高中生物《DNA的復制》教案2 新人教版必修2

1、第3節(jié) DNA的復制一、教學目標1. 知識方面概述DNA分子的復制。2. 情感態(tài)度與價值觀方面探討DNA復制的生物學意義。二、教學重點和難點1.教學重點DNA分子復制的條件、過程和特點。2.教學難點DNA分子復制的過程。三、教學方法討論法、 演示法、講授法四、教學課時1五、教學過程教學內容教師組織和引導學生活動教學意圖問題探討提示兩個會徽所用的原料應該選自一塊石材；應先制造模型，并按模型制作會徽；應使用電子控制的刻床；刻床應由一名技術熟練的師傅操作，或完全數控等。（以上可由學生根據自己的經驗推測回答，事實是原料確實選自一塊石材，但由于時間緊迫，兩個會徽是由兩名技術最好的師傅手工雕刻的）。驗證的

2、最簡單的方法是：將兩個印章的圖形蓋在白紙上進行比較（學生也可能提出更科學、更現代化的方法）。閱讀思考討論回答引入新課講述DNA既能作為遺傳物質，就必須具有精確的自我復制能力，那它是怎樣進行復制的呢？思考討論引起思考引入新課一、對DNA分子復制的推測引導引導學生閱讀課文P52，沃森和克里克提出的著名的DNA雙螺旋結構模型后，又發(fā)表了遺傳物質自我復制的假說。進而總結出“半保留復制”的概念。講述在復制過程中，原來雙螺旋的兩條鏈并沒有被破壞，它們分成單獨的鏈，每一條舊鏈作為模板再合成一條新鏈，這樣在新合成的兩個雙螺旋分子中，一條鏈是舊的而另外一條鏈是新的，因此這種復制方式被稱為半保留復制。閱讀思考學新

3、知識二、DNA半保留復制的實驗證據講述我們知道，當假說通過實踐檢驗并被證明是正確的后，才能上升為科學理論。隨著科學技術的發(fā)展，放射性同位素示蹤技術被應用到DNA分子復制的研究中。下面我們來探討一下DNA分子半保留復制的實驗證據。講述大家閱讀課文P53，結合圖3-12，利用物理、化學知識體會科學家實驗設計的方法、原理、步驟、結果、結論及它的巧妙之處。強調：該實驗證明了DNA的復制是以半保留的方式進行的?？磮D思考培養(yǎng)嚴謹重視實的態(tài)度旁蘭思考題1提示本實驗是根據半保留復制原理和DNA密度的變化來設計的。在本實驗中根據試管中DNA帶所在的位置就可以區(qū)分親代與子代的DNA了。思考回答拓展思維知識遷移三、

4、DNA復制的過程1.概念：指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。DNA的復制實質上是遺傳信息的復制。2.時間：細胞有絲分裂和減數第一次分裂的間期3.場所：細胞核（主要）、線粒體、葉綠體4.條件：模板：兩條母鏈原料：四種脫氧核苷酸、能量（ATP）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等5.過程：解旋提供準確模板：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子兩條多脫氧核苷酸鏈配對的堿基從氫鍵處斷裂，兩條螺旋的雙鏈解開，這個過程叫做解旋。解開的兩條單鏈叫母鏈（模板鏈）。合成互補子鏈：以上述解開的每一段母鏈為模板，以周圍環(huán)境中游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，在有關酶的作用下，各自合成與母鏈互

5、補的一段子鏈。子、母鏈結合盤繞形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下，隨著解旋過程的進行，新合成的子鏈不斷地延伸，同時每條子鏈與其對應的母鏈盤繞成雙螺旋結構，從而各自形成一個新的DNA分子，這樣，1DNA分子2個完全相同的DNA分子。6.特點：DNA分子是邊解旋邊復制的；是一種半保留式復制。（即在子代雙鏈中，有一條是親代原有的鏈，另一條（子鏈）則是新合成的。）7.“準確”復制的原因：DNA具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供模板；堿基具有互補配對的能力，能夠使復制準確無誤。8.結果：一個DNA分子形成兩個完全相同的DNA分子9. 意義：DNA通過復制，使遺傳信息從親代傳給了子代，從而保證了物種

6、的相對穩(wěn)定性，保持了遺傳信息的連續(xù)性，使種族得以延續(xù)。學生思考下列問題：什么叫解旋？解旋的目的是什么？什么叫“子鏈”？復制一次能形成幾條子鏈？簡述“子鏈”形成的過程。DNA復制后兩個子代DNA分子和親代DNA分子是否完全相同？為什么？通過設問，學生回答，進一步讓學生理解和鞏固DNA復制的全過程。DNA分子連續(xù)復制演繹的計算規(guī)律已知某一DNA分子用15N標記（0代）將含有該標記DNA分子的細胞（或細菌）轉移到只含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)（進行DNA復制）若干代后，其DNA分子數、脫氧核苷酸鏈數及相關比例如下表：世代DNA分子的結構特點脫氧核苷酸鏈的數量變換規(guī)律分子總數不同DNA分子占全部DNA分子之

