2023-2024學年 人教版 必修二DNA的復制 學案

第3節(jié)DNA的復制學習目標核心素養(yǎng)1.概述DNA復制方式的假說及實驗依據(jù)2.掌握DNA復制的過程3.歸納DNA復制的相關計算規(guī)律1.生命觀念：DNA結構的特點決定了DNA復制的準確性，滲透了生命的結構和功能觀；DNA的復制也是遺傳信息傳遞和能量轉化的過程；遺傳信息的準確傳遞的機制也能讓學生進一步理解生命延續(xù)的本質2.科學思維：運用假說—演繹法來探究DNA的半保留復制；掌握細菌的培養(yǎng)技術以及同位素標記和離心等科學技術在證明DNA半保留復制實驗中的合理運用3.科學探究：探究DNA的復制方式4.社會責任：證明DNA半保留復制的實驗以嚴謹?shù)倪壿嬐评磉M行實驗的過程來體現(xiàn)科學的本質知識點1對DNA復制的推測及DNA半保留復制的實驗證據(jù)1．對DNA復制的推測(1)假說：eq\x(\s\up1(01))半保留復制。(2)提出者：eq\x(\s\up1(02))沃森和克里克。(3)假說內容①解旋：DNA復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的eq\x(\s\up1(03))氫鍵斷裂。②復制：eq\x(\s\up1(04))解開的兩條單鏈分別作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸根據(jù)eq\x(\s\up1(05))堿基互補配對原則，通過形成eq\x(\s\up1(06))氫鍵，結合到作為模板的單鏈上。③結果：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的eq\x(\s\up1(07))一條鏈，因此，這種復制方式稱作半保留復制。(4)其他假說①eq\x(\s\up1(08))全保留復制方式。②內容：DNA復制以eq\x(\s\up1(09))DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是eq\x(\s\up1(10))新合成的。歸納總結半保留復制與全保留復制模型2．DNA半保留復制的實驗證據(jù)(1)實驗方法：假說—演繹法。(2)實驗技術：eq\x(\s\up1(11))同位素標記技術和離心技術。(3)實驗原理：15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，這兩種同位素的相對原子質量eq\x(\s\up1(12))不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度eq\x(\s\up1(13))大，因此，利用離心技術可以在試管中分離開含有不同氮元素的DNA。(4)實驗過程①用含eq\x(\s\up1(14))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eq\x(\s\up1(15))15N標記的。②將大腸桿菌轉移到含有eq\x(\s\up1(16))14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中。③在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA。④將提取的DNA進行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。(5)實驗預期(6)實驗結果①親代大腸桿菌的DNA經離心處理，試管中只出現(xiàn)了eq\x(\s\up1(20))一條DNA帶，位置靠近試管底部。②第一代大腸桿菌的DNA經離心處理，試管中只出現(xiàn)了eq\x(\s\up1(21))一條DNA帶，位置居中。③第二代大腸桿菌的DNA經離心處理，試管中出現(xiàn)了eq\x(\s\up1(22))兩條DNA帶，一條帶位置居中，另一條帶的位置更靠上。(7)實驗結論實驗結果和預期結果一致，DNA的復制是以eq\x(\s\up1(23))半保留的方式進行的。1．若DNA復制的方式為全保留復制，實驗結果會是怎樣？提示：(1)親代，提取DNA→離心→全部重帶；(2)繁殖一代后取出，提取DNA→離心→一條重帶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(比例占\f(1,2)))、一條輕帶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(比例占\f(1,2)))；(3)繁殖兩代后取出，提取DNA→離心→一條重帶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(比例占\f(1,4)))、一條輕帶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(比例占\f(3,4)))。2．第一代只出現(xiàn)一條居中的DNA條帶，這個結果排除了哪種復制方式？提示：全保留復制。知識點2DNA復制的過程1．