DNA的復(fù)制課件高一下學(xué)期生物人教版必修22

DNA

的

復(fù)

制DNA中的遺傳信息在親子代間傳遞時必然要經(jīng)歷“自我復(fù)制”，如何保證復(fù)制的準(zhǔn)確性呢？DNA是如何復(fù)制的？課堂導(dǎo)入一、對DNA復(fù)制的推測--提出問題沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那篇著名短文的結(jié)尾處寫道：“值得注意的是，我們提出的這種堿基特異性配對方式，暗示著遺傳物質(zhì)進行復(fù)制的一種可能的機制。”inthefollowingcommunications.Wewerenotawareofthedetailsoftheresultspresentedtherewhenwedevisedourstructure,whichrestsmainlythoughnotentirelyonpublishedexperimentaldataandstereo-chemicalarguments.

Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegengticmaterial.Fulldetailsofthestructure,includingthecon-ditionsassumedinbuildingit,togetherwithasetofco-ordinatesfortheatoms,willbepublishedelsewhere.《核酸的分子結(jié)構(gòu)》論文節(jié)選沃森和克里克

提出DNA自我復(fù)制假說：半保留復(fù)制一、對DNA復(fù)制的推測--提出假說一、對DNA復(fù)制的推測--提出假說假說1：半保留復(fù)制

(沃森和克里克提出）半保留復(fù)制：形成的子代DNA一條鏈?zhǔn)怯H代鏈，一條鏈?zhǔn)切潞铣傻募僬f2：全保留復(fù)制全保留復(fù)制：子代DNA的雙鏈都是新合成的假說3：分散復(fù)制方式親代DNA子代DNA親代DNA分子斷裂成短片段，以這些親本短片段為模板合成同樣長短的新的DNA片段，再將這些新舊片段混合連接，形成完整的全長DNA分子。這樣形成的雙鏈，均既含有親本DNA片段，又有新合成的DNA片段。一、對DNA復(fù)制的推測--提出假說一、對DNA復(fù)制的推測1.要通過實驗“探究DNA復(fù)制是哪種方式？”

關(guān)鍵思路是什么？2.肉眼看不見DNA，如何區(qū)分親代和子代的DNA呢？同位素標(biāo)記法

15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定的同位素，這兩種同位素的相對原子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用密度梯度離心技術(shù)可以在試管中區(qū)分含有不同N元素的DNA。關(guān)鍵思路：區(qū)分親代和子代的DNA一、對DNA復(fù)制的推測密度梯度離心：是一種利用離心力和密度梯度介質(zhì)分離不同密度顆粒的技術(shù)。密度低高科學(xué)家先用含有15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖若干代，這時，大腸桿菌的DNA幾乎都是15N標(biāo)記的。然后，將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中。在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，再將提取的DNA進行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。【實驗過程】15NH4Cl14N/14N-DNA繁殖若干代15N/15N-DNA目的？得到的大腸桿菌DNA幾乎都是15N標(biāo)記的一、對DNA復(fù)制的推測--演繹推理15N/15N-DNA再分裂一次分裂一次提取DNA離心提取DNA離心？？？哪個位置？？？哪個位置14NH4Cl一、對DNA復(fù)制的推測--演繹推理15N14N14N15N14N14N14N14N15N14N15N14NPF1F215N15N15N/15N重帶15N/14N14N/14N15N/14N輕帶中帶中帶第二代第一代提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心含14N的培養(yǎng)液1.假設(shè)DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制一、對DNA復(fù)制的推測--演繹推理第二代含14N的培養(yǎng)液第一代提出DNA離心提出DNA離心15N15NPF1F214N14N提出DNA離心重帶輕帶重帶輕帶重帶15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N15N/15N14N/14N15N/15N14N/14N15N/15N2.假設(shè)DNA的復(fù)制是全保留復(fù)制一、對DNA復(fù)制的推測--演繹推理證明DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制排除DNA的復(fù)制是全保留復(fù)制排除DNA的復(fù)制是分散型復(fù)制親代子一代子二代細胞再分裂一次15N14N15N15N14N14N轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂一次15N14N提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心15N/15N-DNA15N/14N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)--實驗驗證、得出結(jié)論提出問題作出假設(shè)得出結(jié)論演繹推理實驗驗證證明DNA半保留復(fù)制的實驗DNA以半保留方式復(fù)制（全保留、分散）推理、探究幾種復(fù)制模式下得到子代DNA的可能情況，預(yù)測可能實驗結(jié)果DNA以半保留方式進行復(fù)制證明DNA半保留復(fù)制的實驗假說演繹法DNA復(fù)制方式的探究歷程--假說-演繹法該圖為噬菌體侵染大腸桿菌的實驗示意圖，請大家思考紅色圈大腸桿菌內(nèi)子代噬菌體的DNA分子，為什么有的DNA兩條鏈中一條為紅色標(biāo)記一條為藍色標(biāo)記，為什么有的DNA分子的兩條鏈均為藍色標(biāo)記？：T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制三、DNA復(fù)制的過程1、概念指以親代DNA的兩條鏈為模板合成子代DNA的過程。2、時間細胞分裂前的間期3、場所真核生物：細胞核（主要）、葉綠體和線粒體（基質(zhì)）原核生物：擬核、細胞質(zhì)病毒生物：宿主細胞內(nèi)（5）DNA復(fù)制的過程：DNA聚合酶DNA解旋酶復(fù)制分叉子鏈DNA模板鏈DNA聚合酶DNA模板鏈子鏈DNA氫鍵一條母鏈和一條子鏈螺旋成為一個新的DNA分子解旋合成子鏈重新螺旋解旋酶雙鏈解開4種脫氧核苷酸DNA聚合酶磷酸二酯鍵4種脫氧核苷酸加熱解旋需要ATP提供能量解旋酶作用（斷裂氫鍵）把兩條螺旋的雙鏈解開，暴露堿基合成子鏈模板：解開的兩條母鏈原料：游離的四種脫氧核苷酸酶：DNA聚合酶等（形成磷酸二酯鍵）原則：堿基互補配對邊解旋邊復(fù)制形成子代DNA每條新鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋三、DNA復(fù)制的過程4、過程方向：子鏈延伸方向的5’→3’加熱三、DNA復(fù)制的過程5、條件模板原料酶能量DNA分子的兩條母鏈細胞中游離的4種脫氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶等ATP（破壞氫鍵）

