3-3+DNA的复制课件- 高一下学期生物人教版(2019) 必修2
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4、同位素标记法，标记什么元素好？
15N和14N是N元素的两种稳定的同 位素（无放射性），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。
二 Part Two DNA半保留复制的实验证据
二、DNA半保留复制的实验证据
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，运用同位素示踪技术和密度梯度离心技术， 设计了一个巧妙的实验，证明了DNA的确是以半保留的 方式复制的。
C DNA链的比值为( )
A．1∶1 B. 2∶1 C．3∶1 D．4∶1
[例题3]一个由15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中
C 培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的（ ）
A．1／10 B．1／5 C．1／16 D．1／25
3. 消耗的脱氧核苷酸数
若亲代DNA分子含某种脱氧核苷酸m个
AT
+ A T
CG
AT CG
GC
GC
AT
AT
GC
GC
9. DNA准确复制的原因 （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。
AT GC AT AT CG GC AT GC
AT
AT
GC
GC
AT
AT
+ A T
CG
AT CG
GC
GC
AT
AT
GC
实验验证 证明DNA半保留复制的实验
得出结论 DNA以半保留方式进行复制
三 Part Three DNA分子复制的过程
三、DNA复制的过程
亲代DNA
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（S期） 3. 场所： ①真核生物主要在细胞核
（线粒体、叶绿体） ②原核生物主要在拟核 ③病毒在宿主细胞
A
T
A
ACC
C G G
T TAA C
T
A
G
C
T
C
G
A
A
4.过程
解旋
能量
DNA聚合酶
脱氧核苷酸
双螺旋结构
5. 条件
（1）模板：亲代DNA的两条链 （2）原料：4种游离的脱氧核苷酸 （3）能量：ATP （4）酶： 解旋酶（氢键断裂）
DNA聚合酶（形成磷酸二酯键） 氢键的形成是自发的，不需要能量和酶
6 . 方 向 ： 子链的5’端→ 3’端或母链3’端→5’端
1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？ 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.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。
一 Part One 对DNA复制的推测
（1）子代DNA（含14N） 分子数： 2n个 （2）含亲代链（15N）的DNA分子数： 2个
注：无论复制多少次，含15N的DNA分子数始终是2个。 （3）不含亲代链（只含14N）的DNA分子数： 2n-2个 （4）只含15N的DNA分子数： 0个
练习
[例题1]一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N 的培养液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子 有__2_个，不含15N的DNA分子有__6_个，含有14N的 DNA分子有__8__个，不含14N的DNA分子有__0__个， 只含有14N的DNA分子有__6_个。
GC
10. 意义： DNA通过复制，会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。
四 Part Four DNA分子复制的计算
DNA复制过程图解
亲代
15N
复制1次
15N
14N
15N
14N
15N
2 =21
复制2次
14N
14N 14N
14N
4 =22
复制3次
8 =23
1. DNA分子数计算（复制n次）
一、对DNA复制的推测
1. 沃森和克里克假说——半保留复制
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互 P 补的碱基之间的氢键断裂，两条单链 分别作为复制的模板，游离脱氧核苷 P 酸根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。由 P 于新合成的每个DNA分子中，都保留
P
了原来DNA分子中的一条链，因此， 这种复制方式称作半保留复制。
3'
DNA
T A TGCA TGA T CGAGC T T
G
T
A TACGTACTAGCT CGAA
聚
A
CT
C G
3'
G A GA
合
5'
酶
AG TC
CTC G
T
5'
3'
A
C TT A T G C A T G A T C G A G C T T 5' ATACGTACTAGCTCGAA
4.过程 （3）重新螺旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。DNA复Βιβλιοθήκη 制子代DNA4.过程
（1）解旋：利用能量，在解旋酶作用下，氢键断裂，DNA双螺
旋的两条链解开。
3
'
GT A TGCA TGA T CGAGC T T
T
3'
A T
CT G G AC