7、比單鏈總數不同脫氧核苷酸鏈占全部鏈之比只含15N分子含14N15N雜種分子只含14N分子含15N的鏈含14N的鏈0112112141/21/2241/21/281/43/4381/43/4161/87/8n2n2/2n12/2n2n11/2n11/2n學生填表培養(yǎng)學生的總結能力小結1通過學習必須掌握DNA的復制過程、復制的必需條件及DNA復制在生物學上的重要意義。為學習生物的遺傳和生物的變異奠定基礎。2目前DNA分子廣泛用于刑事案件偵破等方面（l）DNA分子是親子鑒定的主要證據之一。（2）把案犯在現場留下的毛發(fā)、血等進行分析作為破案的證據，與DNA有關。作業(yè)練習一二【典型例題】例1.如果將大腸

8、桿菌的 DNA分子用 標記，然后將大腸桿菌移入 培養(yǎng)基上連續(xù)培養(yǎng)。從分析得知，第一代大腸桿菌DNA儲存的遺傳信息與親代大腸桿菌DNA儲存的遺傳信息完全相同，其原因是_。若連續(xù)培養(yǎng)三代，此時，含 標記的DNA分子約占大腸桿菌DNA分子總量的多少？其原因是多少？【解析】  解題時，可用下圖表示雙鏈DNA分子復制過程：從圖解可知，第二代大腸桿菌的DNA分子是以親代的DNA分子中兩條母鏈分別為模板，根據堿基互補配對原則復制而成的。第二代大腸桿菌的DNA分子總量中，含 標記的為 （即 ）；第三代應為 （即 ）?！敬鸢浮?#160; 以親代DNA為模板，根據堿基互補配對原則復制而成；25；因 D

9、NA分子的復制方式為半保留復制。例2.將大腸桿菌置于含 的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間，然后把 DNA被 完全標記的大腸桿菌作為親代，轉移到只含 的普通培養(yǎng)基培養(yǎng)，使其繁殖兩代形成 4個新個體，則它們的 DNA中含 的鏈與 的鏈的比是（     ）A3：1    B2：1    C1：1    D7：l【解析】本題考查“大腸桿菌只有一個DNA分子”以及對“DNA分子具有雙鏈結構”和“DNA半保留復制”的理解。 標記的DNA有兩條含 的鏈，當利用含 的氮源來繁殖合成新DNA時

10、，根據半保留復制的特點，新形成的 2個 DNA分子上應各有一條含 的鏈和一條含 的鏈，沒有了 的來源，不論以后復制多少次，含 的鏈永遠只是兩條，而增加的新鏈都是含 的鏈。而題中形成了4個新個體，則只有4個DNA分子8條單鏈，只有兩條含 ，其余六條含 ， 鏈： 鏈=6：2=3：1?！敬鸢浮緼?！驹u點】DNA復制，是將兩條鏈之間的氫鏈打開，形成兩條單鏈，然后以單鏈為模板，按照堿基互補配對原則，再各形成一條新鏈。在什么培養(yǎng)基上復制，新鏈即含什么培養(yǎng)基上的物質，再次復制仍如此，但是原DNA（親代DNA）中的兩條鏈上的物質永遠不變。【知識擴展】DNA芯片近年來，世界上一些發(fā)達國家的研究機構和工業(yè)界開始構

11、建一種縮微芯片實驗室DNA芯片。目的是將生命科學研究中的許多不連續(xù)的分析過程，如樣品制備、化學反應和分離檢測等，通過采用類似集成電路制作過程中的半導體光刻加工的縮微技術，將其移植到一塊1cm2見方的玻璃片上，并使其連續(xù)化和微型化。這與當年將數間房屋大小的分離元件計算機縮微成現在只有書本大小的筆記本式電腦有異曲同工之效。DNA芯片是一種縮小了的生物化學分析器，通過芯片上微加工獲得的微米結構和生物化學處理結合，便可將成千上萬的與生命相關的信息集成在一小塊玻璃芯片上。采用芯片可進行生命科學和醫(yī)學中所涉及的各種生物化學反應，以達到對基因、抗原和活體細胞等進行測試分析的目的。通過分析可得到大量具有生物學

12、、醫(yī)學意義的信息。關于DNA芯片的設想可追溯到1989年，當時美國Affymetrix公司的科學家打算用許多分子研制一種硬幣般大小的裝置。他們想出一種巧妙的辦法，利用光刻法與光化學合成法相結合，在一塊平滑的玻璃片上，用不同的分子構建一個高密度網絡。開始，他們把某些蛋白質堆放在玻璃片上，一名叫斯蒂芬·福多的年輕科學家立即看出了采用DNA的可能性，他意識到，芯片上的DNA分子就好像一條條細細的分子“維可牢(velcro)”(“維可牢”是一種尼龍刺粘搭鏈，兩面相合即粘住，一扯即分開，用以替代服裝上的紐扣等)可選擇性地與某些基因，即DNA的短片段結合，從而檢查出變異型基因。福多在理論上推定，