DNA復(fù)制是一個邊解旋邊復(fù)制的過程，需要模板、原料、能量和酶等基本條件。DNA獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板，通過堿基互補配對，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進行。DNA通過復(fù)制，將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。三、DNA復(fù)制的過程6、特點半保留復(fù)制；邊解旋邊復(fù)制。資料：已知果蠅的基因組大小為1.8×108bp(bp表示堿基對)，真核細胞中DNA復(fù)制的效率一般為50-100bp/s。下圖為果蠅DNA的電鏡照片，圖中的泡狀結(jié)構(gòu)叫作DNA復(fù)制泡，是DNA上正在復(fù)制的部分。真核生物：（復(fù)制原點）多起點雙向復(fù)制解旋酶酶5'3'3'5'DNA聚合酶5'3'前導(dǎo)鏈5'3'岡崎片段DNA連接酶DNA聚合酶的底物：脫氧核苷酸DNA連接酶的底物：DNA片段后隨鏈前導(dǎo)鏈與后隨（滯后鏈）：互補配對知識拓展：DNA半不連續(xù)復(fù)制DNA復(fù)制的前導(dǎo)鏈（領(lǐng)頭鏈）和后隨鏈（滯后鏈）拓展拓展原核生物DNA復(fù)制的特點：邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制單起點雙向復(fù)制三、DNA復(fù)制的過程7、準(zhǔn)確自我復(fù)制原因：資料：DNA平均每復(fù)制109個堿基對才會產(chǎn)生一個錯誤。DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)提供精確的模板復(fù)制過程嚴格遵循堿基互補配對原則8、生物學(xué)意義：使遺傳信息從親代傳遞給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性。原則時間場所條件模板原料能量酶方向特點意義細胞分離裂前的間期真核：細胞核、線粒體、葉綠體原核：擬核、細胞質(zhì)（質(zhì)粒）親代DNA的兩條鏈4種游離的脫氧核苷酸ATP水解提供解旋酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等從子鏈的5'端向3'端延伸半保留復(fù)制；邊解旋邊復(fù)制；多起點雙向復(fù)制；半不連續(xù)復(fù)制遺傳信息的傳遞堿基互補配對DNA復(fù)制總結(jié)2、氫鍵的形成需要酶的催化嗎？a和c，b和d的堿基排列順序相同。解旋酶DNA聚合酶磷酸二酯鍵氫鍵不需要1、圖1中的酶1和酶2分別是什么酶？圖2中e、f分別是什么鍵，圖1中的酶分別作用于

