1、-1- 第3节 DNA的复制 -2- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 学习目标 1.通过分析DNA半保留复制的实验证据,阐明 运用假说演绎法进行科学探究的基本思路。 2.分析DNA复制过程,归纳DNA复制过程中相 关数量计算,提高逻辑分析和计算能力。 -3- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 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 解旋:DNA复制时,DNA双螺旋解开,互补的碱基之间的氢键断裂。 复制:解开的两条单链作为复制的模板,游离的脱氧
2、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。 -4- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 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。 -5- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 (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,
3、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。 -6- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 4.实验预期 (1)大肠杆菌在含有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)将DNA被15N标记的大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的培养液中繁 殖一代,提取DNA离心一条DNA带,位于试管中部。 (3)再繁殖一代,提取DNA离心两条DNA带,一条位于试管中部、 一条靠上。 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
4、的。 -7- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 二、DNA复制的过程 -8- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 -9- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 预习反馈 1.判断正误。 (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)植物细胞的线粒体和叶绿体中也可发生DNA的复制。( ) (3)DNA复制需要消耗能量、需要解旋酶。( ) (4)真核生物的DNA复制主要发生在细胞核中。( ) (5)在一个细胞周期中,DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母
5、链之间。( ) (6)DNA复制就是以亲代DNA的一条链为模板合成子代DNA的过 程。( ) (7)DNA复制一旦完成,亲代DNA不再存在,模板链依然存在。( ) -10- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 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.密度梯度超速离心后,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15N标记亲代细胞的DNA,在含 14N的培养液中连续分裂两次(在分裂的间
6、期DNA都复制一次),分 别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA,进行密度梯度超速离 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。 -11- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 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3H B.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
7、案:C -12- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 4.(2020 山东淄博检测)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.1/2 B.1/4 C.1/6 D.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。 -13- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 5.下图为真核生物染色体上DNA复制过程
8、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 -14- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 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项不对。图中DNA复制是边解旋边双 向复制的。真核生物DNA的复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等 参与。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。 -15- 第3节 DNA的复
9、制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课前篇自主预习 6.(2020 辽宁沈阳检测)已知某DNA含有500个碱基对,其中一条链 上ACTG=1234。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=5004/(1+2+3+4)=200(个),则另一条 链上G的数目=5002/(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,
10、则n=4,即复制了4 次。 -16- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据 情境导引 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DN
11、A上的氮元素。 -17- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 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: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。 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。 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
12、底部、一条靠上。 -18- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 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 亲代大肠杆菌的DNA的两条链都被15N标记,DNA相对分子质量 最大,离心时应该靠近试管的底部。 如果DNA两条链中都含有14N,那么DNA相对分子质量最小,离心 时应该在试管的上部。 如果DNA两条链中一条含有15N,一条含有14N,那么DNA在离心 时应该在试管的中部。 -19- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 (
13、3)实验结果 亲代大肠杆菌的DNA带只有一条,位置靠近试管底部。 第一代细菌(DNA复制了一次)的DNA带只有一条,在试管中的位 置居中。 第二代细菌(DNA复制了两次)的DNA有两条,在试管中的位置一 条居中,另一条靠上。 (4)实验结论:DNA的复制方式为半保留复制。 -20- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 典例剖析 某校一个生物活动小组进行研究性学习,他们借助某大学的实验设 备,对有关DNA复制的方式进行探索,有人认为DNA是全保留复制, 也有人认为DNA是半保留复制。为了验证这两种假设,他们设计了 下列实验,请完成实验并预测结
14、果。 -21- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 (1)实验步骤 第一步:在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA均为14N- DNA;在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA均为15N- DNA。提取DNA并用某种离心方法分离得到的结果如上图所示, 其DNA分别分布在轻带和重带上。 第二步:将亲代大肠杆菌(15N-DNA)转移到含14N的培养基上繁殖一 代()。 如果DNA ,则是全保留复制; 如果DNA ,则是半保留复制。 第三步:为了进一步验证第二步的推测结果,将亲代大肠杆菌(15N- DNA)转移到含14N的培养基
15、上连续繁殖两代(),如果 DNA ,则是全保留复制;如果 DNA ,则是半保留复制。 -22- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 (2)有人提出:第一代()的DNA用解旋酶处理后再离心,就能直接 判断DNA的复制方式,如果轻带和重带各占1/2,则一定为半保留复 制。你认为这种说法是否正确? ;原因 是 。 -23- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 答案:(1)一半在轻带位置,一半在重带位置 全部位于中带位置 3/4在轻带位置,1/4在重带位置 一半在中带位置,一半在轻带位置 (2)
