资源简介

(共34张PPT)
DNA立体结构模型
DNA复制泡
DNA技术应用
DNA半保留复制
3.3 DNA的复制
学习目标
课标要求：概述DNA分子通过半保留复制方式进行复制。
素养要求：
1.基于科学史资料提供的实验证据，运用假说-演绎法，概述DNA通过半保方式进行复制（科学探究）；
2.结合DNA双螺旋结构模型，运用结构与功能观、物质与能量观，阐明DNA分子通过复制，传递遗传信息（生命观念）；
3.分析DNA复制的过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力（科学思维）。
评价目标：
学生能理解证明DNA半保留复制的实验思路，并能准确描述DNA复制的过程，能熟练地进行DNA复制过程中的相关数量计算。
学习重难点
教学重点：
1. 证明DNA半保留复制的实验；
2.DNA的复制过程；
3.DNA复制的相关数量计算。
教学难点：
1.DNA的复制过程；
2.DNA复制的相关数量计算。
问题探讨
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。”
讨论：
1.碱基互补配对原则暗示DNA的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。
问题探讨
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。”
讨论：
2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反映了科学研究具有什么特点？
科学需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的证据上。
对DNA复制的推测
观点一：半保留复制
沃森和克里克提出，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，新合成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链。
DNA复制以DNA双链为模板，子代的DNA双链都是新合成的。
观点二：全保留复制
亲代DNA
子代DNA
到底哪种假说是正确的呢？
对DNA复制的推测
（1）如果要通过实验区分DNA复制方式的两种假说，那么实验中区分的关键是什么？
关键是：将新合成子链与原来的母链区分开。
亲代DNA
子代DNA
（2）如何区分来自模板DNA的母链和新合成的DNA子链？
对新合成的子链进行标记，例如同位素标记技术。
（3）如何区分来自模板DNA的母链和新合成的DNA子链？
让我们一起来学习两位科学家设计的实验。
PART
01
DNA半保留复制的实验证据
● 证明dna半保留复制的实验
● 思考 讨论
DNA半保留复制的实验证据
时期：
1958年
人物：
美国生物学家梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）
技术：
同位素标记技术、密度梯度离心技术
同位素
放射性同位素：
稳定同位素：
同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素。
通过检测放射性来显示物质转移路径
通过密度或相对分子质量来进行区分
如：31P和32P、32S和35S
如：14N和15N、16O和18O
DNA半保留复制的实验证据
背景：
14N和15N是氮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，因此，利用密度梯度离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同氮元素的DNA。
大肠杆菌
材料：
过程：
1. 用15N标记大肠杆菌的DNA分子；
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几乎全部是15N标记的。
大肠杆菌亲代DNA：15N/15N
DNA半保留复制的实验证据
过程：
2. 将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养；
半保留复制：
3. 在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA；
4. 将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
实验预期：
第一代DNA
第二代DNA
全保留复制：
大肠杆菌
亲代DNA
DNA半保留复制的实验证据
从不同时刻的大肠杆菌培养液中提取DNA，进行离心，观察比较条带的分布情况，即可判断复制方式。
实验预期：
第一代：在含有14NH4Cl的培养液细胞分裂一次
第二代：在含有14NH4Cl的培养液细胞分裂两次
亲代：在含有15NH4Cl的培养液培养
提取DNA
离心：
15N/15N
15N/14N
14N/14N
15N/14N
DNA半保留复制的实验证据
假如全保留复制是正确的，实验预期又是怎样的？
如果是全保留复制方式：
第一代：在含有14NH4Cl的培养液细胞分裂一次
第二代：在含有14NH4Cl的培养液细胞分裂两次
亲代：在含有15NH4Cl的培养液培养
提取DNA
离心：
15N/15N
14N/14N
14N/14N
15N/15N
15N/15N
DNA半保留复制的实验证据
1.亲代大肠杆菌的DNA经离心处理后，试管中只出现了一条DNA带，位置靠近试管的底部，说明其密度最大，是15N标记的亲代双链DNA（15N/15N）。
实验结果：
15N/15N
15N/14N
14N/14N
15N/14N
2.将转移培养后的第一代细菌DNA离心后，试管中也是只有一条带，但位置居中，说明密度居中，是一条单链被15N标记的子代双链DNA（15N/14N）。
3.将转移培养后的第二代细菌DNA离心后，试管中出现了两条带，一条位置居中，说明密度居中，为15N/14N，另一条带位置更靠上，说明其密度最小，是两条单链都没有被15N标记的子代双链DNA（14N/14N）。
结果证明：DNA的复制是以半保留方式进行的。
PART
02
DNA复制的过程
● dna复制的时期
● dna复制的过程
● dna复制的意义
DNA的复制
1.概念：
在真核生物中，发生在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成。
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.发生时期：
3.场所：
细胞核
原核生物
真核生物
叶绿体
线粒体
拟核
质粒
DNA的复制
资料：1956年，Kornberg将从大肠杆菌提取出的DNA聚合酶加入具有4种丰富的脱氧核苷酸和适量的Mg2+的人工合成体系中，4种脱氧核苷酸并不能聚合成脱氧核糖核酸链——并没有发生DNA的合成。
当加入了少量DNA引子和ATP能量、原料，经保温孵育后，测定DNA含量，发现其中的DNA含量增加了。
4.条件：
①模板：亲代DNA分子的两条链；
②原料：4种游离的脱氧核苷酸；
③能量：ATP；
⑤酶：解旋酶、DNA聚合酶等。
④引物；
DNA的复制
5.过程：