哪些鍵？3、a、b、c、d4條單鏈中，堿基排列順序相同的是？一、概念檢測1.××2.B3.C二、拓展應(yīng)用1．【提示】可能有6個堿基發(fā)生錯誤。產(chǎn)生的影響可能很大，也可能沒有影響。2．【答案】說明果蠅的DNA有多個復(fù)制起點，可同時從不同起點開始DNA的復(fù)制，由此加快DNA復(fù)制的速率，為細胞分裂做好物質(zhì)準(zhǔn)備。四、DNA復(fù)制相關(guān)的計算一個被15N標(biāo)記的DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)3代的DNA復(fù)制過程。親代15N15N15N15N14N14N14N14N14N14N復(fù)制1次復(fù)制2次復(fù)制3次248=21=22=23DNA數(shù)量四、DNA復(fù)制相關(guān)的計算一個被15N標(biāo)記的DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中復(fù)制了n次：子代DNA①子代DNA分子數(shù)

個；②只含15N的DNA數(shù)

個；③含15N的DNA數(shù)

個；④只含14N的DNA數(shù)

個；⑤含14N的DNA數(shù)

個。2n022n-22n脫氧核苷酸鏈數(shù)①含15N的鏈數(shù)

條；②含14N的鏈數(shù)

條；③子代DNA中被標(biāo)記的DNA所占的比例

；④子代中被標(biāo)記的鏈占總鏈數(shù)的比例

。22n+1-22/2n=1/2n-12/2n+1=1/2n四、DNA復(fù)制相關(guān)的計算一個被15N標(biāo)記的DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中復(fù)制了n次，假如該DNA分子中含有腺嘌呤脫氧核苷酸m個。消耗的脫氧核苷酸數(shù)：①經(jīng)過n次復(fù)制需消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸為____________個。②在第n次復(fù)制時，需消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)為____________個。不消耗m·(2n－1)m·2n－1

A某個DNA片段由500對堿基組成，A+T占堿基總數(shù)的34%，該DNA片段復(fù)制3次，共需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸分子個數(shù)為（

）A.990B.1650C.1320D.2310D有15N標(biāo)記的一個DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基中復(fù)制三次，則含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例、含15N的單鏈占全部DNA分子單鏈的比例依次是（

）

A.1/4、1/8

B.1/2、1/4

C.1/4、1/16

D.1/8、1/8AACTTGACGATGAACTGCT復(fù)制染色體數(shù)目不變

DNA數(shù)目加倍復(fù)制產(chǎn)生的兩個子代DNA分子位于一條染色體的兩條姐妹染色單體上，由著絲點連在一起，在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期著絲點分裂時分開，分別進入兩個子細胞中。ACTTGACGATGAACTGCTACTTGACGATGAACTGCT五、有絲分裂與減數(shù)分裂中染色體標(biāo)記情況分析以一個細胞中的所有DNA的兩條鏈被標(biāo)記為例1.有絲分裂中染色體標(biāo)記情況分析第一次有絲分裂用15N標(biāo)記1對同源染色體上的2個DNA分子每條同源染色體上的每條染色體單體均帶有標(biāo)記分裂形成2個子細胞，每個子細胞中的每條染色體均帶有標(biāo)記五、有絲分裂與減數(shù)分裂中染色體標(biāo)記情況分析1.有絲分裂中染色體標(biāo)記情況分析第二次有絲分裂分裂形成4個子細胞，子細胞類型有4種組合方式。①①有

的子細胞帶有標(biāo)記②②③有

的子細胞帶有標(biāo)記④④

子細胞帶有標(biāo)記③1/2

3/4全部五、有絲分裂與減數(shù)分裂中染色體標(biāo)記情況分析含有標(biāo)記的子細胞數(shù)為２或３或４。一個細胞中標(biāo)記染色體數(shù)0~2n以一個細胞中的所有DNA的兩條鏈被標(biāo)記為例2.減數(shù)分裂中染色體標(biāo)記情況分析15N標(biāo)記1對同源染色體上的兩個DNA分子同源染色體分離姐妹染色單體分離分裂形成4個子細胞，全部子細胞中的每條染色體均帶有標(biāo)記。五、有絲分裂與減數(shù)分裂中染色體標(biāo)記情況分析含有放射性的子細胞數(shù)為４，每個細胞中被標(biāo)記染色體n條ACT