13、讓未知的DNA樣品與分布在DNA芯片上已知的DNA序列接觸，就能對其作出鑒定。因為DNA雙螺旋的兩條單核苷酸鏈總是遵循“堿基互補”的原則配對，即一條鏈上的A總是與另一條鏈上的T相結合，C也總是與G相結合。因此，當一條鏈上的堿基序列確定之后，即可推知另一條鏈上的堿基序列。這類帶有已知DNA序列的芯片就能檢測突變基因或堿基的各種改變。目前，DNA芯片主要有四種加工方法。(1)美國Affymetrix公司的光引導原位合成法。(2)美國Incytephaxmaceutical公司的化學噴射法，即將事先合成好的寡核苷酸探針噴射到芯片上的特定位置。(3)斯坦福大學的接觸式點涂法，即利用高度精密機械手所帶的

14、移液頭與玻璃芯片表面接觸而將探針定位點滴到芯片上。(4)使用4支分別裝有A、T、G、C核苷的壓電噴頭在芯片上的原位DNA探針合成法。DNA芯片的主要優(yōu)點是使生化分析全過程自動化，生產成本低、防污染(芯片系一次性使用)，分析速度快，而且體積小，重量輕，便于攜帶。這類儀器雖剛剛出現，但已開始給生命科學、醫(yī)學、化學、新藥開發(fā)、生物武器戰(zhàn)爭、司法鑒定、食品和環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)督等領域帶來沖擊，甚至革命。因此，它已廣為各國學術界和工業(yè)界所重視。DNA雜交及其在實踐中的應用如何比較兩DNA分子堿基順序差異的大小呢？我們很容易想到的是如同人類基因組計劃那樣進行堿基測序，然后再進行比較。但這樣做工作量太大，耗資多，費

15、時長。如人類基因組計劃動用大量人力物力，歷時數年，才把人類對對染色體上DNA的堿基排列順序全部檢測完畢！事實上，如果我們僅僅是比較兩DNA分子差異大小，則不必檢測具體堿基順序，最簡單的方法是進行DNA雜交。那么什么叫DNA雜交，DNA雜交在實踐中具體又有哪些應用呢？下面結合中學生物教學特點簡述這個問題。一、何為DNA分子雜交所謂DNA分子雜交，是指把不同來源的DNA分別加熱到100或調節(jié)pH到大于13時，DNA會變性解離成單鏈，再把兩種來源的DNA單鏈放到一起，在60保持相當長時間，互補的DNA單鏈就會重新形成雙螺旋結構，我們把它叫雜合雙鏈，這即是兩個DNA具有相同堿基對排列順序的部分；而不互

16、補的則仍為游離的單鏈，即具有不同的堿基對排列順序的部分。最后通過一定的方法可以檢測出其中單、雙鏈的多少，從而比較兩生物DNA堿基對排列順序差異的大小。一般地說，雜合雙鏈區(qū)越多，DNA堿基對順序相同的越多，反之則越少?？梢?，通過DNA雜交，我們只需檢測雜合雙鏈區(qū)的多少，而無需檢測具體的DNA堿基序列，所以工作量就大大減少了。二、DNA分子雜交的應用1將不同種生物的DNA分子進行雜交，可以說明生物之間親緣關系的遠近高中生物實驗修訂本中敘述了利用DNA雜交方法，把不同生物的DNA分子進行比較，從而說明兩種生物之間親緣關系的遠近。例如，把人、黑猩猩和長臂猿的某些DNA進行雜交，發(fā)現人的DNA和黑猩猩的

17、DNA雜交后形成的雜交DNA雜合雙鏈區(qū)多于人的DNA與長臂猿雜交形成的雜合雙鏈區(qū)，即人與黑猩猩的DNA更相似，這就說明人與黑猩猩的親緣關系要近于人與長臂猿的親緣關系。DNA雜交技術是人們從分子生物學角度為生物進化提供的一個非常可靠的證據。2將同種生物的DNA雜交，可用于親子鑒定和痕跡檢驗等不同種生物的DNA有差異，同種生物的DNA有沒有差異呢？根據DNA遺傳規(guī)律，只有自我復制的DNA才是完全相同的，不同個體的DNA多多少少總存在一定的差異。例如，人類不同種族、不同民族的DNA堿基順序中大約有萬分之一是不一樣的。所以DNA雜交不僅可以用于不同種生物個體之間，也可應用于同種生物不同個體之間。如在醫(yī)學實踐中，能準確進行親子鑒定的是DNA檢測，檢測方法并非檢測出全部堿基順序，而是進行DNA雜