (　　)
A.2n∶1 B.(2n-2)∶n
C.(2n-2)∶2 D.(2n-1)∶1
10.某DNA分子中含有1 000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 。
1500
課堂檢測
(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5 000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1/2
B
課堂檢測
細胞分裂中染色體標記的問題---①有絲分裂
①有絲分裂中染色體標記情況分析
一個含有2n條染色體的細胞，其染色體DNA的兩條鏈都被標記，
在不含有標記的原料中進行有絲分裂。
細胞分裂中染色體標記的問題---①有絲分裂
①有絲分裂中染色體標記情況分析
前中期 后期 子細胞
染色體總數 2n 4n 2n
標記染色體數 2n 4n 2n
標記單體數 4n(每條染色體的兩個單體都被標記) 0 0
標記DNA數 4n(每個DNA的一條鏈被標記) 4n(每個DNA的一條鏈被標記) 2n(每個DNA的一條鏈被標記)
細胞分裂中染色體標記的問題---①有絲分裂
①有絲分裂中染色體標記情況分析
見證奇跡的時刻就在第二次有絲分裂的后期。
2n條染色體沒有標記，2n條染色體有標記，走向細胞一極的2n條染色體可以是都有標記的染色體，走向細胞另一極的2n條染色體就是都沒有標記的染色體。這樣就形成了一個帶有標記的子細胞和一個沒有標記的子細胞。然而這是一種小概率事件，常發生的情況是，走向細胞一極的2n條染色體既有標記的染色體，也有不帶標記的染色體，這樣形成的兩個子細胞就都會帶有標記。
細胞分裂中染色體標記的問題---①有絲分裂
①有絲分裂中染色體標記情況分析
前中期 后期 子細胞
染色體總數 2n 4n 2n
標記染色體數 2n 2n 0~2n
標記單體數 2n(每條染色體的一個單體都被標記) 0 0
細胞分裂中染色體標記的問題---①有絲分裂
①有絲分裂中染色體標記情況分析
前中期 后期 子細胞
標記DNA數 2n(每條染色體的一個單體上的DNA的一條鏈被標記) 2n個DNA不含標記 2n(每條染色體上的一個單體上的DNA的一條鏈被標記） 2n個DNA不含標記 0~2n
減數分裂中染色體標記情況分析
細胞分裂中染色體標記的問題---②減數分裂
一個含有2n條染色體的細胞，其染色體DNA的兩條鏈都被標記，在不含有標記的原料中進行減數分裂。
減數分裂中染色體標記情況分析
細胞分裂中染色體標記的問題---②減數分裂
前中期 后期 子細胞
染色體總數 2n(n對) 2n(n對) n
標記染色體數 2n(n對) 2n(n對) n
標記單體數 4n(每條染色體的兩個單體都被標記) 4n(每條染色體的兩個單體都被標記) 2n(每條染色體的兩個單體都被標記)
標記DNA數 4n(每個DNA的一條鏈被標記) 4n(每個DNA的一條鏈被標記) 2n(每個DNA的一條鏈被標記)
減數分裂中染色體標記情況分析
細胞分裂中染色體標記的問題---②減數分裂
前中期 后期 子細胞
染色體總數 n條 2n n
標記染色體數 n 2n(n對) n
標記單體數 2n(每條染色體的兩個單體都被標記) 0 0
標記DNA數 2n(每個DNA的一條鏈被標記) 2n(每個DNA的一條鏈被標記) n(每個DNA的一條鏈被標記)
細胞分裂中染色體標記的問題
一個含有2n條染色體的細胞，其染色體DNA的兩條鏈都被標記，在不含有標記的原料中進行連續兩次分裂，產生４個子細胞。
規律總結
1.若進行有絲分裂，則含有標記的子細胞數為２或３或４
2.若進行減數分裂，則含有放射性的子細胞數為４。
一個細胞中最多有2n條染色體被標記
每個細胞中有n條染色體被標記
細胞分裂中染色體標記的問題
例1.用32P標記玉米體細胞(含有20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養，在第二次細胞分裂的中期、后期及所產生的子細胞中被32P標記的染色體數分別為（ ）
A.20、40、20 B.20、20、20 C.20、20、0～20 D.20、40、0～20
C
例2.將DNA分子雙鏈用3H標記的蠶豆(2n＝12)根尖移入普通培養液(不含放射性元素)中，再讓細胞連續進行有絲分裂。某普通培養液中的第三次有絲分裂中期，根據圖示，判斷該細胞中染色體的標記情況最可能是 。
b＋c＝12個，但b和c數目不確定
一、概念檢測
1. DNA復制是在為細胞分裂進行必要的物質準備。據此判斷下列相關表述是否正確。
(1) DNA復制與染色體復制是分別獨立進行的。 ( × )
(2) 在細胞有絲分裂的中期，每條染色體是由兩條染色單體組成的，所以DNA的復制也是在這個時期完成的。 ( × )
2. DNA復制保證了親子代間遺傳信息的連續性。下列關于DNA復制的敘述，正確的是（B）
A. 復制均在細胞核內進行
B. 堿基互補配對原則保證了復制的準確性
C. 1個DNA分子復制1次產生4個DNA分子
D. 游離的脫氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子鏈
3. 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 （C）
A. 所有的大腸桿菌都含有15N
B. 含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/2
C. 含有15N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/4
D. 含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例為1/8
練習與應用
二、拓展應用
1. 雖然DNA復制通過堿基互補配對在很大程度上保證了復制的準確性，但是，DNA平均每復制109個堿基對，就會產生1個錯誤。請根據這一數據計算，約有31.6億個堿基對的人類基因組復制時可能產生多少個錯誤？這些錯誤可能產生什么影響？
【提示】可能有6個堿基發生錯誤。產生的影響可能很大，也可能沒有影響。
復制泡
【答案】說明果蠅的DNA有多個復制起點，可同時從不同起點開始DNA的復制，由此加快DNA復制的速率，為細胞分裂做好物質準備。
2. 已知果蠅的基因組大小為1.8 ×108bp（bp 表示堿基對），真核細胞中DNA復制的速率一般為50 - 100bp/s。下圖為果蠅DNA的電鏡照片，圖中的泡狀結構叫作DNA復制泡，是DNA上正在復制的部分。請你推測果蠅DNA形成多個復制泡的原因。
練習與應用

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