资源简介

(共40张PPT)
第4单元
遗传的分子基础
第4课时　DNA的复制
内容索引
核心体系
学习目标
活动方案
检测反馈
学 习 目 标
学习目标　1. 概述细胞中DNA的复制方式为半保留复制。2. 通过对DNA复制方式的探究，培养实验设计及结果分析能力。
核 心 体 系
活 动 方 案
1958年美国加利福尼亚大学生物化学教授Meselson和Stahl以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术和离心技术，设计了一个巧妙的实验，证实了DNA的半保留复制方式。图1为实验过程示意图，图2表示5种可能的离心结果。
活动一　探究DNA半保留复制的实验证据
图1
图2
(1) 科学家Meselson和Stahl在证明DNA半保留复制的实验中，大肠杆菌首先放在什么培养基中培养？然后转移到什么培养基中培养？
【答案】 含15NH4Cl的培养液。含14NH4Cl的培养液。
(2) 常用的离心技术有差速离心技术和密度梯度离心技术，上述实验过程运用的是哪种离心技术？将细胞内各细胞器进行分离利用的是哪种离心技术？
【答案】 密度梯度离心技术。差速离心技术。
(3) 如果DNA复制为全保留复制，则DNA带的分布应出现图2中试管_______所示；如果DNA复制为半保留复制，则DNA带的分布应出现图2中试管_______所示。
(4) 如果是弥散复制，复制一次后，离心后应该出现几条带？
【答案】 一条。
(5) 在整个实验中出现了图2所示的甲、乙、丙三条带，若已证明了DNA是半保留复制，请运用演绎推理分析实验过程，预期大肠杆菌增殖三代后，含15N的DNA分子占________%。
C
B
25
探究DNA复制方式及其过程是科学家们不断总结、不断完善的探究历程，请阅读以下资料，思考并回答问题。
资料1：1957年，美国科学家泰勒(J.Taylor)用含3H的胸苷培养蚕豆根尖细胞一个有丝分裂周期，采用放射自显影技术，可以观察到每个姐妹染色单体都能显影。随后将标记的根尖移入普通培养液中，使其再经过一个细胞周期，检测染色体的自显影情况。观察到染色体中一条单体可显影，另一条单体不显影。
活动二　根据探究DNA复制的实验证据，概述DNA复制的
过程
资料2：1963年，科学家Cairns将不含放射性的大肠杆菌(拟核DNA呈环状)放在含有3H－胸腺嘧啶的培养基中培养，给以适当的条件，让其进行复制，通过观察发现复制起点会形成图1所示的复制叉。图2和图3分别表示复制起点示意图及大肠杆菌DNA复制的过程示意图。
资料3：1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(图4)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图5所示。
图4　　　　　　　　图5
(1) 资料1中，泰勒(J.Taylor)的实验可以进一步为DNA复制方式提供实验证据，该实验可以得出什么结论？
【答案】 DNA复制方式为半保留复制。
(2) 资料2中，科学家根据图1所示复制叉的数量推测了复制起点的数量，图2结果表明大肠杆菌的拟核DNA复制从一点开始以后是单向还是双向进行的？图3结果表明大肠杆菌DNA复制是单起点复制还是多起点复制？
【答案】 双向的。单起点。
(3) 资料3中，图5中与60 s结果相比，120 s 结果中短链片段减少的原因是什么？图5的实验结果为冈崎假说提供了怎样的有力证据？有研究者利用DNA连接酶基因缺陷的T4噬菌体进行了上述实验，结果发现经过较长时间后DNA短片段仍有大量积累，不会出现长片段，请推测可能的原因是什么
【答案】 短链片段连接形成长片段。在实验时间内细胞中均能检测到较多的短链片段。DNA短片段最终要通过T4 DNA连接酶连接。
(4) 根据探究DNA复制的实验证据过程，请归纳DNA复制的时间、场所、条件、碱基互补配对方式。
【答案】 时间：有丝分裂前的间期、减数第一次分裂前的间期
场所：真核生物：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体；原核生物：细胞质
条件：模板、原料、能量、酶
碱基互补配对方式：A—T，C—G
(5) DNA的复制有什么意义？
【答案】 DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性。
(6) 用 32P标记动物体细胞(2n＝20)中所有DNA分子双链，再将这些细胞转入不含 32P的培养基中，让其连续进行有丝分裂。
①连续分裂到第二次有丝分裂中期时，染色体总数为多少条？被标记的染色体为多少条？
②若一个细胞中染色体总条数和被 32P标记的染色体条数分别为40条和2条，则这至少是第几次分裂的分裂期？
【答案】 ①20。20。②至少是第3次。
最新的研究进展表明不同的DNA复制方式是由原点处装备的复制复合体数目以及其中DNA聚合酶特点(或亚基数目)决定的。下图1～3分别表示三种环状DNA分子的复制模式图，请结合图思考以下问题。
图1　滚环式复制(噬菌体环状DNA)
活动三　探究不同DNA复制模式
图2　大肠杆菌拟核(环状DNA)复制图
图3　D环式复制(哺乳动物线粒体DNA)
