2020_2021学年新教材高中生物第3章基因的本质第3节DNA的复制课件新人教版必修第二册202106052194.pptx
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1、第第3节节DNA的复制的复制课标定课标定位位1.对对DNA复制的推测复制的推测阐述科学家提出的阐述科学家提出的DNA半保留复制假说和半保留复制假说和DNA全保留复制假说。全保留复制假说。2.DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据分析证明分析证明DNA半保留复制的实验是如何设计的。半保留复制的实验是如何设计的。3.DNA复制的过程及意义复制的过程及意义概述概述DNA的复制过程及的复制过程及DNA的半保留复制对遗的半保留复制对遗传信息的稳定传递的意义。传信息的稳定传递的意义。素养阐释素养阐释1.通过学习科学家对通过学习科学家对DNA复制方式的探究复制方式的探究,培养培养实验设计及对实验结果
2、进行分析的能力。通过实验设计及对实验结果进行分析的能力。通过分析证明分析证明DNA半保留复制的实验半保留复制的实验,阐明运用假说阐明运用假说演绎法进行科学探究的基本思路。演绎法进行科学探究的基本思路。2.基于对基于对DNA半保留复制机制的理解半保留复制机制的理解,进一步形进一步形成结构与功能相适应的观念。成结构与功能相适应的观念。3.通过对同位素标记技术的学习通过对同位素标记技术的学习,举例说明物理举例说明物理学和化学方法在生物学研究中的重要作用学和化学方法在生物学研究中的重要作用,并能并能在新情境下运用这些方法分析和解决问题在新情境下运用这些方法分析和解决问题。素养阐释素养阐释4.通过计算通
3、过计算DNA分子中的碱基数量和分子中的碱基数量和DNA复制复制过程中所需脱氧核苷酸的数量、产生的过程中所需脱氧核苷酸的数量、产生的DNA分分子的数量等子的数量等,培养归纳与概括、逻辑分析与计算培养归纳与概括、逻辑分析与计算能力。能力。自主自主预习预习新知导学新知导学一、一、对DNA复制的推复制的推测1.沃森和克里克的遗传物质自我复制的假说沃森和克里克的遗传物质自我复制的假说:DNA复制时复制时,DNA双螺旋双螺旋解开解开,互补的碱基之间的氢键互补的碱基之间的氢键断裂断裂,解开的两条单解开的两条单链分别作为复制的链分别作为复制的模板模板,游离的脱氧核苷酸根据游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配碱基互补
4、配对对原则原则,通过形成通过形成氢键氢键,结合到作为模板的单链上。结合到作为模板的单链上。2.半保留复制半保留复制:新合成的每个新合成的每个DNA分子中分子中,都保留了原来都保留了原来DNA分子中的分子中的一条链一条链,这种复制方式称作半保留复制。这种复制方式称作半保留复制。二、二、DNA半保留复制的半保留复制的实验证据据1.1958年年,美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌大肠杆菌为实为实验材料验材料,运用运用同位素标记同位素标记技术技术,设计了一个巧妙的证明设计了一个巧妙的证明DNA复复制方式的实验。制方式的实验。2.证明证明DNA半保留复制的实验半保留复制
5、的实验(1)实验方法实验方法:同位素示踪法和同位素示踪法和离心技术离心技术。(2)实验原理实验原理:两条单链都含两条单链都含15N的的DNA密度大密度大,两条单链都含两条单链都含14N的的DNA密度小密度小,一条单链含一条单链含14N、一条单链含、一条单链含15N的双链的双链DNA密度居中。密度居中。(3)实验假设实验假设:DNA以半保留的方式复制以半保留的方式复制。(4)实验结论实验结论:DNA的复制是以的复制是以半保留半保留的方式进行的。的方式进行的。三、三、DNA复制的复制的过程程1.概念概念:以以亲代亲代DNA为模板合成子代为模板合成子代DNA的过程。的过程。2.时间时间:细胞有丝分裂
6、前的细胞有丝分裂前的间期间期和减数分裂前的和减数分裂前的间期间期。3.场所场所:在真核生物中在真核生物中,主要是主要是细胞核细胞核。4.过程过程5.结果结果:一个一个DNA分子形成了两个分子形成了两个完全相同完全相同的的DNA分子。分子。6.特点特点:(1)半保留复制半保留复制;(2)边解旋边复制边解旋边复制。7.意义意义:将将遗传信息遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了从而保持了遗传信息遗传信息的连续性。的连续性。8.DNA复制能够准确进行的原因复制能够准确进行的原因(1)DNA独特的独特的双螺旋双螺旋结构结构,为复制提供了精确的模板。为复制提供了精确的模板。
