高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制教课内容课件ppt

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制教课内容课件ppt，共53页。PPT课件主要包含了知识概览，归纳总结1实验预期，答案A，答案D，1DNA分子数，答案B等内容，欢迎下载使用。
目 标 素 养1.根据DNA的结构以及生命活动所需的基本条件,推测体外合成DNA的条件。2.基于科学史料提供的实验证据,运用假说—演绎法,概述DNA通过半保留方式进行复制。3.通过对DNA半保留复制过程的分析和讨论,从结构与功能相适应的角度探讨生命系统的正常运转离不开遗传信息的传递,DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。4.认同科学技术在生物学研究中的重要作用。
一、对DNA复制的推测1.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。
二、DNA半保留复制的实验证据1.实验材料:大肠杆菌。2.实验方法:同位素标记技术和离心技术。3.实验原理(1)DNA的两条链都用15N标记,那么这样的DNA分子密度最大,离心时应该在试管的底部。(2)DNA的两条链都没有被15N标记,那么这样的DNA分子密度最小,离心时应该在试管的上部。(3)DNA的两条链中只有一条单链被15N标记,那么这样的DNA分子密度居中,离心时应该在试管的中部。
4.实验结果(1)在含有15NH4Cl的培养液中培养若干代后收集大肠杆菌,提取DNA→离心→全部重带。(2)在含有14NH4Cl的培养液中繁殖一代后收集大肠杆菌,提取DNA→离心→全部中带。(3)在含有14NH4Cl的培养液中繁殖两代后收集大肠杆菌,提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。5.实验结论:DNA的复制是以半保留的方式进行的。
微判断1基于半保留复制的实验证据,判断下列表述是否正确。(1)沃森和克里克证明了DNA分子复制的方式是半保留复制。(　　)(2)证明DNA半保留复制的实验运用了同位素标记技术和离心技术。(　　)(3)将第三代细菌DNA离心分离将会出现3条带。(　　)(4)不管复制多少代,含15N标记的DNA分子只有两个。(　　)(5)从第一代开始细菌DNA分子中至少一条链含14N。(　　)
三、DNA复制的过程1.概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2.时间:在真核生物中,是在细胞分裂前的间期。3.过程
4.结果:一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。5.特点:边解旋边复制、半保留复制。6.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。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。
微思考真核细胞中DNA复制的场所有哪些?提示:细胞核、线粒体和叶绿体。
微判断2基于DNA复制的过程和特点,判断下列表述是否正确。(1)DNA复制时,严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则。(　　)(2)DNA复制的特点是半保留复制和边解旋边复制。(　　)(3)真核生物中DNA的复制发生于细胞分裂前的间期。(　 )(4)DNA聚合酶催化2个游离的脱氧核苷酸之间的连接。(　　)(5)DNA复制也需要消耗ATP。(　　)
(6)DNA复制的原料是4种游离的核糖核苷酸。(　　)(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。(　　)
微训练DNA一般能准确复制,其原因是(　　)①DNA独特的双螺旋结构为复制提供模板　②DNA复制发生于细胞分裂前的间期　③碱基互补配对严格　④产生的两个子代DNA均与亲代DNA相同A.②④B.②③C.①④D.①③答案:D解析:DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,严格的碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性,它保证了子代DNA是以亲代DNA提供的两条模板为标准合成的。
一 DNA半保留复制的实验证据问题探究在DNA分子复制的早期研究中,科学家们提出了三个假说:全保留复制、半保留复制和分散复制。全保留复制:亲代DNA分子两条链不变,子代DNA分子的两条链都是新合成的。半保留复制:新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链。分散复制:亲代DNA分子的两条链分散成短片段,与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起,不能分出亲代DNA单链。请回答下列问题。
1.根据对半保留复制和全保留复制方式的理解,你认为判断DNA复制方式的关键是什么?可通过什么技术实现?提示:关键是通过实验区分亲代与子代DNA。可通过同位素标记技术和(密度梯度)离心技术实现。
2.在“证明DNA半保留复制的实验”中,如果DNA是半保留复制,第一代和第二代DNA分子的两条链中,含有氮元素的标记情况是怎样的?离心后试管中DNA的位置会是怎样的?如果全保留复制是正确的,实验预期又会是怎样的?