(1) 图1中，噬菌体环状DNA的两条链a链和b链均作为DNA复制的模板，其子链延伸方向是否相同？该过程需要哪些酶的催化？图中显示DNA复制以哪条链为引物？
【答案】 相同，均为5′→3′。DNA聚合酶和DNA连接酶。a链作为引物。
(2) 大肠杆菌的拟核DNA 是一种环状DNA 分子，若将无放射性标记的大肠杆菌，置于含3H 标记的dTTP 的培养液中培养，使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断，结果如图2所示。图2结果说明大肠杆菌拟核DNA的复制过程中，两条链均可作为模板还是以其中一条链作为模板？
【答案】 其中一条链作为模板。
(3) 动物细胞的线粒体DNA分子是一种环状DNA 分子，图3表示该DNA分子复制过程。OH和OL是该DNA分子上的两个复制起始区，复制时，OH首先被启动，以L链为模板合成H′链，当H′链合成约2/3时，OL启动，以H链为模板合成L′链，最终合成两个环状双螺旋DNA分子。该复制方式是否符合半保留复制的特点？当H′链全部合成时，L′链是否全部完成合成？
【答案】 符合半保留复制方式。未完成合成，L′链只合成了1/3。
(4) 若图3中的线粒体DNA在含15N的培养液中复制3次，合成的子代DNA分子含放射性同位素15N的DNA占多少？子代DNA分子中磷酸二酯键数目与脱氧核苷酸数目关系如何？
【答案】 合成的子代DNA全部含有示踪性同位素15N。相等。
检 测 反 馈
2
4
5
1
3
7
6
1 [学生用书P125] 将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，一个DNA中含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到如图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验结果的预测与分析，正确的是(　　)
A. 一个亲代DNA经三次复制后产生的子代DNA
有Ⅰ、Ⅱ两种类型，且比例为1∶7
B. DNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遗传遵循基因分离定律
C. 一个亲代DNA复制n次需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目是(2n－1)(m/2－a)个
D. DNA复制过程需要的酶主要是DNA聚合酶和RNA聚合酶
2
4
5
1
3
7
6
【答案】 C
2
4
5
1
3
7
6
2 [学生用书P125]某基因(14N)含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子以15N同位素标记的游离脱氧核苷酸为原料复制3次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行密度分层，得到的结果如图甲所示，然后加入解旋酶再离心，得到的结果如图乙所示。则下列有关分析正确的是(　　)
A. X层中的基因只含14N标记，Y层中的基因只
含15N标记
B. W层中含15N标记的胞嘧啶3 150个
C. W层与Z层的核苷酸数之比为1∶4
D. X层中含有的氢键数是Y层的3倍
【答案】 B
2
4
5
3
7
6
3 [学生用书P125]下图1是DNA的某一片段，图2是DNA复制过程示意图。下列相关叙述错误的是(　　)
1
图1　　　　　　　　图2
2
4
5
3
7
6
A. 图1中所示的DNA片段有两个游离的磷酸基团
B. 图1中④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
C. 据图2可知DNA的复制过程需要消耗ATP
D. 图2中DNA聚合酶的作用是催化碱基对间氢键的形成
1
【答案】 D
2
4
5
3
7
6
4 [学生用书P125] DNA半保留复制过程是分别以解旋的两条链为模板，合成两个子代 DNA分子。在复制起始点呈现叉子的形式，被称为复制叉。下图表示某DNA分子复制的过程。下列叙述错误的是(　　)
1
A. 复制过程不一定发生在细胞核、线粒体和叶绿体中
B. 复制过程中需要DNA聚合酶和DNA连接酶的参与
C. 复制过程中可能存在多个复制叉以提高复制的效率
D. 前导链的延伸方向是5′→3′，后随链的延伸方向则相反
2
4
5
3
7
6
1
【解析】 原核生物的复制发生在拟核或细胞质，A正确；复制过程中需要DNA聚合酶和DNA连接酶(后随链DNA片段的连接)的参与，B正确；前导链和后随链的延伸方向都是5′→3′，D错误。
【答案】 D
2
4
5
3
7
6
5 [学生用书P126] 某种噬菌体DNA可采用滚环复制方式，复制过程中，双链DNA环状分子先在一条单链的复制起点上产生一个切口，然后进行下图所示的复制过程。下列有关叙述错误的是(　　)
1
2
4
5
3
7
6
1
A. 图中的L端为DNA单链的3′端
B. 经过过程①可产生一个游离的磷酸基团
C. ④过程需要限制酶和DNA连接酶的参与
D. 图示过程可为生物体内双链DNA复制为半保留半不连续性提供证据
2
4
5
3
7
6
1
