资源简介

(共56张PPT)
第3节　DNA的复制
课标定位
1.对DNA复制的推测
概述科学家提出的DNA半保留复制假说和DNA全保留复制假说。
2.DNA半保留复制的实验证据
分析证明DNA半保留复制的实验证据,明确实验设计思路。
3.DNA复制的过程及意义
概述DNA的复制过程及DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递的意义。
素养阐释
1.通过学习科学家对DNA复制方式的探究,培养实验设计及对实验结果进行分析的能力。通过分析证明DNA半保留复制的实验,阐明运用假说—演绎法进行科学探究的基本思路。
2.通过分析DNA的复制过程,认同生命的延续与发展观;理解遗传信息,认同DNA的遗传物质观和信息观。
素养阐释
3.通过对同位素标记技术的学习,举例说明物理学和化学方法在生物学研究中的重要作用,并能在新情境下运用这些方法分析和解决问题。
4.归纳DNA复制过程中的相关数量计算,提高逻辑分析和计算能力。
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
素 养 提 升
课 堂 小 结
自主预习·新知导学
一、对DNA复制的推测
1.沃森和克里克的半保留复制假说
2.遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板,子代DNA的双链都是新合成的。
二、DNA半保留复制的实验证据
1.1958年,美国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,设计了一个巧妙的证明DNA复制方式的实验。
2.证明DNA半保留复制的实验
(1)实验方法:同位素标记技术和离心技术。
(2)实验原理:15N和14N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,利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
(3)实验假设:DNA以半保留的方式复制。
(4)实验思路与预期结果
(5)实验结论:DNA的复制是以半保留的方式进行的。
三、DNA复制的过程(以真核细胞为例)
1.概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.时间:细胞分裂前的间期,随着染色体的复制而完成。
3.场所:主要是细胞核。
4.过程
5.结果:一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
6.特点:半保留复制;边解旋边复制。
7.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。
8.DNA复制能够准确进行的原因
(1)DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
【思考】
DNA复制的场所,除细胞核外,还有哪些部位
提示:真核细胞的线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制;原核细胞中DNA复制的场所是拟核、细胞质;病毒的DNA复制在宿主细胞内进行。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)DNA的复制只发生于细胞分裂前的间期。(　　)
(2)DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接。(　　)
(3)真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量。(　　)
(4)DNA复制的原料是4种游离的核糖核苷酸。(　　)
(5)DNA复制时,严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则。
(　　)
(6)DNA复制的特点是半保留复制和边解旋边复制。(　　)
×
×
√
×
×
√
(7)DNA解旋后的每一条脱氧核苷酸链都可以作为DNA复制的模板。(　　)
(8)在DNA复制过程中,解旋酶破坏的是氢键,不能将DNA分解成脱氧核苷酸。(　　)
√
√
2.DNA分子复制时,解旋酶作用的部位应该是(　　)
A.腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键
B.腺嘌呤与胞嘧啶之间的氢键
C.鸟嘌呤与胞嘧啶之间的氢键、腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键
D.脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键
答案:C
解析:DNA复制时,解旋酶的作用是使碱基对之间的氢键断裂。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
DNA的半保留复制
问题引领
1.所有的真核细胞中都存在核DNA分子复制吗 以亲代DNA分子为模板复制形成的两个子代DNA分子将在细胞分裂的哪个时期分开
提示:不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核而不能进行核DNA分子复制;不分裂的细胞不存在核DNA分子复制。复制形成的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时,随姐妹染色单体的分离而分开,之后将分别进入两个子细胞中。
2.阅读教科书第55~56页,结合图3-10,回答下列问题。
(1)DNA复制时有几条模板链 新合成的DNA中的两条链全是子链吗
提示:有两条模板链(亲代DNA分子解开螺旋的两条链)。不全是,是一条母链和一条子链。
(2)DNA复制时,可用什么方法识别DNA中哪一条链是母链,哪一条链是子链 DNA复制所形成的子代DNA是不是亲代DNA链和子代DNA链随机结合的
提示:同位素标记技术。不是,是亲代DNA链与其互补的子链结合形成子代DNA。
(3)若向某一试管中加入缓冲液、ATP、解旋酶、DNA模板和4种脱氧核苷酸,并置于适宜的温度下,能否完成DNA的复制 分析其原因。
提示:否。复制条件不完全,缺少DNA聚合酶。