概念：以eq\x(\s\up1(01))親代DNA為模板合成eq\x(\s\up1(02))子代DNA的過程。2．發(fā)生時間：細胞分裂前的eq\x(\s\up1(03))間期，隨著eq\x(\s\up1(04))染色體的復制而完成。3．場所(1)真核生物：主要在eq\x(\s\up1(05))細胞核內，eq\x(\s\up1(06))線粒體和eq\x(\s\up1(07))葉綠體中也可以進行。(2)原核生物：主要在eq\x(\s\up1(08))擬核中。(3)DNA病毒：活的宿主細胞內。4．復制過程5．結果：形成兩個eq\x(\s\up1(16))完全相同的DNA分子。6．特點(1)eq\x(\s\up1(17))邊解旋邊復制。(2)eq\x(\s\up1(18))半保留復制。7．基本條件：eq\x(\s\up1(19))模板、能量、原料、酶等。8．準確復制的原因(1)DNA獨特的eq\x(\s\up1(20))雙螺旋結構，為復制提供了精確的模板。(2)通過eq\x(\s\up1(21))堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行。9．意義：DNA通過復制，將eq\x(\s\up1(22))遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了eq\x(\s\up1(23))遺傳信息的eq\x(\s\up1(24))連續(xù)性。1．所有的真核細胞都存在核DNA復制嗎？提示：不一定。如哺乳動物成熟的紅細胞因為無細胞核和各種細胞器而不能進行核DNA復制；不分裂的細胞不存在DNA復制。2．DNA解旋酶與DNA聚合酶分別作用于什么化學鍵？提示：DNA解旋酶使氫鍵斷裂。DNA聚合酶使脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵形成。3．DNA復制效率高是因為半保留復制還是邊解旋邊復制？提示：是因為邊解旋邊復制。知識點3與DNA復制相關的計算DNA復制為半保留復制，若將雙鏈被15N標記的DNA轉移到含14N的培養(yǎng)基中擴增，復制n(n≥1)次，其結果如下：1.eq\a\vs4\al(子代DNA共\x(\s\up1(01))2n個)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含15N的DNA：\x(\s\up1(02))2個,只含15N的DNA：\x(\s\up1(03))0個,含14N的DNA：\x(\s\up1(04))2n個,只含14N的DNA：\x(\s\up1(05))2n－2個))2.eq\a\vs4\al(脫氧核苷酸鏈共\x(\s\up1(06))2n＋1條)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含15N的脫氧核苷酸鏈：\x(\s\up1(07))2條,含14N的脫氧核苷酸鏈：\x(\s\up1(08))2n＋1－2條))3．消耗的脫氧核苷酸數(shù)(1)若一親代DNA含有某種脫氧核苷酸m個，則經過n次復制需要消耗游離的該脫氧核苷酸為eq\x(\s\up1(09))m×(2n－1)個。(2)若進行第n次復制，則需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)為eq\x(\s\up1(10))m×2n－1個。用15N標記含有100個堿基對的DNA分子，其中有胞嘧啶60個，該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復制4次。(1)含有15N的DNA分子占1/8。(√)(2)含有14N的DNA分子占7/8。(×)(3)含有14N的脫氧核苷酸單鏈為30條。(√)(4)復制結果共產生16個DNA分子。(√)課堂小結1．(目標1)將在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)若干代的某真核細胞轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，讓細胞連續(xù)進行有絲分裂，并提取DNA進行密度梯度離心，下列說法錯誤的是()A．細胞經過一次分裂和離心后，DNA位于試管的中層B．細胞經過兩次分裂和離心后，一半DNA位于試管的中層，另一半DNA位于試管的上層C．細胞經過三次分裂和離心后，3/4的DNA位于試管的中層，1/4的DNA位于試管的上層D．該實驗可以證明DNA的復制是半保留復制答案C解析細胞分裂三次，即DNA復制三次后共形成8個DNA分子，其中15N/14N－DNA占2/8＝1/4，14N/14N－DNA占6/8＝3/4，離心后1/4的DNA位于試管的中層，3/4的DNA位于試管的上層，C錯誤。2.(目標2)如圖為真核細胞DNA復制過程模式圖，根據(jù)圖示過程判斷下列說法不正確的是()A．上圖中兩種酶的功能并不相同B．該過程需要4種游離的脫氧核苷酸C．兩條子鏈的延伸方向都是由左到右D．