AG
C T
C
G
T A
C G
GC G
AG
A
C
C TC GT
C G
AGT TA AAC TT
A
A T
TG AC C G
2. 脱氧核苷酸链数（复制n次）
（1）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：2n＋1条 （2）亲代脱氧核苷酸（15N）链数： 2条
注：无论复制多少次，含15N的链数始终是2条。 （3）新合成的脱氧核苷酸（14N）链数： 2n＋1-2条
练习
[例题2]用15N标记的一条双链DNA分子，在14N标记的培养 液中连续复制两次，其后代DNA单链中，含14N和15N的
15N 14N 14N14N
F2
14N14N 15N14N
第一代 第二代
提出DNA 离心 含14N的培养液
15N/15N 重带
提出DNA 离心
15N/14N 中带
提出DNA 离心
14N/14N 轻带 15N/14N 中带
5. 演绎推理 假设DNA的复制是全保留复制
15N 15N
P
15N15N
F1
14N 14N
第一代
第二代
提取DNA， 离心
提取DNA， 离心
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA 15N/ 14N-DNA
实验结果证明：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
DNA复制方式的探究历程
提出问题 DNA以什么方式进行复制？
提出假说 假设可能的复制方式
假说—演绎法
演绎推理 推理、演练该复制模式下得到子代 DNA的可能情况，预测可能实验结果
CT GA
AG TC
C G
GA
CTC G
33''
T
G
T A
A T
T A
G C
C G
A T
T A
G C
A TT
T TA
C C
GG
A
A GG CA T CT
G
C
TT
T AT
CG G AA A
CG
5'
A
3'
5'
T
5'
3'
A
T AT
C TA A TT GG C A ATT G A T C G A G C T T 5'
7. 特点： 边解旋边复制 半保留复制
DNA复制
8 . 结 果 ： 1个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子 ①2条母链碱基顺序是什么关系？ 互补 ②2条子链碱基顺序是什么关系？ 互补 ③新的2个DNA碱基顺序是什么关系？ 相同
AT GC AT AT CG GC AT GC
AT
AT
GC
GC
AT
复制一次
亲代DNA
子代DNA
思考与讨论
1、这些观点各有不同，如何来证明哪个观点是正确的？
通过实验验证
2、如果要你来设计实验，你认为关键思路是什么？
区分亲代和子代的DNA，观察母链在新DNA中出现的情况。
半保留复制
全保留复制
思考与讨论
3、DNA是肉眼看不见的，如何做区分亲子代的DNA？
同位素标记法
思考与讨论 阅读教材第54页“思考与讨论”，证明DNA半保留复制的实验。
二、DNA半保留复制的实验证据
1. 实验材料：大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 2. 科研方法：假说-演绎法 3. 科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法 同位素标记法：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，含15N的DNA比含14N的DNA密度 大，从而区分亲代和子代的DNA。 密度梯度离心法：利用离心技术可以在试管中区分含有不同N 元素的DNA。
T
G
A T
AAC T
TC AG
GA CT
TT
G ACTAPA
G
5'
C
解旋酶
C
A
T
A
C
G
T
A
C
T
A
G
C
T
C
G
A
A
5 '
4.过程
注：氢键形成不需酶，磷酸二酯键形成需DNA聚合酶
（2）合成子链：DNA聚合酶等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。
15N 15N 14N 14N
F2
14N 14N 14N 14N
第一代 第二代
提出DNA 离心 含14N的培养液 提出DNA 离心
15N/15N 重带
14N/14N 轻带 15N/15N 重带
提出DNA 离心
14N/14N 轻带 15N/15N 重带
6. 实验结果
转移到含14N的 培养液中
提取DNA， 离心
3. 科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法
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。
4. 实验过程：
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中 生长若干代，大肠杆菌DNA几乎
都是15N标记的
在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA， 再将DNA离心，记录离心后试管中 DNA的位置
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis material.
Full details of the structure,including the con-ditions assumed in building it,together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere.
