2019高中生物 第4章第2节 DNA的结构和DNA的复制 第2课时 DNA分子的复制学案 苏教版必修2.doc

1第第 2 2 课时课时 DNADNA 分子的复制分子的复制学习目标知识概览(教师用书独具)1阐明 DNA 分子的复制过程、特点。(重点)2通过探究 DNA 复制活动，培养抽象思维能力。(难点)3探讨 DNA 复制的生物学意义。自 主 预 习·探 新 知一、DNA 分子的复制过程及特点1DNA 分子复制的含义以亲代 DNA 分子为模板合成子代 DNA 分子的过程。2DNA 分子复制的过程(1)时期：细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期。(2)场所：主要是细胞核。(3)条件：模板：DNA 分子的两条链。原料：游离的 4 种脱氧核苷酸。能量：ATP。酶：解旋酶、DNA 聚合酶等。(4)过程(5)特点边解旋边复制；半保留复制。(6)准确复制的原因和意义原因aDNA 分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；2b通过碱基互补配对原则，保证了复制能够精确地进行。意义：使遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息传递的连续性。二、DNA 分子复制方式的证明及相关计算1DNA 分子复制方式的证明方法同位素示踪法。2DNA 复制方式证明原理含15N 的双链 DNA 分子密度大，含14N 的双链 DNA 分子密度小，一条链含14N、一条链含15N 的双链 DNA 分子密度居中。3证明过程(1)用放射性同位素15N 标记大肠杆菌的 DNA。(2)将被标记的大肠杆菌转入以含14N 物质为唯一氮源的培养液中培养。(3)分别取完成一次细胞分裂和两次细胞分裂的大肠杆菌，并将其中的 DNA 分子分离出来，进行密度梯度超速离心和分析。4实验结果预测：如果 DNA 分子的两条链中都含有15N，那么这样的 DNA 分子质量大，离心时应该在试管的底部；两条链中都含有14N，那么这样的 DNA 分子质量小，离心时应该在试管的上部；两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么这样的 DNA 分子质量居中，离心时应该在试管的中部。5实验结果(1)提取亲代 DNA离心全部重带。(2)繁殖一代后取出，提取 DNA离心全部中带。(3)繁殖两代后取出，提取 DNA离心 轻带、 中带。1 21 26结论：DNA 复制时总是保留一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做 DNA半保留复制。基础自测1判断对错(1)DNA 分子的复制只能发生在细胞核中。( )(2)DNA 分子复制时，两条脱氧核苷酸链均作为模板。( )(3)DNA 分子完全解旋为两条单链，才开始进行 DNA 分子的复制。( )(4)脱氧核苷酸必须在 DNA 酶的作用下才能连接形成子链。( )(5)通过 DNA 分子的复制，保持了遗传信息传递的连续性。( )提示：(1)× DNA 分子的复制主要发生在细胞核中，也可发生在线粒体、叶绿体中。(2)3(3)× DNA 分子复制是边解旋边复制。(4)× 脱氧核苷酸必须在 DNA 聚合酶的作用下才能形成子链。(5)2DNA 分子复制不需经过的过程是( )【导学号：01632135】A解旋 B碱基配对C螺旋 D着丝点分开D D DNA 分子复制过程：解旋按碱基互补配对原则合成子链母链与子链盘绕成双螺旋结构。而着丝点分开是在 DNA 分子复制完成后的有丝分裂后期或减数第二次分裂后期完成的。3具有 100 个碱基对的 1 个 DNA 分子区段，内含 40 个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数( )A60 个 B80 个C20 个 D180 个D D 一个 DNA 分子含有的胞嘧啶脱氧核苷酸数为 1004060，连续复制两次，DNA 分子由 1 个变为 4 个，相当于增加了 3 个 DNA 分子，所以该过程需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数 60×3180。合 作 探 究·攻 重 难DNA 分子的复制过程及特点背景材料如图是 DNA 分子的复制过程。思考交流1图中 A、B、C 分别表示什么过程？提示：A：解旋；B：合成子链；C：形成子代 DNA。2碱基互补配对原则是怎样的？提示：A 与 T、T 与 A、C 与 G、G 与 C 配对。3子代 DNA 分子中是否含有亲代 DNA?提示：子代 DNA 分子是由亲代 DNA 的一条单链和新合成的子代 DNA 单链共同组成的。4图中过程是否一定准确无误？4提示：不一定，亲子代 DNA 可能出现差异。归纳总结1不同生物的 DNA 分子复制的场所2DNA 分子复制所需的酶：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。(2) DNA 聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。