復制后可形成兩條一樣的子代DNA答案C解析解旋酶的作用是使氫鍵斷裂，DNA聚合酶的作用是催化磷酸二酯鍵的形成，在DNA復制中使單個脫氧核苷酸連接在子鏈的3′-端，A正確；在DNA復制的過程中，子鏈復制的過程只能由5′→3′方向合成，因此兩條子鏈合成時延伸的方向一條是由左到右，一條是由右到左，C錯誤；復制結束后，兩條母鏈分別和兩條子鏈各組合成一個新的DNA分子，這樣一個DNA分子就復制成兩個相同的子代DNA分子，D正確。3．(不定項)(目標2)下列關于DNA復制的敘述，不正確的是()A．DNA復制時，嚴格遵循A—U、C—G的堿基互補配對原則B．DNA子鏈的合成方向都是由3′→5′C．DNA分子全部解旋后才開始進行DNA復制D．脫氧核苷酸必須在DNA酶的作用下才能連接形成子鏈答案ABCD解析DNA復制時，嚴格遵循A—T、C—G的堿基互補配對原則，A錯誤；DNA子鏈合成的方向都是由5′→3′，B錯誤；DNA的復制是邊解旋邊復制，C錯誤；脫氧核苷酸必須在DNA聚合酶的作用下才能連接形成子鏈，DNA酶的作用是將DNA分子分解，D錯誤。4.(不定項)(目標2、3)DNA分子片段復制情況如圖所示，圖中a、b、c、d均表示脫氧核苷酸鏈的片段。下列說法正確的是()A．b和c的堿基序列可以互補B．a和c的堿基序列可以互補C．a中(A＋G)/(T＋C)的值與d中(A＋G)/(T＋C)的值一般不相同D．a中(A＋T)/(G＋C)的值與b中(A＋T)/(G＋C)的值相同答案ACD5．(目標2、3)圖甲表示DNA的結構，其中的數(shù)字表示成分或局部結構；圖乙表示DNA的復制，其中A、B表示酶，a、b、c、d表示DNA的模板鏈與子鏈?；卮鹣铝邢嚓P問題：(1)圖甲中7的名稱是____________________；堿基之間存在一一對應的關系，遵循著____________原則；8的比例越高，DNA分子的穩(wěn)定性________(填“越高”“越低”或“不變”)。(2)圖乙中作用于圖甲中9的酶是________(寫出字母和名字)；B為__________，以母鏈DNA為模板，在子鏈DNA的3′-端逐個連接__________。(3)從圖乙中可以看出，DNA復制的特點是____________________，其中堿基序列相同的鏈是______________________。(4)某DNA片段含有400個堿基，其中一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。該DNA片段連續(xù)復制兩次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸________個。(5)若將圖中的一個DNA分子(DNA兩條鏈中N分別為15N和14N)，放在含有14N的培養(yǎng)基中連續(xù)進行3次復制，則含有14N的DNA分子數(shù)是________個。答案(1)胸腺嘧啶脫氧核苷酸堿基互補配對越高(2)A解旋酶DNA聚合酶脫氧核苷酸(3)半保留復制、邊解旋邊復制a和c、b和d(4)420(5)8解析(4)根據(jù)DNA兩條鏈之間的堿基遵循A—T、C—G配對可知，一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，另一條鏈上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，則該DNA片段中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7，C的數(shù)目為400×7/20＝140(個)，該DNA片段連續(xù)復制兩次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸＝(22－1)×140＝420(個)。(5)1個DNA經過3次復制，共產生23＝8個DNA分子，由于DNA分子的復制是半保留復制，故8個DNA分子都含14N。題型一DNA半保留復制實驗分析[例1]下列關于DNA半保留復制的實驗，說法錯誤的是()A．可以將本實驗中15N標記的原料改為32P標記的原料，用同樣的方法研究復制方式B．半保留復制的結果是子代DNA各自含有親代DNA的一條母鏈C．復制過程中有氫鍵的斷裂和形成過程D．子一代的結果就可以區(qū)分是全保留復制還是半保留復制解題分析本實驗采用的是離心技術，觀察DNA分布的位置，因此不能采用不穩(wěn)定的同位素進行追蹤，應采用N元素，因為15N和14N是兩種穩(wěn)定同位素，只是質量不同，A錯誤；復制過程中解旋時氫鍵會斷裂，形成子代DNA過程中堿基互補配對又形成氫鍵，C正確；子一代的結果就可以區(qū)分是全保留復制還是半保留復制，如果是全保留復制，子一代不會出現(xiàn)位置居中的條帶，D正確。答案A[例2]探究DNA復制的方式采用了假說—演繹法，下列說法不正確的是()A．提出假說：DNA復制是半保留復制B．演繹推理：親代為15N/15N－DNA，密度最大，應位于試管底部；子一代為15N/14N－DNA，密度居中，應位于試管中部；子二代為15N/14N－DNA和14N/14N－DNA，密度分別居中、最小，應位于試管中部和上部C．實驗結論：DNA的復制是以半保留的方式進行的D．演繹推理的過程即實驗驗證過程解題分析演繹推理過程是根據(jù)假說進行演繹推理，推出預測的結果。