16、不正确 不论是全保留复制,还是半保留复制,其第一代用解旋 酶处理后,都有一半的单链含15N,一半的单链含14N,离心后都有一 半单链在重带上,一半单链在轻带上 -24- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 解析:(1)亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上繁殖一代() 后,若为全保留复制的话,复制产生的DNA分子中一半DNA两条链 均含14N,另外一半DNA两条链均含15N,故一半在轻带位置,一半在 重带位置;若为半保留复制的话,复制产生的DNA分子中都是一条 链含14N、一条链含15N,故全部位于中带位置。 亲代大肠杆菌含15N
17、转移到含14N的培养基上连续繁殖两代()后, 全保留复制的话,DNA分子中有1/4的DNA两条链均含15N,另外有 3/4的DNA两条链均含14N,故3/4出现在轻带位置,1/4出现在重带位 置;半保留复制的话,一半DNA分子中都是一条链含14N、一条链含 15N,另一半DNA分子两条链均含14N,故一半在中带位置,一半在轻 带位置。 (2)第一代()的DNA用解螺旋酶处理后再离心,半保留复制和全复 制形成的子代DNA单链都是一半含14N,一半含15N,则一半在轻带 位置,一半在重带位置。 -25- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 活学
18、活练 (多选)1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料进行实验(如下图),证 实了DNA是以半保留方式复制的。试管是模拟可能出现 的结果。下列相关推论不正确的是( ) -26- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 培养条件与方法: (1)在含15N的培养基培养若干代,使DNA双链均被15N标记(试管) (2)转至14N的培养基培养,每30 min繁殖一代。 (3)提取每代DNA样本,并离心分层。 A.该实验运用了同位素标记法,出现的结果至少需要90 min B.是转入14N培养基中复制一代的结果,是复制两代的结果 C.对得到DNA以半保留方式
19、复制结论起关键作用的是试管的结 果 D.给试管中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管所 示 -27- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 答案:ABD 解析:根据DNA半保留复制特点,转入14N培养基中复制二代后所得 DNA分子中,有一半DNA分子只含14N,另一半DNA分子的两条链一 条链含有15N,一条链含有14N,离心后分布在中带和轻带上,即图 所示结果,即出现的结果至少要复制两次,而细菌每30 min复制一 次,因此至少需要60 min,A项错误;亲代DNA的两条链均被15N标记, 在14N培养基的环境中增殖,DNA复制两次后,
20、所形成的DNA存在于 中带和轻带,所以是转入14N培养基中复制一代的结果,是复制 两代的结果,B项错误;对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作 用的是试管结果,即转入14N培养基中复制一代后所得DNA分子 都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心后都分布在中带上,C项 正确;中含有中带,说明含有15N的DNA分子链,经解旋酶的作用后 应出现重带,而中全为轻带,表示不具有15N标记的DNA分子链,D 项错误。 -28- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 DNA复制的过程和特点复制的过程和特点 情境导引 下图是DNA复制的图解, 请据
21、图回答下列问题。 -29- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 (1)图中的1表示 过程,需要 酶的作用。DNA复 制是一个边 边 的过程。 (2)图中的2过程表示以母链为模板进行碱基 的 。 (3)图中的3过程包括子链中相邻脱氧核苷酸的 与 交替连接以及子链与母链在空间结构上的 化。 参与此过程的酶有 等。 (4)子代DNA中,一条链来自 ,另一条 是 ,这说明DNA复制的方式 是 。 -30- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 答案:(1)解旋 解旋 解旋 复制 (2)互补配对 (
22、3)脱氧核糖 磷酸 螺旋 DNA聚合酶 (4)亲代DNA 新合成的子链 半保 留复制 -31- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 归纳提升 DNA复制的有关计算 (1)将含有15N标记的DNA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复制相关计算。 -32- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 -33- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 (2)DNA复制消耗脱氧核苷酸数的计算方法 若一亲代DN
23、A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。 第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m 2n-1个。 -34- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 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。 -35- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点
24、二 典例剖析 下图为DNA复制的图解,请据图回答下列问题。 -36- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 (1)DNA复制发生在 期。 (2)过程称为 。 (3)指出中的子链: 。 (4)过程必须遵循 原则。 (5)子代DNA中只有一条链来自亲代DNA,由此说明DNA的复制方 式是 。 (6)将一个细胞的DNA用15N标记(假设一个细胞中只有一个DNA), 放入含被14N标记的4种脱氧核苷酸培养液中,使其连续分裂4次,则 含被14N标记的DNA的细胞占总细胞数的 ,含被15N标记 的DNA的细胞占总细胞数的 。 (7)已知原来DNA中有10
25、0个碱基对,其中A有40个,则复制4次,在复 制过程中将需要 个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸参加。 -37- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 答案:(1)细胞分裂前的间 (2)解旋 (3)、 (4)碱基互补配对 (5)半保留复制 (6)100% 12.5% (7)900 解析:DNA的复制方式为半保留复制,子代DNA中有一条母链和与 母链互补的子链;1个DNA分子复制n次产生的子代DNA分子数为 2n个;若亲代DNA中含某种碱基数为a个,则复制n次需该种碱基数 为a(2n-1)个。 -38- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学
26、习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 误区警示“DNA复制”相关题目的4点“注意” (1)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,但后者只包括第n次的复制。 (2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。 (3)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2个。 (4)看清题目中问的是“DNA数”还是“链数”、“含”还是“只含”等关 键词,以免掉进陷阱。 -39- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 活学活练 1.(多选)(2020 山东临沂检测)DNA片段复制的情况如下图所示
27、,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 -40- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 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及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
28、上的值一般不相同,所以A、C、 D三项中的说法均正确。 -41- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 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1/8 B.含有14N的DNA占7/8 C.消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个 D.产生了16个DNA分子 -42- 第3节 DNA的复制 课前篇自主预习 课堂篇探究学习 课堂篇探究学习 探究点一 探究点二 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 分子都是含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)。
