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高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制课堂教学ppt课件
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制课堂教学ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了问题探讨，假说演绎法，PARTONE，对DNA复制的推测，半保留复制，全保留复制，弥散复制，PARTTWO，密度梯度离心法，PARTTHREE等内容，欢迎下载使用。
Speculatin abut DNA replicatin
Experimental Evidence fr Semi-Retentin Duplicatin f DNA
DNA半保留复制的实验证据
The prcess f DNA replicatin
Exercises t cnslidate
目录 / CONTENTS
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”
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.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？
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实验证据之上。
in the fllwing cmmunicatins. We were nt aware f the details f the results presented there when we devised ur structure, which rests mainly thugh nt entirely n published experimental data and stere-chemical arguments. It has nt escaped ur ntice that the specific pairing we have pstulated immediately suggests a pssible cpying mechanism fr the gengtic material. Full details f the structure, including the cn-ditins assumed in building it , tgether with a set f c-rdinates fr the atms, will be published elsewhere.
实验、得出结论、验证假说。
根据复制模式，预测实验结果。
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基 之间的氢键断裂；②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的 脱氧核苷酸依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；③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA 分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留 复制。
沃森和克里克提出DNA自我复制假说
新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。
新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。
3. 分散复制（弥散复制）
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。
标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。
1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselsn）和斯塔尔（F.Stahl）以大肠杆菌为材料，利用15N和14N进行同位素标记，将亲代DNA全部标记为15N，并将其放入14N的环境中培养。15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法
科研方法：假说-演绎法
氯化铯离心分离时,盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部,同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗,使Cs+与Cl-分散在整个溶液中,CsCl经过离心后,溶液达到一个平衡状态,扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡,形成一个连续的CsCl浓度梯度,溶液的密度在离心管底部最大,顶部最小。如果DNA分子溶解在CsCl中,它们会逐渐集中在一条狭窄的带上,则DNA分子的密度恰好与那一点的CsCl密度相等.若用同位素标记DNA分子,则使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外线的特点,用光源照射在照相底板上就出现了DNA的不同位置。
15N / 14N-DNA
15N / 15N-DNA
14N / 14N-DNA
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
DNA的复制方式为半保留复制
2、推测可能的复制方式
3、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
5、结论：DNA复制是半保留复制
1、DNA的是如何复制的?
4、证明DNA半保留复制的实验
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期,随着染色体的复制而完成
指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
⑴解旋：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
⑵定序：游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链 的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。
⑶合成子链：在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧 核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
合成方向： 子链的5’端→ 3’端
⑷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。
解旋——在能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋解开
合成子链——DNA聚合酶以解开的每一条母链为模板，以游离的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
复旋——随着解旋进行，子链不断延伸，每条新子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
解旋酶，DNA聚合酶等
边解旋边复制 (从过程上看)
半保留复制 (从结果上看)
加快复制速度，减少DNA突变可能
从子链的5' 端向 3' 端延伸
DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
9、DNA准确复制的原因
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。
①二条母链的碱基顺序是否相同？②二条子链的碱基顺序是否相同？③新合成的二个DNA碱基顺序是否相同？
结果:形成两个完全相同的DNA分子。
真核生物与原核生物DNA复制的区别
真核生物DNA的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。
原核生物DNA的复制只有一个复制起点。
DNA复制中的有关计算
无论DNA复制多少次，含有母链的DNA分子永远只有两条
(1)1个DNA分子连续复制n代，共产生 个子代DNA分子，子代DNA分子中 共有单链 条；其中，旧链 条，新链 条。
(2)亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为 。
（3）完全含亲代母链的DNA分子数为 , 不含亲代母链的DNA分子数为 。
(4)若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则： ①经过连续n次复制，需消耗游离的该脱氧核苷酸数目为 个。 ②第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸 个。
1.一个有m个碱基对的DNA分子，其中含有腺嘌呤脱氧核苷酸a个。求：1）复制n次，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸； 2）第n次复制，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸。
1） A=T=a G=C=(2m-2a)/2=m-a
(2n-1)(m-a)
2）2n-1(m-a)
2.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，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸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
3.具有100个碱基对的1个DNA分子片断，内含40个胸腺嘧啶， 如果连续复制两次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为 （ ）个。
解：100个碱基对， 即200个碱基40个T， 则有40个A。所以有（200-40-40）/2=60个C连续复制两次，则由1个DNA分子变成4个所以需要游离的C：（4-1）×60=180个
一、概念检测(1) DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。 ( )(2) 在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体 组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的。 ( )
1. DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ）A. 复制均在细胞核内进行B. 碱基互补配对原则保证了复制的准确性C. 1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子D. 游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链
3. 将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是 （ ）A. 所有的大肠杆菌都含有15NB. 含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2C. 含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4D. 含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8
1. 虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错误？这些错误可能产生什么影响？
可能有6个碱基发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响。
2. 已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp（bp 表示碱基对），真核细胞中DNA复制的速率一般为50 - 100bp/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。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA的复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
复制产生的两个子代DNA分子位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
Speculatin abut DNA replicatin
Experimental Evidence fr Semi-Retentin Duplicatin f DNA
DNA半保留复制的实验证据
The prcess f DNA replicatin
Exercises t cnslidate
目录 / CONTENTS
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”
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.这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？
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实验证据之上。
in the fllwing cmmunicatins. We were nt aware f the details f the results presented there when we devised ur structure, which rests mainly thugh nt entirely n published experimental data and stere-chemical arguments. It has nt escaped ur ntice that the specific pairing we have pstulated immediately suggests a pssible cpying mechanism fr the gengtic material. Full details f the structure, including the cn-ditins assumed in building it , tgether with a set f c-rdinates fr the atms, will be published elsewhere.