答案D題型二DNA復制的過程、特點[例3]如圖表示DNA復制的過程。結合圖示判斷，下列有關敘述錯誤的是()A．DNA復制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈間的氫鍵，使兩條鏈解開B．DNA分子的復制具有雙向進行的特點，生成的兩條子鏈的方向相反C．DNA分子的復制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段D．DNA分子復制形成的兩條子鏈都是連續(xù)合成的解題分析DNA復制過程的第一步是解旋，需要用解旋酶破壞DNA雙鏈間的氫鍵，使兩條鏈解開，A正確；由題圖可知，DNA分子的復制具有雙向進行的特點，生成的兩條子鏈的方向相反，B正確；DNA分子的復制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段，C正確；由題圖可知，DNA分子的兩條子鏈中，一條單鏈的合成是連續(xù)的，另一條單鏈的合成是不連續(xù)的，D錯誤。答案D[例4](不定項)如圖為真核細胞DNA復制過程的模式圖，據(jù)圖分析，下列相關敘述正確的是()A．由圖示得知，DNA復制時邊解旋邊復制B．解旋酶能使雙鏈DNA解開，且需要消耗ATPC．從圖中可以看出合成兩條子鏈的方向都是5′到3′D．DNA聚合酶的作用位點為兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵解題分析從圖中可看出解旋酶使DNA雙鏈解開，該過程需要消耗ATP，B正確；DNA復制的時候只能從5′-端向3′-端延伸，C正確。答案ABCD題型三DNA復制的相關計算[例5]現(xiàn)有DNA分子的兩條鏈均只含14N(表示為14N14N)的大腸桿菌，若將該大腸桿菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖兩代，再轉到含14N的培養(yǎng)基中繁殖一代，則理論上DNA分子的類型和比例分別是()A．有15N14N和14N14N兩種，其比例為1∶3B．有15N15N和14N14N兩種，其比例為1∶1C．有15N15N和14N14N兩種，其比例為3∶1D．有15N14N和14N14N兩種，其比例為3∶1解題分析DNA分子的兩條單鏈均只含14N的大腸桿菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖兩代，則DNA一半為15N14N，一半為15N15N；再將其轉到含14N的培養(yǎng)基中繁殖一代，DNA為15N14N形成的子代DNA中，一半DNA為15N14N，一半DNA為14N14N；而DNA為15N15N形成的子代DNA都為15N14N；因此理論上DNA分子的類型有15N14N和14N14N兩種，其比例為3∶1。答案D[例6](不定項)用15N標記含有100個堿基對的DNA分子，該DNA分子中有胞嘧啶60個。若該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復制4次，其結果可能是()A．含有14N的DNA分子占100%B．復制過程中需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸600個C．含15N的脫氧核苷酸鏈占總鏈數(shù)的1/8D．子代DNA分子中嘌呤數(shù)與嘧啶數(shù)之比是2∶3解題分析含15N標記的DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復制4次，得到24＝16(個)DNA分子，由DNA分子的半保留復制，可知其中含14N的DNA分子占100%，含15N的脫氧核苷酸鏈有2條，占總鏈數(shù)的1/16，A正確，C錯誤；根據(jù)已知條件，可知每個DNA分子中含腺嘌呤脫氧核苷酸(100×2－60×2)÷2＝40(個)，則復制過程中需消耗的腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)為40×(24－1)＝600(個)，B正確；每個DNA分子中的嘌呤數(shù)和嘧啶數(shù)相等，兩者之比是1∶1，D錯誤。答案AB題后歸納有關DNA復制相關計算的兩個注意點(1)分析被標記物質所占的比例時，應注意求的是DNA數(shù)，還是脫氧核苷酸鏈數(shù)；看準是“含”還是“只含”；還應注意培養(yǎng)液中化學元素的不同。(2)在計算消耗脫氧核苷酸數(shù)時要明確是經過n次復制還是第n次復制。題型四DNA復制與細胞分裂[例7]假設將含有一對同源染色體的精原細胞的DNA分子用15N標記，并供給含14N的原料。該細胞進行減數(shù)分裂產生的4個精細胞中，含15N標記的DNA的精子所占的比例是()A．0 B．25%C．50% D．100%解題分析含有一對同源染色體的精原細胞，每個DNA分子的雙鏈均用15N標記，以14N的脫氧核苷酸為原料，依據(jù)DNA分子的半保留復制，在減數(shù)分裂前的間期DNA完成復制后，每個親代DNA分子經過復制形成的2個子代DNA分子都有1條鏈含有15N、另一條鏈含有14N，這