高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制教案配套ppt课件

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制教案配套ppt课件，共41页。PPT课件主要包含了内容索引，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，学习目标，实验预期等内容，欢迎下载使用。

一、对DNA复制的推测和DNA半保留复制的实验证据(一)对DNA复制的推测1.半保留复制(1)提出者:沃森和克里克。(2)假说①解旋:DNA复制时,DNA双螺旋解开,互补的碱基之间的氢键断裂。②复制:解开的两条单链作为复制的模板,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)特点:新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,这种复制方式被称作半保留复制。
2.全保留复制DNA复制以DNA双链为模板,子代DNA的双链都是新合成的。一个DNA分子复制的结果是得到一个子代DNA,一个亲代DNA。
(二)DNA半保留复制的实验证据1.实验方法同位素标记技术和密度梯度离心技术。2.实验原理含15N的双链DNA密度大,含14N的双链DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA的密度居中。3.实验假设DNA以半保留的方式复制。
5.实验结果实验结果与预期一致,证明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
二、DNA复制的过程
【微思考】下图是DNA分子复制的示意图,据图回答下列有关问题。
(1)DNA复制时,解旋酶的作用是什么?提示 解旋酶的作用是将DNA双螺旋的两条链解开。(2)DNA聚合酶的作用是什么?提示 DNA聚合酶的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。(3)在DNA复制过程中,两条子链延伸的方向为什么是相反的?提示 DNA中两条母链是反向平行的。
自我检测1.判断下列有关DNA复制过程的叙述是否正确。(1)DNA复制遵循碱基互补配对原则,子代DNA中两条链均是新合成的。(　　)(2)DNA复制需要消耗能量,需要解旋酶。(　　)(3)真核生物的DNA复制主要发生在细胞核中。(　　)(4)DNA复制就是以亲代DNA的一条链为模板合成子代DNA的过程。(　　)(5)DNA复制一旦完成,亲代DNA不再存在,模板链依然存在。(　　)
2.下列有关探究DNA复制过程的叙述,不正确的是(　　)A.本实验利用了同位素标记法B.细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次C.密度梯度离心后,DNA在试管中的位置与相对分子质量无关D.本实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点答案 C解析 探究DNA复制的实验是利用同位素15N标记亲代细胞的DNA,使其在含14N的培养液中连续分裂两次(在分裂前的间期DNA都复制一次),分别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA,进行密度梯度离心,DNA在试管中的位置取决于DNA分子所含同位素的情况,即相对分子质量的大小;实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点。
3.在生命科学研究中,“同位素标记技术”是经常使用的研究手段。将大肠杆菌的DNA分子用3H标记后,放在普通培养基中繁殖两代,并跟踪检测子代细菌的放射性(如下图所示)。该实验有力地证明了(　　)A.DNA复制需要3HB.DNA通过复制进行繁殖C.DNA进行半保留复制D.DNA复制需要在细菌体内进行答案 C
4.一个被15N标记的DNA分子,以含14N的4种脱氧核苷酸为原料,连续复制3次,则含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链的比例是(　　)A.1/2B.1/4C.1/6D.1/8答案 D解析 DNA的复制方式为半保留复制,连续复制3次形成8个DNA分子,含15N的脱氧核苷酸链只有2条,则其占全部脱氧核苷酸链的比例是2/16=1/8,D项正确。
5.下图为真核生物染色体上DNA复制过程的示意图。下列有关叙述,错误的是(　　)A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的C.真核生物DNA的复制过程需要解旋酶D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
答案 A解析 从图中可以看出DNA复制有多个起点,因为复制环有大有小,所以复制不是同时开始的,A项错误。图中DNA复制是边解旋边双向复制的,B项正确。真核生物DNA的复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等参与,C项正确。真核生物的DNA具有多个复制起点,这种复制方式加速了复制过程,提高了复制速率,D项正确。
6.已知某DNA含有500个碱基对,其中一条链上A∶C∶T∶G=1∶2∶3∶4。该DNA连续复制数次后,消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸4 500个,则该DNA已经复制了(　　)A.3次B.4次 C.5次D.6次答案 B解析 DNA一条链上G的数目=500×4/(1+2+3+4)=200(个),则另一条链上G的数目=500×2/(1+2+3+4)=100(个),所以DNA双链上共有300个G,n次复制结束后共消耗G的数目为4 500个,4 500/300=15,即DNA分子增加15个,复制后DNA的数目是16=24,则n=4,即复制了4次。
【情境探究】[经典实验] 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,设计了一个巧妙的实验。结合教材P54“思考·讨论”,讨论解决下列有关问题。(1)实验开始时,为什么要用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌,让大肠杆菌繁殖若干代?提示 普通的大肠杆菌体内的氮元素都是14N,用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌,让大肠杆菌繁殖多代后,可认为大肠杆菌体内的氮元素都是15N标记的,包括DNA上的氮元素。
(2)关于DNA复制的推测,最初还有一种“全保留复制”的假说,作为模板链的两条链复制完后再重新结合成双链,而两条新合成的链结合成另一个DNA分子,如果按照这个理论的话,上述实验结果会是怎样的?提示 ①在含有15NH4Cl的培养液中培养若干代,提取DNA→离心→一条DNA带,位置靠近试管底部。②在含14NH4Cl的普通培养液中繁殖一代,提取DNA→离心→两条DNA带,一条靠近试管底部、一条靠上。③在含14NH4Cl的普通培养液中再繁殖一代,提取DNA→离心→两条DNA带,一条靠近试管底部、一条靠上。