(4)DNA复制时,子链的延伸方向如何 新合成的子链与其模板链的方向是相同的还是相反的
提示:从5'-端到3'-端。相反的。
3.根据图1、图2回答下列问题。
图1
图2
(1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶 各有什么作用
提示:酶1是解旋酶,作用是将DNA双螺旋的两条链解开;酶2是DNA聚合酶,作用是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。
(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:a链与c链的碱基排列顺序相同,b链与d链的碱基排列顺序相同。
(3)从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制 为什么 由图1还可以看出DNA复制的另一个特点是什么
提示:是。因为两条母链分配到两个子代DNA分子中,新形成的子代DNA分子中只有一条单链是亲代DNA分子的母链。由图1还可以看出DNA分子是边解旋边复制的。
(4)DNA复制过程中,解旋酶作用于图2中的哪个部位 (用字母表示)
提示:解旋酶作用于f。
(5)DNA的复制为什么需要适宜的温度和pH
提示:因为DNA的复制需要酶的催化,而酶的活性受温度和pH的影响。
归纳提升
1.分析各类生物体中DNA复制的场所
(1)真核生物:细胞核(主要场所)、叶绿体、线粒体。
(2)原核生物:拟核、细胞质(如质粒DNA的复制)。
(3)DNA病毒:宿主细胞内。
2.下图为真核生物染色体上DNA复制过程的示意图,从图中可以看出,DNA复制效率较高的原因:(1)从多个起点开始进行复制;(2)边解旋边复制;(3)每个起点都是同时向两个方向进行复制。
3.复制可简记为“1个主要场所(细胞核),1种时期(细胞分裂前的间期),3个步骤(解旋、合成新链、形成子代DNA),4个条件(模板、酶、原料和能量)”。
典型例题
1.某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如下图所示。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。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15N/14N-DNA
D.实验结果说明DNA分子的复制方式是半保留复制
答案:B
解析:a管中只有重带(密度最大的条带),即复制形成的DNA都是15N/15N-DNA,表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的。
2.真核细胞的DNA复制过程如右图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.解旋酶使DNA双链打开需要消耗ATP
B.合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的
C.碱基互补配对原则保证了DNA复制能够准确地进行
D.新合成的两条子链的脱氧核苷酸排列顺序相同
答案:D
解析:新合成的两条子链的碱基是互补的,因此新合成的两条子链的脱氧核苷酸排列顺序不同。
【变式训练】
1.1个无标记的DNA(亲代DNA)在含15N的环境中复制,若第一代DNA的1条单链出现差错,则第二代DNA中,差错 DNA单链占所有单链的比例和含15N的DNA占全部DNA的比例分别是(　　)
A.1/3,1 B.1/4,1
C.1/3,1/2 D.1/4,1/2
答案:B
解析:亲代DNA的2条链都没有被标记,在含15N的环境中复制2次后,形成4个DNA分子,全部被15N标记。若第一代DNA的1条单链出现差错,则第二代DNA(共有8条脱氧核苷酸链)中会有2条单链出现差错。
2.以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板,经复制后产生的子链是(　　)
A.—G—A—T—
B.—U—A—G—
C.—T—A—G—
D.—T—U—G—
答案:C
解析:依据碱基互补配对原则可知,以“—A—T—C—”链为模板复制得到的子链碱基顺序为“—T—A—G—”。
DNA复制的相关计算
问题引领
1.DNA复制是以半保留的方式进行的,若1个DNA分子复制n次,则相关过程和数据如下图所示。
(1)1个DNA分子经过n次复制,形成2n个子代DNA分子。其中含有亲代DNA链的子代DNA分子有2个,不含亲代DNA链的子代DNA分子有(2n-2)个。
(2)复制n次后,子代DNA分子中共有2n+1条脱氧核苷酸链。其中亲代脱氧核苷酸链有2条,新合成的脱氧核苷酸链有
(2n+1-2)条。
2.复制n次后,1个DNA分子复制形成的子代DNA分子中,有2个DNA分子含有亲代DNA分子的脱氧核苷酸链。在子代DNA分子的全部脱氧核苷酸链中,新形成的脱氧核苷酸链所占的比例是(2n+1-2)/2n+1。
3.假如1个DNA分子中有m个腺嘌呤脱氧核苷酸,则该DNA分子复制n次需要(2n-1)·m个腺嘌呤脱氧核苷酸。该DNA分子第n次复制需要2n-1·m个腺嘌呤脱氧核苷酸。
归纳提升
做与DNA复制相关的计算题时的4个注意事项
(1)复制次数:“DNA复制了n次”和“第n次复制”不同,前者包括第n次及其之前所有的复制,而后者只包括第n次复制。
(2)碱基数目:注意碱基数目的单位是“对”还是“个”。
(3)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2个。
(4)关键词语:看清是“DNA分子数”还是“脱氧核苷酸链数”,“含”还是“只含”等关键词。
典型例题
在氮源分别为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子分别为14N/14N-DNA(相对分子质量为a)和15N/15N-DNA (相对分子质量为b)。将DNA被15N标记的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,连续繁殖两代,用离心的方法分离得到的结果如下图所示。下列关于此实验的叙述,正确的是(　　)
A.第一代大肠杆菌DNA分子中两条链都含14N
