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(共45张PPT)
第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
导入新课（复习导入）
20世纪40年代，艾弗里及其同事通过肺炎链球菌转化实验，证明了DNA是遗传物质。1952年的噬菌体侵染细菌实验，进一步证明了DNA是遗传物质。1953年，沃森和克里克提出了20世纪最重要的科学发现之一——DNA双螺旋结构。随着这些重要的科学发现，人们对DNA的认识越来越深刻。但是在研究过程中，也出现了更多有待研究的问题。
导入新课（复习导入）
比如，在噬菌体侵染细菌的实验中，科研人员在检测细菌裂解释放出来的新形成的子代噬菌体有无放射性时发现，在32P标记DNA的情况下子代噬菌体也具有放射性。上述实验结果说明遗传物质具有何种功能呢？ DNA作为遗传物质，它是如何进行复制的呢？
导入新课（情境导入）
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。”
思考：
1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
2.这句话中为什么要用“可能”二字？ 这反映科学研究具有什么特点？
环节一：对DNA复制的推测
到底哪种假说正确呢？
环节二：DNA半保留复制的实验证据
1.如果要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？
提示：把复制出的子代DNA链（子链）和原来的链（母链）区别开，观察它在新DNA中出现的情况。
2.如何在实验中直观地区分母链和子链？
提示：可以使用同位素标记法。
环节二：DNA半保留复制的实验证据
3.如果用同位素标记法，标记什么元素比较好？
提示：15N和14N是N元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。
环节二：DNA半保留复制的实验证据
科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。然后，将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
用红色代表DNA母链，黑色代表新合成的子链，画出一个DNA分子半保留复制两代后，各代DNA分子的组成情况；DNA分子全保留复制两代后，各代DNA分子的组成情况；以及DNA分子分散复制两代后，各代DNA分子的组成情况。
环节二：DNA半保留复制的实验证据
按照假说—演绎法，对DNA分子的复制方式进行探究。
环节二：DNA半保留复制的实验证据
1.提出问题：DNA是如何复制的？
2.作出假说：DNA是以半保留（或全保留或分散）的方式复制的。
环节二：DNA半保留复制的实验证据
3.演绎推理：对不同的复制方式进行演绎推理，根据离心的原理推测各种复制方式的预期结果。
（1）半保留复制的演绎推理
环节二：DNA半保留复制的实验证据
3.演绎推理：对不同的复制方式进行演绎推理，根据离心的原理推测各种复制方式的预期结果。
（2）全保留复制的演绎推理
环节二：DNA半保留复制的实验证据
3.演绎推理：对不同的复制方式进行演绎推理，根据离心的原理推测各种复制方式的预期结果。
（3）分散复制的演绎推理
环节二：DNA半保留复制的实验证据
4.实验验证，得出结论
得出结论：DNA复制方式为半保留复制。
环节三：DNA复制的过程（思路一）
资料1 1956年，美国生物化学家科恩伯格首次分离出DNA聚合酶，并构建了DNA体外合成体系。他向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、能量和DNA聚合酶，结果并未得到DNA分子。
资料2 科恩伯格向反应体系中加入了4种脱氧核苷酸、能量和DNA聚合酶，又加入了微量的DNA分子。结果有新的DNA产生，且与加入的微量DNA分子相同。
环节三：DNA复制的过程（思路一）
根据资料推测，DNA复制需要什么条件？
需要DNA分子作为模板。
①请根据DNA在细胞内的分布推测DNA复制的场所。
②请根据已有知识推测DNA复制发生的时间。
③根据DNA的结构，你认为合成DNA所需的原料是什么？
④细胞要利用脱氧核苷酸高效完成DNA复制，还需要什么条件？
环节三：DNA复制的过程（思路一）
资料3 为探究DNA合成所需要的条件，科学家做了如下实验。各组均为人工合成体系并保持适宜的温度和pH。
组别 四种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP 少量DNA 是否复制出DNA产物
1 √ × × × 否
2 √ √ × × 否
3 √ √ √ × 否
4 √ √ × √ 否
5 √ √ √ √ 是
DNA复制需要的条件有原料、酶、能量、模板等。
环节三：DNA复制的过程（思路一）
阅读教材相关内容，结合“DNA复制的示意图”，以小组为单位，利用手中的两条互补的脱氧核苷酸长链、四种脱氧核苷酸卡片、不同颜色的橡皮（代表不同的酶）及相关材料，尝试模拟DNA复制的过程。
环节三：DNA复制的过程（思路一）
环节三：DNA复制的过程（思路一）
列表归纳DNA复制的过程和特点。
环节三：DNA复制的过程（思路一）
时间
场所
条件 模板
原料
能量
酶
特点
意义
细胞分裂前的间期
真核细胞中发生在细胞核、线粒体、叶绿体中，原核细胞中发生在拟核、细胞质中
DNA的两条链
四种游离的脱氧核苷酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶等
半保留复制、边解旋边复制、半不连续复制、多起点双向复制
将遗传信息由亲代细胞传递给子代细胞，保持遗传信息的连续性
环节三：DNA复制的过程（思路一）
1.不同生物中DNA复制的场所
（1）真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。
（2）原核生物：拟核、细胞质（如质粒的复制）。
（3）病毒：宿主细胞内。
环节三：DNA复制的过程（思路一）
2.真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：细胞分裂前的间期。
3.DNA复制中酶的作用
（1）解旋酶：破坏碱基间的氢键。
（2）DNA聚合酶：连接游离的脱氧核苷酸。
环节三：DNA复制的过程（思路一）
4.复制产生的两个子代核DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中，如图所示：
环节三：DNA复制的过程（思路一）