实验、得出结论、验证假说。
根据复制模式，预测实验结果。
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基 之间的氢键断裂；②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的 脱氧核苷酸依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；③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA 分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留 复制。
沃森和克里克提出DNA自我复制假说
新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。
新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。
3. 分散复制（弥散复制）
首要问题，如何区分开亲代与子代的DNA？
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。
标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。
1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselsn）和斯塔尔（F.Stahl）以大肠杆菌为材料，利用15N和14N进行同位素标记，将亲代DNA全部标记为15N，并将其放入14N的环境中培养。15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法
科研方法：假说-演绎法
氯化铯离心分离时,盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部,同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗,使Cs+与Cl-分散在整个溶液中,CsCl经过离心后,溶液达到一个平衡状态,扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡,形成一个连续的CsCl浓度梯度,溶液的密度在离心管底部最大,顶部最小。如果DNA分子溶解在CsCl中,它们会逐渐集中在一条狭窄的带上,则DNA分子的密度恰好与那一点的CsCl密度相等.若用同位素标记DNA分子,则使DNA的密度不同,然后利用DNA能吸收紫外线的特点,用光源照射在照相底板上就出现了DNA的不同位置。
15N / 14N-DNA
15N / 15N-DNA
14N / 14N-DNA
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
DNA的复制方式为半保留复制
2、推测可能的复制方式
3、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
5、结论：DNA复制是半保留复制
1、DNA的是如何复制的?
4、证明DNA半保留复制的实验
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期,随着染色体的复制而完成
指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
⑴解旋：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
⑵定序：游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链 的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。
⑶合成子链：在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧 核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
合成方向： 子链的5’端→ 3’端
⑷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。
解旋——在能量驱动下，解旋酶将DNA双螺旋解开
合成子链——DNA聚合酶以解开的每一条母链为模板，以游离的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
复旋——随着解旋进行，子链不断延伸，每条新子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
解旋酶，DNA聚合酶等
边解旋边复制 (从过程上看)
半保留复制 (从结果上看)
加快复制速度，减少DNA突变可能
从子链的5' 端向 3' 端延伸
DNA通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
9、DNA准确复制的原因
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。
①二条母链的碱基顺序是否相同？②二条子链的碱基顺序是否相同？③新合成的二个DNA碱基顺序是否相同？
结果:形成两个完全相同的DNA分子。
真核生物与原核生物DNA复制的区别
真核生物DNA的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。
原核生物DNA的复制只有一个复制起点。
DNA复制中的有关计算
无论DNA复制多少次，含有母链的DNA分子永远只有两条
(1)1个DNA分子连续复制n代，共产生 个子代DNA分子，子代DNA分子中 共有单链 条；其中，旧链 条，新链 条。
(2)亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为 。
（3）完全含亲代母链的DNA分子数为 , 不含亲代母链的DNA分子数为 。
(4)若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则： ①经过连续n次复制，需消耗游离的该脱氧核苷酸数目为 个。 ②第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸 个。
1.一个有m个碱基对的DNA分子，其中含有腺嘌呤脱氧核苷酸a个。求：1）复制n次，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸； 2）第n次复制，需要多少鸟嘌呤脱氧核苷酸。
1） A=T=a G=C=(2m-2a)/2=m-a
(2n-1)(m-a)
2）2n-1(m-a)
2.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，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸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
3.具有100个碱基对的1个DNA分子片断，内含40个胸腺嘧啶， 如果连续复制两次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为 （ ）个。
解：100个碱基对， 即200个碱基40个T， 则有40个A。所以有（200-40-40）/2=60个C连续复制两次，则由1个DNA分子变成4个所以需要游离的C：（4-1）×60=180个
一、概念检测(1) DNA复制与染色体复制是分别独立进行的。 ( )(2) 在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体 组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的。 ( )
1. DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ）A. 复制均在细胞核内进行B. 碱基互补配对原则保证了复制的准确性C. 1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子D. 游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链
3. 将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是 （ ）A. 所有的大肠杆菌都含有15NB. 含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2C. 含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4D. 含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8
1. 虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错误？这些错误可能产生什么影响？
可能有6个碱基发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响。
2. 已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp（bp 表示碱基对），真核细胞中DNA复制的速率一般为50 - 100bp/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。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA的复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
复制产生的两个子代DNA分子位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
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