B.第二代大肠杆菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
C.预计第三代大肠杆菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a+b)/8
D.上述实验中第一代→第二代的结果能证明DNA的复制方式为半保留复制
答案:C
解析:第一代大肠杆菌DNA分子中一条链含14N,另一条链含15N。第二代大肠杆菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/2。1个只含有14N的DNA分子的相对分子质量为a,则每条链的相对分子质量为a/2;1个只含有15N的DNA分子的相对分子质量为b,则每条链的相对分子质量为b/2。将1个DNA被15N标记的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,连续繁殖三代,共得到8个DNA分子,这8个DNA分子共含16条单链,其中只有2条是含15N的,14条是含14N的,因此总相对分子质量为(b/2)×2+(a/2)×14=b+7a,所以每个DNA分子的平均相对分子质量为(7a+b)/8。第一代→第二代的结果不能证明DNA的复制方式为半保留复制。
【变式训练】
1.已知某DNA分子含有500个碱基对,其中一条链上A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制数次后,消耗周围环境中鸟嘌呤脱氧核苷酸2 100个,则该DNA分子已经复制了(　　)　
A.3次 B.4次　
C.5次 D.6次
答案:A
解析:根据DNA分子含有500个碱基对,而一条单链上碱基A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4可知,该链中A、G、T、C分别是50个、100个、150个、200个,另一条单链上A、G、T、C依次是150个、200个、50个、100个。因此,该DNA分子中鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量为100+200=300(个)。复制数次后,消耗周围环境中鸟嘌呤脱氧核苷酸2 100个,则所有DNA中的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是2 100+300=2 400(个),设该DNA分子复制了n次,则2n ×300=2 400,n=3。
2.具有a个碱基对的一个DNA分子片段,含有m个腺嘌呤,该片段第n次复制需要多少个游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸 (　　)
A.(2n-1)·(a-m) B.2n-1·(a-m)
C.(2n-1)·(a/2-m) D.2n·(a/2-m)
答案:B
解析:该DNA分子中鸟嘌呤的数目为(2a-2m)/2=(a-m)(个),第n次复制形成2n-1个DNA,则第n次复制需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸2n-1·(a-m)个。
素 养 提 升
利用图示法理解细胞分裂与DNA复制的相互关系
1.将DNA分子双链用3H标记的蚕豆(2n=12)根尖移入普通培养液(不含放射性元素)中,再让细胞连续进行有丝分裂。根据下图判断,在普通培养液中的第二次有丝分裂中期,一个细胞中的染色体标记情况是(　　)

A.6个a,6个b B.12个b
C.6个b,6个c D.b和c共有12个,但b和c的数目不确定
答案:B
解析:由题意可知,将亲代DNA分子双链用3H标记,由于DNA复制以半保留的方式进行,因此亲代细胞中的染色体经过第一次复制后,两条姐妹染色单体均含3H,如图a所示。第一次有丝分裂结束后产生的子细胞中每条染色体上的DNA分子均有1条单链被标记,子细胞中的染色体再进行复制,每条染色体上只有1条姐妹染色单体DNA的1条单链被标记,即只有1条姐妹染色单体被标记,如图b所示。因此在第二次有丝分裂中期,细胞中有12个b。
2.用32P标记某动物精原细胞的全部核DNA,然后将细胞置于含31P的培养液中培养,使其进行一次有丝分裂或减数分裂(减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ)。下列有关叙述正确的是(　　)
A.有丝分裂前期与减数分裂Ⅰ前期细胞中,32P标记的DNA分子数相同、染色体数目不同
B.有丝分裂后期与减数分裂Ⅰ后期细胞中,32P标记的DNA分子数不同、染色体数目不同
C.有丝分裂中期与减数分裂Ⅱ中期细胞中,32P标记的DNA分子数不同、染色体数目不同
D.有丝分裂后期与减数分裂Ⅱ后期细胞中,32P标记的DNA分子数不同、染色体数目相同
答案:C
解析:有丝分裂前期与减数分裂Ⅰ前期细胞中,32P标记的DNA分子数相同、染色体数目相同。有丝分裂后期与减数分裂Ⅰ后期细胞中,32P标记的DNA分子数相同,前者的染色体数目是后者的2倍。有丝分裂中期与减数分裂Ⅱ中期细胞中,前者被32P标记的DNA分子数、染色体数目均为后者的2倍。有丝分裂后期与减数分裂Ⅱ后期细胞中,前者被32P标记的DNA分子数、染色体数目均为后者的2倍。
3.将某一经3H充分标记DNA的雄性动物细胞(染色体数为2n)置于不含3H的培养液中培养,该细胞经过2次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列有关说法正确的是(　　)
A.若子细胞中染色体数目为2n,则其中含3H的染色体数目一定为n
B.若子细胞中染色体数目为n,则其中含3H的染色体数目为n/2
C.若子细胞中染色体都含3H,则细胞分裂过程中会发生基因的自由组合
D.若子细胞中有的染色体不含3H,则原因是同源染色体分离
答案:C
解析:若该细胞经过2次有丝分裂后形成4个子细胞,则每个细胞中含3H的染色体数目可能是0~2n条。若该细胞发生减数分裂后形成4个子细胞,则每个细胞中含3H的染色体数目为n。如果子细胞中染色体都含有3H,则该细胞发生的是减数分裂,会发生基因的自由组合。如果子细胞中有的染色体不含3H,则该细胞发生的是有丝分裂,不可能发生同源染色体分离。
课 堂 小 结

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