提示:半保留复制:第一代DNA全为15N/14N-DNA;第二代DNA中,1/2为15N/14N-DNA,1/2为14N/14N-DNA。离心后,第一代DNA分子全部在试管中部;第二代DNA分子中,1/2在试管中部,1/2在试管上部。全保留复制:第一代DNA中,1/2为15N/15N-DNA,1/2为14N/14N-DNA;第二代DNA中,1/4为15N/15N-DNA,3/4为14N/14N-DNA。离心后,第一代DNA分子中,1/2在试管底部,1/2在试管上部;第二代DNA分子中,1/4在试管底部,3/4在试管上部。
3.科学家从第一代DNA分子离心的结果已经能够排除全保留复制,想一想,为什么还要做第二代的实验?提示:第一代DNA分子离心的结果不能排除分散复制的方式。
2.实验结果(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,位置在试管底部。(2)第一代大肠杆菌的DNA经离心处理后,试管中只出现了一条DNA带,位置在试管中部。(3)第二代大肠杆菌的DNA经离心处理后,试管中出现了两条DNA带,一条在试管中部,一条在试管更靠上部。3.实验结论DNA的复制是以半保留的方式进行的。
典例剖析【例1】 下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述,正确的是(　　)A.培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA的基本骨架B.通过对第二代大肠杆菌DNA的离心,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DNA解旋处理后进行离心,试管中将只出现1个条带答案:C
解析:培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl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解旋处理后进行离心,试管中将出现轻、重2个条带,D项错误。
学以致用1.细菌在含有15N的培养液中繁殖数代后,细菌DNA的碱基皆含有15N,然后再移入含有14N的培养液中培养,提取其子代的DNA进行离心分离,下图①~⑤为可能的结果。下列叙述错误的是(　　)A.第一次分裂形成的子代DNA应为⑤B.第二次分裂形成的子代DNA应为①C.第三次分裂形成的子代DNA应为③D.亲代DNA应为⑤
解析:亲代DNA(15N/15N-DNA)应为⑤;第一次分裂形成的子代DNA(15N/14N-DNA)应为②;第二次分裂形成的子代DNA (15N/14N-DNA、14N/14N-DNA)数量比为1∶1,应为①;第三次分裂形成的子代DNA(15N/14N-DNA、14N/14N-DNA)数量比为1∶3,应为③。
二 DNA复制的过程问题探究根据图1、图2回答下列问题。
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。细胞分裂前的间期。真核生物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?(用字母表示)提示:酶1是解旋酶,作用于f;酶2是DNA聚合酶,作用于e。
3.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链和c链的碱基排列顺序相同,b链和d链的碱基排列顺序相同。4.从图1是否可以看出DNA复制是半保留复制?为什么?图1所示的特点还有什么?提示:是。因为两条母链进入两个子代DNA分子中,新形成的子代DNA分子中只有一条链是亲代的母链。图1中还能看出DNA分子是边解旋边复制的。
归纳总结1.DNA复制的场所主要是细胞核(凡是细胞内有DNA的地方均可复制)。(1)真核生物:细胞核(主要场所)、线粒体、叶绿体。(2)原核生物:拟核、细胞质(如质粒DNA的复制)。(3)病毒:宿主细胞内。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。
3.两个子代DNA的位置及分开时间:复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上,由着丝粒连在一起,在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开,分别进入两个子细胞中。
典例剖析【例2】 下图为真核细胞DNA复制过程模式图。据图分析,下列相关叙述错误的是(　　)A.由图示可知,DNA的复制方式是半保留复制B.解旋酶能使双链DNA解开,且需要消耗ATPC.从图中可以看出合成2条子链的方向都是从5'-端到3'-端D.DNA聚合酶的作用位点为2条脱氧核苷酸链之间的氢键
解析:由题图可知,新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的1条链,因此,DNA的复制方式是半保留复制,A项正确。解旋酶使DNA双链解开,该过程需要消耗ATP,B项正确。DNA复制时只能从5'-端向3'-端延伸,C项正确。DNA聚合酶的作用位点为1条链中相邻的2个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,D项错误。
学以致用2.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程的示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C.真核生物DNA分子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:由题图可知,DNA分子复制有多个起点,但不是同时开始的,因为复制环有大有小,A项错误。题图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的,B项正确。真核生物DNA分子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分子具有多个复制原点,这种复制方式加速了复制过程,提高了复制速率,D项正确。