转移到含14NH4Cl 的培养液中
提取DNA， 离心
第一代
第二代
提取DNA， 离心
提取DNA， 离心
尝试画出1个DNA分子分别按照半保留复制、 全保留复制的方式复制两次的图解模型。
半保留复制
复制一次
+
全保留复制
复制一次
+
5. 演绎推理 假设DNA的复制是半保留复制
15N 15N P
15N 14N 15N14N F1
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”。
问题探讨
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”。
第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
无论细胞是有丝分裂还是减 数分裂，都要经历一个较长 的细胞分裂间期。细胞在分 裂间期主要有什么变化？
DNA分子是怎样进 行复制的呢?
问题探讨
《核酸的分子结构》论文节选
in the following communications. We were not a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
C：400个
亲代中C：400个
C：400个
C：400个
F1：共2个400个 消耗1个400个 F2：共4个400个 消耗2个400个
400个 400个
400个 400个
F3：共8个400个 消耗4个400个 Fn：共2n个400个 消耗2n-1个400个
脱氧 C
P 核糖
P 脱氧 G 核糖脱氧 C
核糖 P
脱氧 P C 核糖
脱氧 G
P 脱氧 C 核糖脱氧 G
P 核糖
核糖 P
3'
5'
1. 沃森和克里克假说—半保留复制：新复制的DNA分子一半 是新的，一半是旧的。
复制一次
亲代 DNA
子代DNA
2. 其他假说—全保留复制：新复制的DNA分子直接形成， 完全没有旧的部分。
脱氧
脱氧 A
T 核糖
核糖
P
脱氧
脱氧 T A 核糖
核糖
P
脱氧
脱氧 C G 核糖
核糖
P
脱氧
脱氧 G C
核糖
核糖
P
1. 沃森和克里克假说——半保留复制
5'
3'
T
脱氧 P
核糖
脱氧 A
P 核糖
P 脱氧 T 核脱糖氧 A
核糖 P
脱氧 P A 核糖
脱氧 T
P 脱氧 A 核糖脱氧 T
P 核糖
核糖 P
脱氧 P G 核糖
15N和14N是N元素的两种稳定的同 位素（无放射性），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。
二 Part Two DNA半保留复制的实验证据
二、DNA半保留复制的实验证据
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，运用同位素示踪技术和密度梯度离心技术， 设计了一个巧妙的实验，证明了DNA的确是以半保留的 方式复制的。
C DNA链的比值为( )
A．1∶1 B. 2∶1 C．3∶1 D．4∶1
[例题3]一个由15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中
C 培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的（ ）
A．1／10 B．1／5 C．1／16 D．1／25
3. 消耗的脱氧核苷酸数
若亲代DNA分子含某种脱氧核苷酸m个
AT
+ A T
CG
AT CG
GC
GC
AT
AT
GC
GC
9. DNA准确复制的原因 （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。
AT GC AT AT CG GC AT GC
AT
AT
GC
GC
AT
AT
+ A T
CG
AT CG
GC
GC
AT
AT
GC
实验验证 证明DNA半保留复制的实验
得出结论 DNA以半保留方式进行复制
三 Part Three DNA分子复制的过程
三、DNA复制的过程
亲代DNA
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（S期） 3. 场所： ①真核生物主要在细胞核
（线粒体、叶绿体） ②原核生物主要在拟核 ③病毒在宿主细胞
A
T
A
ACC
C G G
T TAA C
T
A
G
C
T
C
G
A
A
4.过程
解旋
能量
DNA聚合酶
脱氧核苷酸
双螺旋结构
5. 条件
（1）模板：亲代DNA的两条链 （2）原料：4种游离的脱氧核苷酸 （3）能量：ATP （4）酶： 解旋酶（氢键断裂）
DNA聚合酶（形成磷酸二酯键） 氢键的形成是自发的，不需要能量和酶
6 . 方 向 ： 子链的5’端→ 3’端或母链3’端→5’端
1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？ 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.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。
一 Part One 对DNA复制的推测
（1）子代DNA（含14N） 分子数： 2n个 （2）含亲代链（15N）的DNA分子数： 2个
