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(shí)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?dòng)1:請根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)，描述“復(fù)制”的定義。思考：①2個(gè)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(diǎn)，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(shí)，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(gè)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(jī)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(shí)驗(yàn)——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(shí)驗(yàn)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(yùn)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(jī)對某一介質(zhì)（氯化銫等）

長時(shí)間加一個(gè)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(shí)刻離心位置三半保留復(fù)制驗(yàn)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)（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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，觀察染色體被標(biāo)記的情況。

請根據(jù)自己的論點(diǎn)以圖示方式預(yù)測實(shí)驗(yàn)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(jī)性”。

實(shí)驗(yàn)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(shí)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(diǎn)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(dòng)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(bǔ)配對原則隨機(jī)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(gè)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(diǎn)：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(diǎn)：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(dú)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(bǔ)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(bǔ)。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(bǔ)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(gè)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(dòng)物的DNA復(fù)制。圖中黑點(diǎn)表示復(fù)制起點(diǎn)，“→”表示復(fù)制方向，“?”表示時(shí)間順序。原核生物：單起點(diǎn)雙向復(fù)制真核生物：多起點(diǎn)雙向復(fù)制

具有互補(bǔ)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(bǔ)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(dòng)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(dòng)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(jì)算規(guī)律假設(shè)將一個(gè)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(gè)。②含15N的DNA分子數(shù)為______個(gè)。③含14N的DNA分子數(shù)為______個(gè)。④只含15N的DNA分子數(shù)為______個(gè)。⑤只含14N的DNA分子數(shù)為_________個(gè)。

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(jì)算規(guī)律假設(shè)將一個(gè)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(jì)算1：某DNA分子共有C100個(gè)，則此DNA分子復(fù)制3次需胞嘧啶脫氧核苷酸個(gè)？2.某DNA分子含腺嘌呤100個(gè)，占堿基總數(shù)的20%，若其復(fù)制2次，則需胞嘧啶多少個(gè)？700450復(fù)制過程堿基數(shù)計(jì)算已知某DNA分子堿基數(shù)為a，T有m個(gè)，其連續(xù)復(fù)制n次，則需游離胸腺嘧啶脫氧核苷酸__________個(gè);游離的胞嘧啶脫氧核苷酸________________個(gè)(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(dú)立進(jìn)行的。（

）