三 DNA复制的相关计算问题探究DNA的复制为半保留复制,复制过程中消耗游离的脱氧核苷酸。请思考并回答下列问题。
1.用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分子占2/2n,已知2/2n=12.5%,则n=4。
2.DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA分子?提示: DNA复制n次形成2n个DNA分子,第n次复制形成2n-1 个DNA分子。3.若1个DNA含有m个腺嘌呤,则复制n次需要多少个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸?提示:需要(2n-1)·m个。因为1个DNA复制n次,共形成2n个DNA,其中有两条脱氧核苷酸链为母链,不需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸。
归纳总结1.DNA复制的相关计算某DNA分子中,含有p个碱基对,其中腺嘌呤为q个,该DNA分子用15N标记,其复制所需原料含14N,连续复制n次,过程见下图。
(2)脱氧核苷酸链数
(3)消耗脱氧核苷酸数
2.有关DNA复制相关计算的四个注意点(1)分析被标记物质所占的比例时,应注意求的是DNA分子数,还是脱氧核苷酸链数;看准是“含”还是“只含”;还应注意培养液中化学元素的不同。(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,后者只指第n次的复制。(3)注意碱基的单位是“对”还是“个”。(4)切记在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分子都只有两个。
典例剖析【例3】 用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关叙述错误的是(　　)A.含有15N的DNA分子占1/8B.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个C.含有14N的DNA分子占7/8D.复制结果共产生16个DNA分子答案:C
解析:该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次,可得到24=16(个)DNA分子,因为DNA的复制方式为半保留复制,亲代DNA分子的2条链只可能进入2个子代DNA分子中,故含有15N的DNA分子占1/8,含有14N的DNA分子占100%。在含有100个碱基对的DNA分子中,若有胞嘧啶60个,则含腺嘌呤(100×2-60×2)×(1/2)=40(个),则连续复制4次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40×(24-1)=600(个)。
学以致用3.某DNA分子含腺嘌呤(A)200个,复制数次后消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3 000个,该DNA分子已经复制了几次?(　　)A.4次　B.3次C.5次　D.6次答案:A解析:某DNA分子含有腺嘌呤200个,复制n次后消耗腺嘌呤脱氧核苷酸3 000个,则有关系式200×(2n-1)=3 000,解得n=4。
1.大蒜根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成一个细胞周期,然后转入不含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养第二代后获得的子细胞内DNA分子的标记情况,不可能出现的是(只考虑其中一对染色体上的DNA分子)(　　)
解析:由题意和题图可知,因DNA分子的复制方式为半保留复制,所以第一次分裂结束后的第一代DNA分子,一条链有放射性标记,另一条链没有放射性标记;之后,转入不含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养第二代,复制后在所得到的第二代DNA分子中,两条链均不含放射性的占1/2,只有一条链有放射性的占1/2;在有丝分裂后期,着丝粒分裂后所形成的子染色体随机移向细胞两极,因此最终得到的子细胞内DNA分子的标记情况会出现A、C、D三项所示的结果,B项所示结果不可能出现。
2.下列关于DNA复制的叙述,正确的是(　　)A.DNA复制时,严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则B.DNA子链的合成方向都是从5'-端到3'-端C.DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制D.脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链答案:B解析:DNA复制时,严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则,A项错误。DNA复制的特点之一是边解旋边复制,C项错误。脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链,D项错误。
3.DNA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.腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键C.脱氧核糖与碱基之间的化学键D.脱氧核糖与磷酸之间的化学键答案:B解析:DNA复制过程中用到解旋酶和DNA聚合酶,其中解旋酶的作用是把2条螺旋的双链解开,破坏的是A与T、G与C之间的氢键。
4.假设1个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。下列叙述错误的是(　　)A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸B.噬菌体增殖需要细菌提供场所、原料和酶等C.含32P的子代噬菌体DNA与只含31P的子代噬菌体DNA的比例为1∶49D.噬菌体DNA复制在宿主细胞中进行