注：无论复制多少次，含15N的DNA分子数始终是2个。 （3）不含亲代链（只含14N）的DNA分子数： 2n-2个 （4）只含15N的DNA分子数： 0个
练习
[例题1]一个DNA被15N标记的大肠杆菌，在只含14N 的培养液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子 有__2_个，不含15N的DNA分子有__6_个，含有14N的 DNA分子有__8__个，不含14N的DNA分子有__0__个， 只含有14N的DNA分子有__6_个。
GC
10. 意义： DNA通过复制，会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。
四 Part Four DNA分子复制的计算
DNA复制过程图解
亲代
15N
复制1次
15N
14N
15N
14N
15N
2 =21
复制2次
14N
14N 14N
14N
4 =22
复制3次
8 =23
1. DNA分子数计算（复制n次）
一、对DNA复制的推测
1. 沃森和克里克假说——半保留复制
DNA复制时，DNA双螺旋解开，互 P 补的碱基之间的氢键断裂，两条单链 分别作为复制的模板，游离脱氧核苷 P 酸根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。由 P 于新合成的每个DNA分子中，都保留
P
了原来DNA分子中的一条链，因此， 这种复制方式称作半保留复制。
3'
DNA
T A TGCA TGA T CGAGC T T
G
T
A TACGTACTAGCT CGAA
聚
A
CT
C G
3'
G A GA
合
5'
酶
AG TC
CTC G
T
5'
3'
A
C TT A T G C A T G A T C G A G C T T 5' ATACGTACTAGCTCGAA
4.过程 （3）重新螺旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。DNA复Βιβλιοθήκη 制子代DNA4.过程
（1）解旋：利用能量，在解旋酶作用下，氢键断裂，DNA双螺
旋的两条链解开。
3
'
GT A TGCA TGA T CGAGC T T
T
3'
A T
CT G G AC
AG
C T
C
G
T A
C G
GC G
AG
A
C
C TC GT
C G
AGT TA AAC TT
A
A T
TG AC C G
2. 脱氧核苷酸链数（复制n次）
（1）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：2n＋1条 （2）亲代脱氧核苷酸（15N）链数： 2条
注：无论复制多少次，含15N的链数始终是2条。 （3）新合成的脱氧核苷酸（14N）链数： 2n＋1-2条
练习
[例题2]用15N标记的一条双链DNA分子，在14N标记的培养 液中连续复制两次，其后代DNA单链中，含14N和15N的
15N 14N 14N14N
F2
14N14N 15N14N
第一代 第二代
提出DNA 离心 含14N的培养液
15N/15N 重带
提出DNA 离心
15N/14N 中带
提出DNA 离心
14N/14N 轻带 15N/14N 中带
5. 演绎推理 假设DNA的复制是全保留复制
15N 15N
P
15N15N
F1
14N 14N
第一代
第二代
提取DNA， 离心
提取DNA， 离心
15N/ 15N-DNA
15N/ 14N-DNA
14N/ 14N-DNA 15N/ 14N-DNA
实验结果证明：DNA的复制是以半保留的方式进行的。
DNA复制方式的探究历程
提出问题 DNA以什么方式进行复制？
提出假说 假设可能的复制方式
假说—演绎法
演绎推理 推理、演练该复制模式下得到子代 DNA的可能情况，预测可能实验结果
CT GA
AG TC
C G
GA
CTC G
33''
T
G
T A
A T
T A
G C
C G
A T
T A
G C
A TT
T TA
C C
GG
A
A GG CA T CT
G
C
TT
T AT
CG G AA A
CG
5'
A
3'
5'
T
5'
3'
A
T AT
C TA A TT GG C A ATT G A T C G A G C T T 5'
7. 特点： 边解旋边复制 半保留复制
DNA复制
8 . 结 果 ： 1个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子 ①2条母链碱基顺序是什么关系？ 互补 ②2条子链碱基顺序是什么关系？ 互补 ③新的2个DNA碱基顺序是什么关系？ 相同
AT GC AT AT CG GC AT GC
AT
AT
GC
GC
AT
复制一次
亲代DNA
子代DNA
思考与讨论
1、这些观点各有不同，如何来证明哪个观点是正确的？
通过实验验证
2、如果要你来设计实验，你认为关键思路是什么？
区分亲代和子代的DNA，观察母链在新DNA中出现的情况。
半保留复制
全保留复制
思考与讨论
3、DNA是肉眼看不见的，如何做区分亲子代的DNA？
同位素标记法
思考与讨论 阅读教材第54页“思考与讨论”，证明DNA半保留复制的实验。
二、DNA半保留复制的实验证据