【归纳提升】假说—演绎法分析DNA半保留复制的实验(1)假说:DNA的复制是半保留复制。(2)演绎推理
(3)实验结果(4)实验结论:DNA的复制方式为半保留复制。
【探究应用】1.下列有关“探究DNA的复制过程”实验的叙述,正确的是(　　)A.在利用含有NH4Cl的培养液培养大肠杆菌时,大肠杆菌将利用培养液中的N合成DNA的基本骨架B.通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,得出DNA复制的特点为半保留复制C.将含14N/14N-DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15ND.将含15N/15N-DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌的DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将只出现1个条带
答案 C解析 利用含有NH4Cl的培养液培养大肠杆菌的过程中,大肠杆菌将利用培养液中的N合成含氮碱基,进而形成DNA两条链之间的碱基对,A项错误;通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制,B项错误;根据DNA的半保留复制,将含14N/14N-DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N,C项正确;将含15N/15N-DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将出现轻、重2个条带,D项错误。
2.细菌在含有15N的培养基中繁殖数代后,使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再移入含有14N的培养基中培养,提取其子代的DNA经密度梯度离心后,可能出现如图①~⑤的结果,下列叙述错误的是(　　)A.第一次分裂的子代DNA应为⑤B.第二次分裂的子代DNA应为①C.第三次分裂的子代DNA应为③D.亲代的DNA应为⑤
答案 A解析 亲代是被15N标记的双链DNA(15N/15N-DNA),分布于试管底部,经第一次复制所形成的子代DNA中均有一条被15N标记的子链,有一条被14N标记的子链(15N/14N-DNA),分布于试管中部,应如题图②所示。
【情境探究】1.[模式图分析] 根据图1、图2思考下列问题。(1)图1中进行的是什么过程?发生的时期和场所是什么?提示 DNA复制过程。发生于有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期,无丝分裂也会发生DNA复制。真核生物中DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体;原核生物DNA复制的场所主要是拟核。
(2)图1中的酶1和酶2分别是什么酶?分别作用于图2中的哪个部位?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 酶1是解旋酶,作用于f,酶2是DNA聚合酶,作用于e;a和c的碱基排列顺序相同,b和d的碱基排列顺序相同。(3)将被15N标记的DNA分子放入含14N的培养基中进行复制,当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时,该DNA分子复制了几次?提示 4次。含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次,则形成2n个DNA分子,其中含15N的DNA分子数占2/2n,已知2/2n=12.5%,则n=4。
2.[总结] DNA复制相关场所、时间、酶总结(1)DNA复制的场所主要是在细胞核(凡是细胞内有DNA的地方均可进行复制)。①真核生物:细胞核、　　　　　　、叶绿体,其中主要场所是细胞核。 ②原核生物:拟核、　　　　　　(如质粒的复制)。 ③病毒:　　　　　　　　内。 (2)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间:细胞分裂前的间期。(3)复制所需的酶是指一个酶系统,不仅仅是指解旋酶和　　　　　　　　,还包括DNA连接酶等。 ①解旋酶的作用是破坏碱基间的　　　　。 ②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。提示 (1)线粒体　细胞质　宿主细胞　(3)DNA聚合酶　氢键
3.[科学思维] 子代DNA分子中模板链与另一DNA分子中新合成的子链碱基序列一定完全相同吗?提示 不一定完全相同,在外界因素影响和生物内部因素作用的特殊情况下,可能造成碱基配对发生差错,引起基因突变。
【归纳提升】DNA复制的有关计算(1)将被15N标记的大肠杆菌在含有14N的培养基上培养,使DNA复制n次。“图解法”分析DNA复制的相关计算。
(2)DNA复制消耗脱氧核苷酸数的计算方法①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。方法技巧 巧记DNA的复制——“一所,两期,三步,四条件”“一所”是指复制的场所主要是细胞核;“两期”是指复制的时期主要是有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期;“三步”是指“三个步骤”即解旋、形成子链、母链与子链形成新的DNA;“四条件”是指原料、模板、能量和酶。
【探究应用】1.(多选)DNA片段复制的情况如下图所示,图中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链的片段。如果没有发生变异,则下列说法正确的是(　　)A.b和c的碱基序列可以互补B.a和c的碱基序列可以互补C.a中(A+T)/(G+C)的值与b中(A+T)/(G+C)的值相同D.a中(A+G)/(T+C)的值与d中(A+G)/(T+C)的值一般不相同
答案 ACD解析 a和d互补,b和c互补,如果不发生变异,a和c、b和d的碱基组成相同。某条脱氧核苷酸链上(A+T)/(G+C)的值与其互补链上的值相同,而(A+G)/(T+C)的值与其互补链上的值一般不相同,所以A、C、D三项中的说法均正确。
2.用15N 标记含有100个碱基对的DNA,其中有胞嘧啶60个,该DNA在含14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是(　　)A.含有15N的DNA占1/8B.含有14N的DNA占7/8C.消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个D.产生了16个DNA分子答案 B解析 一个DNA分子连续复制4次,可产生16个DNA分子,16个DNA分子含14N的比例为100%;只含14N的DNA分子有14个,占7/8,含15N的DNA分子有2个,占1/8。根据题干信息可求出该DNA分子中含40个腺嘌呤,复制4次需腺嘌呤的数量=(24-1)×40=600(个)。