7、(2)通过通过碱基互补配对碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。保证了复制能够准确地进行。【预习检测】【预习检测】1.判断正误。判断正误。(1)DNA的复制只发生于有丝分裂前的间期和减数分裂前的间的复制只发生于有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期。期。()(2)DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接。聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接。()(3)真核生物真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量。分子复制过程需要解旋酶和能量。()(4)DNA复制的原料是复制的原料是4种游离的核糖核苷酸。种游离的核糖核苷酸。()(5)DNA复制时复制时,严格遵循严格遵循AU、CG的碱基互补配对原则
8、的碱基互补配对原则。()(6)DNA复制的特点是半保留复制和边解旋边复制。复制的特点是半保留复制和边解旋边复制。()2.DNA分子复制时分子复制时,解旋酶作用的部位应该是解旋酶作用的部位应该是()A.腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键B.腺嘌呤与胞嘧啶之间的氢键腺嘌呤与胞嘧啶之间的氢键C.鸟嘌呤与胞嘧啶之间的氢键、腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的鸟嘌呤与胞嘧啶之间的氢键、腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键氢键D.脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键答案答案:C解析解析:DNA复制时复制时,解旋酶的作用是使碱基对之间的氢键断解旋酶的作用是使碱基对之间的氢键断裂。裂。合作合作探
9、究探究释疑解惑释疑解惑知知识点一点一知知识点二点二DNA的半保留复制的半保留复制问题引领问题引领1.所有的真核细胞都存在核所有的真核细胞都存在核DNA分子复制吗分子复制吗?以亲代以亲代DNA分子为模板复制形成的两个子代分子为模板复制形成的两个子代DNA分子将在细胞分裂的分子将在细胞分裂的哪个时期分开哪个时期分开?提示提示:不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核而不不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核而不能进行核能进行核DNA分子复制分子复制;不分裂的细胞不存在核不分裂的细胞不存在核DNA分子复分子复制。复制形成的两个子代制。复制形成的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减分子将在有丝
10、分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时数第二次分裂后期着丝粒分裂时,随姐妹染色单体的分离而随姐妹染色单体的分离而分开分开,之后将分别进入两个子细胞中。之后将分别进入两个子细胞中。2.下图表示证明下图表示证明DNA复制方式的实验过程复制方式的实验过程,请回答相关问题。请回答相关问题。(1)实验结果实验结果:亲代亲代DNA经离心后经离心后,出现一条重带出现一条重带(密度最大密度最大),是两条单链都被是两条单链都被标记的亲代双链标记的亲代双链DNA(15N/15N-DNA);第一代第一代DNA经离心后经离心后,出现一条中带出现一条中带(密度居中密度居中),是只有一条是只有一条单链被单链被15N标记
11、的子代双链标记的子代双链DNA(15N/14N-DNA);第二代第二代DNA经离心后经离心后,出现两条带出现两条带,一条中带和一条轻带一条中带和一条轻带(密度最小密度最小),其中其中轻带是两条单链都没有被轻带是两条单链都没有被标记的子代双链标记的子代双链DNA(14N/14N-DNA)。答案答案:15N15N(2)实验结果分析。实验结果分析。实验结果与实验预期实验结果与实验预期,说明说明DNA的复制是以的复制是以的的方式进行的。方式进行的。答案答案:一致半保留一致半保留(3)假如全保留方式是正确的假如全保留方式是正确的,实验预期又会是怎样的实验预期又会是怎样的?提示提示:离心后出现离心后出现2
12、条条DNA带带,一条重带一条重带,一条轻带。一条轻带。3.根据图根据图1、图、图2回答下列问题回答下列问题。图图1图图2(1)图图1中的酶中的酶1和酶和酶2分别是什么酶分别是什么酶?各有什么作用各有什么作用?提示提示:酶酶1是解旋酶是解旋酶,作用是将双螺旋的两条链解开作用是将双螺旋的两条链解开;酶酶2是是DNA聚合酶聚合酶,作用是以游离的脱氧核苷酸为原料作用是以游离的脱氧核苷酸为原料,按照碱基互按照碱基互补配对原则补配对原则,合成与母链互补的一条子链。合成与母链互补的一条子链。(2)图图1中的中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中四条脱氧核苷酸链中,哪些链的碱基哪些链的碱基排列顺序是相同的排列顺