1. 实验材料：大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 2. 科研方法：假说-演绎法 3. 科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法 同位素标记法：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，含15N的DNA比含14N的DNA密度 大，从而区分亲代和子代的DNA。 密度梯度离心法：利用离心技术可以在试管中区分含有不同N 元素的DNA。
T
G
A T
AAC T
TC AG
GA CT
TT
G ACTAPA
G
5'
C
解旋酶
C
A
T
A
C
G
T
A
C
T
A
G
C
T
C
G
A
A
5 '
4.过程
注：氢键形成不需酶，磷酸二酯键形成需DNA聚合酶
（2）合成子链：DNA聚合酶等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。
15N 15N 14N 14N
F2
14N 14N 14N 14N
第一代 第二代
提出DNA 离心 含14N的培养液 提出DNA 离心
15N/15N 重带
14N/14N 轻带 15N/15N 重带
提出DNA 离心
14N/14N 轻带 15N/15N 重带
6. 实验结果
转移到含14N的 培养液中
提取DNA， 离心
3. 科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法
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。
4. 实验过程：
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中 生长若干代，大肠杆菌DNA几乎
都是15N标记的
在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA， 再将DNA离心，记录离心后试管中 DNA的位置
It has not escoped our notice that the spscific pairing we have postulated immedintely suggests apossible copying mechanism for the genetis material.
Full details of the structure,including the con-ditions assumed in building it,together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere.
转移到含14NH4Cl 的培养液中
提取DNA， 离心
第一代
第二代
提取DNA， 离心
提取DNA， 离心
尝试画出1个DNA分子分别按照半保留复制、 全保留复制的方式复制两次的图解模型。
半保留复制
复制一次
+
全保留复制
复制一次
+
5. 演绎推理 假设DNA的复制是半保留复制
15N 15N P
15N 14N 15N14N F1
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”。
问题探讨
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”。
第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
无论细胞是有丝分裂还是减 数分裂，都要经历一个较长 的细胞分裂间期。细胞在分 裂间期主要有什么变化？
DNA分子是怎样进 行复制的呢?
问题探讨
《核酸的分子结构》论文节选
in the following communications. We were not a ware of the details of the results presonted there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chenical arguments.
C：400个
亲代中C：400个
C：400个
C：400个
F1：共2个400个 消耗1个400个 F2：共4个400个 消耗2个400个
400个 400个
400个 400个
F3：共8个400个 消耗4个400个 Fn：共2n个400个 消耗2n-1个400个
脱氧 C
P 核糖
P 脱氧 G 核糖脱氧 C
核糖 P
脱氧 P C 核糖
脱氧 G
P 脱氧 C 核糖脱氧 G
P 核糖
核糖 P
3'
5'
1. 沃森和克里克假说—半保留复制：新复制的DNA分子一半 是新的，一半是旧的。
复制一次
亲代 DNA
子代DNA
2. 其他假说—全保留复制：新复制的DNA分子直接形成， 完全没有旧的部分。
脱氧
脱氧 A
T 核糖
核糖
P
脱氧
脱氧 T A 核糖
核糖
P
脱氧
脱氧 C G 核糖
核糖
P
脱氧
脱氧 G C
核糖
核糖
P
1. 沃森和克里克假说——半保留复制
5'
3'
T
脱氧 P
核糖
脱氧 A
P 核糖
P 脱氧 T 核脱糖氧 A
核糖 P
脱氧 P A 核糖
脱氧 T
P 脱氧 A 核糖脱氧 T
P 核糖
核糖 P
脱氧 P G 核糖