2019-2020学年高中生物 第3章 遗传信息的复制与表达 第1节 遗传信息的复制课件 北师大版必

第3章遗传信息的复制与表达第1节遗传信息的复制第3章遗传信息的复制与表达1．理解DNA分子复制的概念、过程和意义。(重点)2．掌握与DNA分子复制相关的计算方法。(难点)3．理解DNA分子复制与遗传信息的关系。一、DNA分子半保留复制的证据1．解旋：DNA分子复制时，DNA分子的两条链解旋，成为单链，互补的碱基之间的______断裂。2．复制：以解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据_____________原则，由DNA聚合酶催化合成新的互补链，这样一个DNA分子就形成了两个新的DNA分子。氢键碱基互补配对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。4．1958年，迈尔逊和斯达尔首次用实验证明了DNA的________复制方式。二、DNA分子复制的过程1．概念：以亲代DNA分子为模板合成____________的过程。2．时间：有丝分裂间期和_________________________，随染色体的复制而完成。半保留子代DNA减数第一次分裂前的间期3．场所：________(主要)、线粒体、叶绿体。4．条件模板：DNA分子的每一条母链原料：4种游离的____________能量：ATP酶：解旋酶、______________等细胞核脱氧核苷酸DNA聚合酶5．过程解旋：需要细胞提供能量，在________的作用下，把两条螺旋的双链解开↓合成子链：以______为模板，在______________等的作用下，利用游离的4种____________为原料，按照______________原则，合成与母链互补的子链↓形成子代DNA：延伸子链，母子链盘绕成________结构解旋酶母链DNA聚合酶脱氧核苷酸碱基互补配对双螺旋6．结果：一个DNA分子形成______完全相同的新的DNA分子。7．特点：______________、半保留复制。三、遗传信息复制的重大意义1．意义：遗传信息经过复制准确传递给后代，保证了亲子代__________的一致性，使子代的性状与亲代相同或相近，从而确保了生物物种的延续性和多样性。2．PCR技术利用____________的原理，使DNA在体外完成复制。两个边解旋边复制遗传信息DNA复制判一判(1)所有的细胞都能进行DNA复制。()×分析：有的细胞如神经细胞不能进行DNA复制。(2)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。()√分析：DNA一次复制可以形成两个DNA分子，因为解旋后的每条脱氧核苷酸链都可以作为复制的模板。(3)DNA双螺旋全部解开后，再开始进行DNA复制。()×分析：DNA复制是边解旋边复制。(4)DNA解旋酶破坏的是氢键，不能将DNA分解成脱氧核苷酸。()√想一想(1)DNA复制忠实性的原因是什么？提示：①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板。②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。(2)PCR技术中并不使用解旋酶，DNA是怎样解旋并使氢键断裂的？提示：通过高温，使DNA变性解旋并使氢键断裂。DNA分子半保留复制的证据和规律总结1．证明DNA分子半保留复制的实验实验材料大肠杆菌实验方法同位素示踪法和离心技术实验过程①用15N标记的培养基培养大肠杆菌，获得15N/15N­DNA；②将大肠杆菌转移到只含14N的培养基中培养；③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA；④将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置实验预期离心后出现3条DNA带：①重带(密度最大，最靠近试管底部)：15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)；②杂交带(密度居中，位置也居中，称为中带)：一条链为15N，另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)；③轻带(密度最小，离试管底部最远)，两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)实验结果(与预期结果相同)实验结论DNA复制方式为半保留复制2．规律总结已知某一DNA分子用15N标记(0代)，将含有该标记DNA分子的细胞(或某种细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制)若干代后，其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如表：世代DNA分子的特点分子总数链总数细胞中的DNA分子在离心管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子之比只含15N分子含14N、15N杂交分子只含14N分子含15N的链含14N的链012全在下部10010124全在中部0101/21/22481/2中部，1/2上部01/21/21/43/438161/4中部，3/4上部01/43/41/87/8n2n2n＋12/2n中部，1－2/2n上部02/2n(或1/2n－1)1－2/2n1/2n1－1/2n(1)运用DNA分子半保留复制特点，分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；还应注意培养基中化学元素的转换。(2)运用DNA分子半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。1．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分子在含有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分子占1/8B．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个C．含有14N的DNA分子占7/8D．复制结果共产生16个DNA分子解析：选C。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次，可得到24个DNA分子，其中含有14N的DNA分子占100%，C错误；含有15N的DNA分子占2/16，因为DNA分子复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中，A正确；1个DNA分子经过4次复制，共产生24＝16个DNA分子，D正确；在含有100个碱基对的DNA分子中，若有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤个数为100×2－60×22＝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，B正确。