DNA作为遗传物质，在复制的过程中必须保持稳定，DNA能够保证精确复制的原因是什么？
环节三：DNA复制的过程（思路二）
阅读教材相关内容，思考问题。
1.DNA复制的概念是什么？
2.DNA复制过程需要哪些条件？
3.DNA复制过程怎么进行？
4.DNA复制的意义是什么？
环节三：DNA复制的过程（思路二）
1.DNA复制的概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.发生时期
在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
3.场所
真核细胞中发生在细胞核、线粒体和叶绿体中，原核细胞中主要发生在拟核中，在质粒处也有DNA的复制。
环节三：DNA复制的过程（思路二）
4.过程
环节三：DNA复制的过程（思路二）
（1）解旋：①需要能量驱动；②需要解旋酶解旋，氢键断开，双链解开。
（2）合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以四种游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。边解旋边延伸，合成子链。
（3）形成子代DNA分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构，形成两个子代DNA分子。
环节三：DNA复制的过程（思路二）
5.条件
（1）模板：亲代DNA的两条链。
（2）原料：四种游离的脱氧核苷酸。
（3）酶：解旋酶、DNA聚合酶等。
（4）能量：ATP。
环节三：DNA复制的过程（思路二）
6.特点
从过程上看：边解旋边复制
从结果上看：半保留复制
7.结果
形成两个完全相同的DNA分子。
环节三：DNA复制的过程（思路二）
8.DNA准确复制的原因及意义
原因：DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
意义：将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
环节三：DNA复制的过程（思路二）
（1）图1中的酶1和酶2分别是什么酶？ 分别作用于图2中的哪个部位？
提示：酶1是解旋酶，作用于图2中的f（氢键）；
酶2是DNA聚合酶，形成图2中的e（磷酸二酯键）。
环节三：DNA复制的过程（思路二）
（2）图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？
提示：母链b、c的子链分别是a、d，因此a和c、b和d的碱基排列顺序相同。
（1）子n代DNA分子总数为___个。
（2）含15N的DNA分子数为___个。
（3）含14N的DNA分子数为___个。
环节四：DNA分子复制的相关计算
将一个DNA双链都被15N标记的大肠杆菌（亲代）转移到含14N的培养液中培养n代，结果如图。回答下列问题：
1.DNA分子数
2n
2
2n
（4）只含15N的DNA分子数为___个。
（5）只含14N的DNA 分子数为______个。
环节四：DNA分子复制的相关计算
0
2n－2
将一个DNA双链都被15N标记的大肠杆菌（亲代）转移到含14N的培养液中培养n代，结果如图。回答下列问题：
1.DNA分子数
（1）子n代DNA中脱氧核苷酸链数=_____条。
（2）亲代脱氧核苷酸链数=__条。
（3）新合成的脱氧核苷酸链数=________条。
环节四：DNA分子复制的相关计算
2.脱氧核苷酸链数
2n＋1
2n＋1－2
2
将一个DNA双链都被15N标记的大肠杆菌（亲代）转移到含14N的培养液中培养n代，结果如图。回答下列问题：
（1）若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为___________个。
环节四：DNA分子复制的相关计算
3.消耗的脱氧核苷酸数
m·（2n－1）
将一个DNA双链都被15N标记的大肠杆菌（亲代）转移到含14N的培养液中培养n代，结果如图。回答下列问题：
（2）若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为_______个。
环节四：DNA分子复制的相关计算
m·2n－1
将一个DNA双链都被15N标记的大肠杆菌（亲代）转移到含14N的培养液中培养n代，结果如图。回答下列问题：
3.消耗的脱氧核苷酸数
在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
环节四：DNA分子复制的相关计算
注意：
“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，后者只包括第n次的复制。
核心总结
1.生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，证明了DNA复制方式是半保留复制。下列关于此实验的分析，错误的是 （ ）
A.15N、14N是两种同位素，根据子代放射性的强弱可证明DNA复制的方式
B.将无15N标记的大肠杆菌培养在含15N 的培养液中，子代大肠杆菌几乎都是15N标记的
C.两种同位素的相对原子质量不同，不同质量的大肠杆菌DNA离心后在试管中的位置不同
D.若亲代大肠杆菌DNA被15N标记，在含14N的培养液中繁殖一代，DNA离心后位置均居中
课堂练习
A
2.如图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是
（ ）
A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开
B.DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点，生成的两条子链方向相同
C.DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D.DNA的两条子链都是连续合成的
BD
课堂练习
3.将果蝇精原细胞（2N=8）的DNA分子用15N标记后，置于含14N的培养基中培养，经过连续两次分裂后，下列推断正确的是 （ ）
A.若进行有丝分裂，则第二次分裂中期的细胞中有8条染色单体含14N
B.若进行有丝分裂，则两次分裂结束后含15N的子细胞所占比例为1/2
C.若进行减数分裂，则第二次分裂中期的细胞中有4条染色单体含14N
D.若进行减数分裂，则两次分裂结束后所有子细胞的染色体均含有15N
D
课堂练习
谢谢！

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