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第3章　基因的本质
人教版高中生物 必修2
第3节
DNA的复制
1
运用假说—演绎法探究DNA的复制方式(难点)。
2
概述DNA通过半保留方式进行复制(重点)。
3
理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
1.复制机制可能是怎样的？
碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系,暗示DNA的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链,然后通过碱基互补配对合成互补链。
2.为什么用“可能”？
科学研究需要大胆的想象,但是得出结论必须建立在确凿的证据之上。
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“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”
《核酸的分子结构》论文节选
问题探讨
>
<
目标一
对DNA复制的推测及DNA
半保留复制的实验证据
1.1科学的研究方法
（二）推测可能的复制方式
（三）推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果
（四）完成实验
（一）DNA的是如何复制的
半保留复制
全保留复制
假说—演绎法
提出问题
作出假说
演绎推理
实验验证
得出结论
1.2对DNA复制的推测
沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的这一假说。
亲代DNA分子
半
保
留
复
制
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。
内容
新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
结果
1.2对DNA复制的推测
有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说。
亲代DNA分子
指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
概念
全
保
留
复
制
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
大肠杆菌
1.3 DNA半保留复制的实验证据
同位素标记技术
14N/14N—DNA
15N/14N—DNA
15N/15N—DNA
(轻带)
(中带)
(重带)
1.3 DNA半保留复制的实验证据
密度梯度离心技术
15N/ 15N
-DNA
14NH4Cl
再分裂一次
分裂一次
提取DNA
离心
提取DNA
离心
？
？
？
哪个位置
？
？
？
哪个位置
1.3 DNA半保留复制的实验证据
半保留复制
分裂一次
再分裂一次
15N/ 15N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
15N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N/ 14N
-DNA
14N
14N
14N
+
+
1.3 DNA半保留复制的实验证据
2.若DNA复制的方式是全保留复制，请你预期实验结果。
大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型
亲代 下部，100%
第1代
第2代
15N/15N
15N/15N-DNA，14N/14N-DNA
下部50%，上部50%
下部25%，上部75%
15N/15N-DNA，14N/14N-DNA
活动1
探究DNA复制方式
1.3 DNA半保留复制的实验证据
分散
复
制
1.2对DNA复制的推测
DNA 复制是镶嵌型的复制，即在子代 DNA 两条链中，母链和子链片段镶嵌存在，也叫弥散复制。
概念
亲代DNA分子
3. 若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代分别出现几条带，位置如何？
第一代和第二代都只有1条带，第一代的条带位置居中，第二代的条带比第一代偏上。
（15N+3×14N）
4
+
（15N+3×14N）
4
（15N+3×14N）
4
+
（15N+3×14N）
4
（15N+3×14N）
4
+
（15N+3×14N）
4
（15N+3×14N）
4
+
（15N+3×14N）
4
（15N+14N）
2
（15N+14N）
2
+
（15N+14N）
2
（15N+14N）
2
+
中带
轻中带之间
活动1
探究DNA复制方式
分散
复
制
4.科学家的实验结果显示第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？
5.科学家的实验结果显示第二代出现了一条居中的条带和一条靠上的条带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉？
排除全保留复制方式
排除分散复制方式
DNA的复制是以半保留的方式进行的
活动1
探究DNA复制方式
1.(2022·山西蒲县高一期中)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是
A.本活动运用了同位素标记技术和离心技术
B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中
培养的
C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N/15N－DNA
D.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制
√
解析　分析图示可知，a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误。
>
<
目标一
DNA复制的过程
阅读课本P54思考如下问题：
1.DNA分子复制的概念是什么
2..DNA分子复制过程需要哪些条件
3.DNA分子复制过程怎么进行
4.DNA分子复制的意义？
2.1 DNA复制的过程
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
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。
有丝分裂间期和
减数分裂前的间期
主要是细胞核（线粒体、叶绿体）
2.1 DNA复制的过程
1
DNA复制的概念：
2
发生时期：
3
场所：
过程
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
利用能量，在解旋酶作用下，DNA双链解开
以解开的每一段母链为模板
在DNA聚合酶等酶的作用下
利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料；按照碱基互补配对原则
各自合成与母链互补的一条子链
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
2.1 DNA复制的过程
模板
原料
酶
能量
DNA分子的两条母链
细胞中游离的4种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
ATP（破坏氢键）
2.1 DNA复制的过程
4
条件：
5
方向：
1．如图为DNA分子复制的两个模型，请据图回答下列问题。
(1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中哪个部位？
(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？
a和c，b和d的碱基排列顺序相同。
活动2
DNA分子复制的过程分析
解旋酶
DNA聚合酶
磷酸二酯键
氢键
2．已知果蝇的基因组大小为1.8×108 bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的效率一般为50～100 bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。
由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
半保留复制
边解旋边复制
多个复制起点
请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
特点
活动2
DNA分子复制的过程分析
DNA复制的起点和方向
(1)原核生物：单起点双向复制。
核心归纳
(2)真核生物：多起点双向复制。
核心归纳
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。
2.2 DNA复制的意义
【资料】DNA平均每复制109个碱基对才会产生一个错误。
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。
使遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。
1. 如何保证复制具有如此高的准确性？
2. DNA进行高精确性的自我复制有何意义？
3.(2022·云南弥勒市第二中学高一期中)下列关于DNA复制的叙述，正确的是
A.在细胞分裂前的间期，发生DNA复制
B.DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
C.DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制
D.单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链
√
4.(2022·吉林高一期中)女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为4 μm/min，但复制过程仅需40 min左右即可完成。这是因为DNA分子
A.边解旋边复制
B.复制起点多，分段进行复制
C.以半保留方式复制
D.一个复制点双向复制，使子链迅速延伸
解析　由题意可知，长为36 mm的DNA分子进行复制，如果只从一个位点开始，需要的时间是36 000/4＝9 000 (min)，而实际仅需40 min就可完成，由此可推测该DNA分子复制时有多个起点，即多个起点同时分段进行复制，B正确。
√
>
<
目标一
DNA的复制过程中相关计算规律
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
活动3
DNA复制过程中相关计算规律
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
21
22
23
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
(1)DNA分子数
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。
④只含15N的DNA分子数为______个。
⑤只含14N的DNA分子数为_________个。
2n
2
2n
0
(2n－2)
活动3
DNA复制过程中相关计算规律
(2)脱氧核苷酸链数
①子代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。
2n＋1
2
(2n＋1－2)
活动3
DNA复制过程中相关计算规律
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代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。
②若一亲代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。
不消耗
m·(2n－1)
m·2n－1
活动3
DNA复制过程中相关计算规律
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
5.一个带有同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占
A.12.5% B.25% C.50% D.100%
√
解析　同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，合成的子代DNA分子共有23＝8(个)，DNA复制具有半保留复制的特点，其中带有15N标记的DNA分子只有2个，故在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占2/8＝1/4＝25%。
6.(2022·吉林长春高一期末)某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后，共消耗周围环境中的腺嘌呤脱氧核苷酸3 000个，则该DNA分子已经复制了几次
A.四次 B.五次 C.六次 D.七次
√
解析　由题意可知，模板DNA中含有200个腺嘌呤，即含有200个腺嘌呤脱氧核苷酸，复制n次后，消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是(2n－1)×200＝3 000(个)，解得n＝4。
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