13、序是相同的?提示提示:a链与链与c链的碱基排列顺序相同链的碱基排列顺序相同,b链与链与d链的碱基排列链的碱基排列顺序相同。顺序相同。(3)从图从图1中是否可以看出中是否可以看出DNA复制是半保留复制复制是半保留复制?为什么为什么?由图由图1还可以看出还可以看出DNA复制的另一个特点是什么复制的另一个特点是什么?提示提示:是。因为两条母链分配到两个子代是。因为两条母链分配到两个子代DNA分子中分子中,新形新形成的子代成的子代DNA分子中只有一条单链是亲代分子中只有一条单链是亲代DNA分子的母链。分子的母链。由图由图1还可以看出还可以看出DNA分子是边解旋边复制的。分子是边解旋边复制的。(4)DN
14、A复制过程中复制过程中,解旋酶作用于图解旋酶作用于图2中的哪个部位中的哪个部位?(用字用字母表示母表示)提示提示:解旋酶作用于解旋酶作用于f。(5)DNA的复制为什么需要适宜的温度和的复制为什么需要适宜的温度和pH?提示提示:因为因为DNA的复制需要酶的催化的复制需要酶的催化,而酶的活性受温度和而酶的活性受温度和pH的影响。的影响。归纳提升归纳提升1.分析各类生物体中分析各类生物体中DNA复制的场所复制的场所(1)真核生物真核生物:细胞核细胞核(主要场所主要场所)、叶绿体、线粒体。、叶绿体、线粒体。(2)原核生物原核生物:拟核、细胞质拟核、细胞质(如质粒如质粒DNA的复制的复制)。(3)DNA
15、病毒病毒:宿主细胞内。宿主细胞内。2.下图为真核生物染色体上下图为真核生物染色体上DNA复制过程的示意图复制过程的示意图,从图中从图中可以看出可以看出,DNA复制效率较高的原因复制效率较高的原因:(1)从多个起点开始进行从多个起点开始进行复制复制;(2)边解旋边复制边解旋边复制;(3)每个起点都是同时向两个方向进行每个起点都是同时向两个方向进行复制。复制。3.复制可简记为复制可简记为“1个主要场所个主要场所(细胞核细胞核),2种时期种时期(有丝分裂有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期前的间期和减数分裂前的间期),3个步骤个步骤(解旋、合成新链、解旋、合成新链、形成子代形成子代DNA),4个条件个
16、条件(模板、酶、原料和能量模板、酶、原料和能量)”。典型例题典型例题1.某研究小组进行某研究小组进行“探究探究DNA的复制过程的复制过程”的活动的活动,结果如右结果如右图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或或15NH4Cl,a、b、c表示离心管编号表示离心管编号,条带表示大肠杆菌条带表示大肠杆菌DNA离离心后在离心管中的分布。下列叙述错误的是心后在离心管中的分布。下列叙述错误的是()A.本活动运用了同位素示踪法和密度梯度离心技术本活动运用了同位素示踪法和密度梯度离心技术B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含1
17、4NH4Cl的培养的培养液中培养的液中培养的C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是都是15N/14N-DNAD.实验结果说明实验结果说明DNA分子的复制方式是半保留复制分子的复制方式是半保留复制答案答案:B解析解析:a管中只有重带管中只有重带(密度最大的条带密度最大的条带),即复制形成的即复制形成的DNA都是都是15N/15N-DNA,表明该管中的大肠杆菌是在含表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的的培养液中培养的培养液中培养的。2.真核细胞的真核细胞的DNA复制过程如右图所示复制过程如右图所示,下列叙述错误的下列叙述错误的是是()A.解旋酶使解旋酶使
18、DNA双链打开需消耗双链打开需消耗ATPB.合成两条子链时合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的聚合酶移动的方向是相反的C.碱基互补配对原则保证了碱基互补配对原则保证了DNA复制能够准确地进行复制能够准确地进行D.新合成的两条子链的脱氧核苷酸排列顺序相同新合成的两条子链的脱氧核苷酸排列顺序相同答案答案:D解析解析:新合成的两条子链的碱基是互补的新合成的两条子链的碱基是互补的,因此新合成的两因此新合成的两条子链的脱氧核苷酸排列顺序不同。条子链的脱氧核苷酸排列顺序不同。【变式训练】【变式训练】1.1个无标记的个无标记的DNA(亲代亲代DNA)在含在含15N的环境中复制的环境中复制,若第若第
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