2．如图所示是研究DNA复制方式的实验，根据这些实验结果进行的推论，正确的是()菌种：大肠杆菌培养条件与方法：(1)在含15N的培养基培养若干代，使DNA均被15N标记(甲图)。(2)转至14N培养基培养，每30分钟繁殖一代。(3)取出每个DNA样本，并离心分层。①丙是转入14N培养基中复制一代的结果②乙是转入14N培养基中复制二代的结果③出现丁的结果至少需要60分钟④戊图表示复制三代后不再具有15N标记DNAA．①④B．①③C．②③D．①②③解析：选B。①由于DNA分子复制是半保留复制，而丙中DNA是全中带，所以丙是转入14N培养基中复制一代的结果，正确；②乙中是1/2重带、1/2中带，而DNA分子复制是半保留复制，所以复制后不可能有全重带的DNA存在，错误；③丁中是1/2中带、1/2轻带，说明DNA已复制2次，而复制一次需要30分钟，所以出现丁的结果至少需要60分钟，正确；④戊中为全轻带，表示不具有15N标记的DNA；而DNA分子复制是半保留复制，15N标记DNA两条链一直存在，错误。审清DNA分子复制相关计算的三个关键点1．子代DNA分子中，含14N的有2n个，只含14N的有(2n－2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。2．无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个，占总数比例为22n。3．子代DNA分子的链中，总链数2n×2＝2n＋1条。含15N的链始终是2条，占总数比例为22n＋1＝12n。做题时，应看准是“DNA分子数”还是“链数”。对DNA复制的理解(1)DNA复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。(2)能够进行DNA复制的生物：一切以DNA为遗传物质的生物。(3)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。(4)复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。①解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。(5)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，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。(6)DNA分子的复制往往是从多个起点同时进行的，如图：(1)新合成的子代DNA分子中的两条链，一条是从母链“继承”的，另一条是以此母链为模板新合成的。(2)在分析细胞分裂时，常以染色体或DNA分子为研究对象，而在分析DNA分子复制问题时，一定要从DNA分子两条链的角度考虑，所以复制后的一条染色体上的两个DNA分子都含有原来的一条单链。1．如图为真核细胞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复制的方式是半保留复制B．从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的C．子链合成的方向是一定的D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP解析：选D。由图示可以看出，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，DNA复制的方式为半保留复制；由图中的箭头可知，两条链上DNA聚合酶移动的方向是相反的；子链合成的方向是一定的，即只能从5′端向3′端延伸；图示解旋的过程中只有解旋酶的作用，而没有DNA聚合酶的参与。2．女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36mm，DNA复制速度约为4μm/min，但复制过程仅需40min左右即可完成。这是因为DNA分子()A．边解旋边复制B．每个复制点双向复制，使子链迅速延伸C．以半保留方式复制D．复制起点多，分段同时复制解析：选D。DNA分子长36mm，复制速度为4μm/min，则如果从始端开始复制，所需复制时间大约是36×103μm÷4μm/min＝9×103min，而实际上只需40min左右，究其原因是复制起点多，分段同时复制。“三看法”判断DNA复制一看模板是否为DNA；二看原料是否为脱氧核苷酸；三看产物是否为DNA。DNA分子复制与PCR技术1．细胞内DNA复制与PCR技术的比较细胞内DNA复制PCR不同点解旋在解旋酶作用下边解旋边复制94℃高温解旋，双链分开酶解旋酶、DNA聚合酶耐高热的DNA聚合酶温度体内温和条件高温相同点①需提供DNA复制的模板；②以四种脱氧核苷酸为原料；③都需要酶的催化2．PCR技术反应过程中控制不同温度的意义(1)94℃左右时变性，双链DNA解旋为单链。(2)55℃左右时复性，引物与单链的模板DNA结合。(3)72℃左右时延伸，耐高热的DNA聚合酶促使DNA新链的合成。1．多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。PCR过程一般经历30多次下述循环：94℃条件下使模板DNA变性、解链→55℃条件下复性(引物与DNA模板链结合)→72℃条件下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关PCR过程的叙述，不正确的是()A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现B．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、4种核糖核苷酸D．PCR与细胞内DNA复制相比，其所需要酶的最适温度较高解析：选C。PCR技术是在体外迅速扩增DNA片段的技术，需要的原料是四种游离的脱氧核糖核苷酸。2．PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比，主要有两点不同，它们是()①PCR过程需要的引物是人工合成的DNA单链②PCR过程不需要DNA聚合酶③PCR过程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通过对反应温度的控制来实现的④PCR过程中DNA不需要解旋，直接以双链DNA为模板进行复制A．①④B．①③C．②③D．②④解析：选B。PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比，主要有两点不同：第一，PCR过程需要的引物不是RNA，而是人工合成的DNA单链，其长度通常为20～30个脱氧核苷酸；第二，PCR过程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通