在细胞提供的能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，两条链均为复制的模板；
解旋酶
解旋
解旋酶作用的化学键是：
碱基对之间的氢键
DNA的复制
DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的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。
解旋酶
合成
DNA聚合酶只能从3’端开始连接脱氧核苷酸，因此延伸方向是5’→3’。
DNA的复制
随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也不断延伸。同时每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
解旋酶
复旋
DNA复制的特点：
边解旋边复制
DNA的复制
6.结果：
一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子，新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中去。
解旋酶
1.DNA分子复制能够准确进行的原因是什么？
DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；碱基互补配对原则保证了复制能够准确地进行。
2.DNA复制有什么重要的意义？
DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递到子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
DNA复制的特点
解旋酶
3.研究发现，人类瘤细胞中最长的DNA分子达36000μm，DNA复制速度约为4μm/min，按此计算，完成瘤细胞该DNA分子复制需9000min，但 实际仅40min即完成。”
下图是真核生物染色体DNA分子复制过程示意图，结合资料和据图分析，DNA分子复制还有什么特点？
多起点复制
DNA复制的特点
解旋酶
DNA复制的3个特点：
半保留复制
多起点复制
亲代DNA
子代DNA
边解旋边复制
PART
03
DNA复制的有关计算
● 练习与总结
DNA复制的有关计算
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。
两个式子相加得：A+G=T+C或A+C=T+G
嘌呤数之和=嘧啶数之和
在DNA双链中： A = T ， G = C
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
总结1：双链DNA分子中，两互补碱基相等；任意两个不互补碱基之和恒等，各占碱基总数的50%。
随堂训练
经测定，青蛙体细胞中一段DNA分子中A有600个，占全部碱基总数的24%。那么，该DNA片段中C所占比例和数量分别是（　　）
D
01
A． 24%，600个 B． 24%，650个
C． 26%，600个 D． 26%，650个
DNA复制的有关计算
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。
若在DNA一条链中： （A1+ T1 ）/(G1 + C1 ) =a
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
总结2：双链中，两互补碱基之和的比等于任一单链中两互补碱基之和的比。
则在DNA另外一条链中： （A2+ T2 ）/(G2 + C2 ) =（T1+ A1 ）/(C1 + G1 )=a
因此，在DNA双链中： （A1+ T1+A2+ T2 ）/(G1 + C1+G2 + C2 ) =（T+ A ）/(C + G )=a
随堂训练
某双链DNA片段中，A占23%，其中一条链中的C占该单链的24%，问另一条链中的C占多少？
02
因为C2=G1
所以
A1+T1+C1+G1
C2
= 30%
已知 A=23%，则T=23%，A+T=46%
已知
A+T
A+T+C+G
= 46%
则
= 54%
G+C
所以
G1+C1
A1+T1+C1+G1
= 54%
A+T+C+G
已知
C1
= 24%
所以
A1+T1+C1+G1
G1
= 54%–24%= 30%
A1+T1+C1+G1
DNA复制的有关计算
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。
若在DNA一条链中： （A1+ G1 ）/(T1 + C1 ) =b
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
总结3：双链中，互补的两条链中两不互补碱基之和的比互为倒数。
则在DNA另外一条链中： （A2+ G2 ）/(T2 + C2 ) =（T1+ C1 ）/(A1 + G1 )=1/b
而整个DNA分子中（A+G）/（T+C）=1
DNA复制的有关计算
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。
若在DNA一条链中： A1/(A1+ G1 +T1 + C1 ) =c
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
总结4：双链中，A%=1/2(A1%+A2%),其他碱基也成立。
在DNA另外一条链中：A2/(A2+ G2+T2 + C2 ) =d
而整个DNA分子中：
（A+G+T+C）=2(A1+ G1 +T1 + C1)
或=2(A2+ G2 +T2 + C2)
因此，在DNA双链中： A/(A+ G +T + C ) =1/2(c+d)
DNA复制的有关计算
若该DNA分子中某碱基有m个，复制n次，共需要游离的该碱基多少个？
DNA分子数=2n
合成脱氧核苷酸数=
2n-1
经过n次复制后需要的该脱氧核苷酸数为：
m（2n ﹣1）
总结5：若该DNA分子中某碱基有m个，复制n次，共需要游离的该碱基m（2n ﹣1）个。
随堂训练
已知某DNA分子中含腺嘌呤（A）200个，占全部DNA碱基总数的20%，该DNA连续复制4次，环境中消耗游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸（C）的数目为（ ）
C
03
（1）求出该DNA分子中共含有多少个脱氧核糖核苷酸：
200/20%=1000（个）
A． 1600个 B． 3200个 C． 4500个 D． 4800
（2）求出该DNA分子中含有多少个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸：
［1000-（200×2）］/2=300（个）
（3）求出复制4次需多少个胞嘧啶脱氧核苷酸：
（24－1）×300=4500（个）
课堂小结
对DNA复制的猜测
半保留复制假说
全保留复制假说
DNA的复制过程
DNA复制概念、发生时期、条件、特点等
DNA复制的过程、结果、意义
同位素标记技术
DNA半保留复制的实验证据
演绎推理全保留复制的实验预期
DNA半保留复制实验分析
DNA的复制有关计算
谢
谢

展开更多......

收起↑