【解析】 核苷酸链合成时的延伸方向是5′端→3′端，因此图中的L端为DNA单链的5′端，A错误；经过过程①，一个环状核苷酸链解开成一条链状核苷酸链，产生一个游离的磷酸基团，B正确；④过程需将连接在亲代链上的子链切断，完成核苷酸子链的合成，还将多个核苷酸短链连接成一条完整的子链，并且由链状形成环状，因此需要限制酶、DNA聚合酶和DNA连接酶的参与，C正确；图示过程中，有一条子链的合成是不连续的，一条子链的合成是连续的，结果所得子代DNA都由一条母链和一条子链构成，因此可为生物体内双链DNA复制为半保留半不连续性提供证据，D正确。
【答案】 A
2
4
5
3
7
6
6 [学生用书P126] (多选)一个用32P标记的DNA分子有1 500个碱基对，其中鸟嘌呤800个。该DNA分子在无放射性标记的培养液中复制2次，则(　　)
A. 该过程中共消耗胞嘧啶脱氧核苷酸2 400个
B. 具有放射性的DNA分子的两条链都含有放射性
C. 复制完成后，具有放射性标记的腺嘌呤有2 100个
D. 复制完成后，不含32P的脱氧核苷酸链与含有32P的脱氧核苷酸链数量之比为3∶1
1
2
4
5
3
7
6
1
【解析】 分析题意，该DNA分子中鸟嘌呤800个，根据碱基互补配对原则可知胞嘧啶也是800个，DNA复制了2次，得到4个DNA，每个DNA的胞嘧啶脱氧核苷酸800个，所以共消耗胞嘧啶脱氧核苷酸(4－1) ×800＝2 400个，A正确；由于DNA复制是半保留复制，所以具有放射性的DNA分子的2条链中只有1条含有32P(放射性)，B错误；该DNA有鸟嘌呤800个，根据碱基互补配对原则可知胞嘧啶也是800个，则腺嘌呤＝胸腺嘧啶＝(3 000－2×800)/2＝700个，因为DNA分子在无放射性标记的培养液中复制，复制完成后，具有32P的腺嘌呤仍然是亲代DNA中的700个，C错误；亲代DNA有两条链均被标记，又因为DNA复制属于半保留复制，所以亲代的两条被标记的链分别去到了两个子代DNA分子中，所以复制完成后，得到4个DNA共8条链，其中不含32P的脱氧核苷酸链6条，含有32P的脱氧核苷酸链2条，数量之比为3∶1，D正确。
【答案】 AD
2
4
5
3
7
6
7 [学生用书P126]DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链组成，长链中具有游离磷酸基团的一端称为5′端，另一端称为3′端。DNA复制时，一条子链是连续合成的，另一条子链是不连续合成的(即先形成短链片段再相互连接)，这种复制方式称为半不连续复制(如下图1所示，“→”表示复制方向)。
1
图1　　　　　　　　　　　图2
2
4
5
3
7
6
(1) 由图1可知延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是________________。
DNA复制时，子链延伸的方向为______________(填“5′→3′”或“3′→5′”)。
(2) DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化，在体外通过加热也能实现。解旋酶不能为反应提供能量，但能___________________________。
研究表明，富含G—C碱基的DNA分子加热变性时需要的温度较高，推测其原因是_______________________________________________　_______________________。
1
边解旋边复制
5′→3′
降低化学反应所需的活化能
DNA分子中G—C碱基对的比例高，氢键较多，分子
结构更加稳定
2
4
5
3
7
6
(3) 半不连续复制假说提出后，为验证假说，科学家进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min 后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子全部变性后，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2所示。
1
2
4
5
3
7
6
①以3H 标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，而在噬菌体DNA中能够检测到放射性，其原因是_____________________________　_____________________________________。
②图2中，与60 s结果相比，120 s结果中短链片段的量________，原因是_________________________________。
该实验结果为半不连续复制假说提供的有力证据是______________　____________________________________。
1
3H标记的脱氧核苷酸被大肠杆
菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料
减少
短链片段连接成长链片段
在实验时间内，
细胞中均能检测到较多的短链片段
谢谢观看
Thank you for watching

展开更多......

收起↑