(3)DNA 连接酶的作用是连接 DNA 片段。3DNA 分子复制后两 DNA 分子的位置核 DNA 复制后位于两姐妹染色单体上。4子 DNA 分开的时间及去向细胞分裂过程中，细胞核中两个子 DNA 随着丝点分裂姐妹染色单体分开而分开，即两个子 DNA 分开于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期被平均分配到两个子细胞中。5DNA 分子复制对 DNA 作为遗传物质的意义(1)边解旋、边复制，多个起点同时进行，节省时间、效率高。(2)新 DNA 分子双链为“一母一子” ，因此复制更为精确，使遗传信息更加稳定。稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。巧学好记：巧记 DNA 分子复制的“一、二、三、四”典例通关下图表示 DNA 分子复制的过程，结合图示，下列有关叙述不正确的是( )5ADNA 分子复制过程中首先需要解旋酶破坏 DNA 双链之间的氢键，使两条链解开BDNA 分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反C从图示可知，DNA 分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间DDNA 分子的复制需要 DNA 聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成 DNA 片段技巧点拨 联系 DNA 复制过程结合图示一一分析，得出答案。C C DNA 分子复制过程中的解旋酶破坏 DNA 双链之间的氢键，使两条链解开；DNA 分子的两条链是反向平行的，两条链复制时箭头方向是相反的；图示中复制的起点只有 1 个，不能体现 DNA 分子具有多起点复制的特点；DNA 聚合酶的作用底物是单个游离的脱氧核苷酸。(1)由图可以看出，DNA 复制时子链的合成方向是由 53，还是由35？提示：53。(2)DNA 聚合酶、解旋酶的作用各不相同，这体现了酶的什么特性？提示：专一性。活学活用1下列关于 DNA 分子复制的叙述，正确的是( )A在细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期，发生 DNA 复制BDNA 通过一次复制后产生 4 个 DNA 分子CDNA 分子双螺旋结构全部解旋后，才开始复制D单个脱氧核苷酸在解旋酶的作用下连接合成新的子链A A DNA 通过一次复制后产生 2 个 DNA 分子；DNA 分子复制时，边解旋边复制；单个脱氧核苷酸在 DNA 聚合酶的作用下连接合成新的子链。2如图为真核生物染色体上 DNA 分子复制过程示意图，有关叙述错误的是( )【导学号：01632136】A图中 DNA 分子复制是从多个起点同时开始的B图中 DNA 分子复制是边解旋边双向复制的C真核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶D真核生物的这种复制方式提高了复制速率A A 图中 DNA 分子的复制是从多个起点开始的，但并不是同时开始的。图中 DNA 分子的复制是边解旋(需解旋酶)边双向复制的。6题后反思：真核生物的 DNA 复制是多起点双向进行的，复制时两条子链方向相反。DNA分子精确复制的原因有：一是独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，二是严格遵循碱基互补配对原则。DNA 复制方式的证明及相关计算背景材料关于 DNA 分子复制的早期推测关于 DNA 分子是如何复制的，在早期的研宄中，科学家们提出了三个模型，它们是全保留复制模型(conservative model)、弥散复制模型(dispersive model)和半保留复制模型(semiconservative model)。全保留复制模型：在全保留复制模型中，母链 DNA 分开，分别复制形成两条子链DNA，此后两条母链 DNA 彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链 DNA 分子(如图)。弥散复制模型：在弥散(分散)复制模型中，亲代双链被切成双链片段，而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板，新、老双链片段又以某种方式聚集成“杂种链”(如图)。思考交流1据图分析，如果 DNA 的复制是全保留复制，则 1 个被15N 标记的 DNA 在含14N 的培养液中复制n次，子代 DNA 分子中含15N 和14N 的比值是多少？提示：1(2n1)。2据图分析，如果 DNA 的复制是弥散复制，则 1 个被15N 标记的 DNA 在含14N 的培养液中复制n次，子代 DNA 分子中含15N 和14N 的比值是多少？提示：11。3据图分析，如果 DNA 的复制是全保留复制，则 1 个被15N 标记的 DNA 在含14N 的培养液中复制n次，第一代和第二代 DNA 离心后的密度带分别有几条？其比值如何？提示：第一代 DNA 离心后的密度带有重带和轻带，其n比值是 11；第二代 DNA 离心7后的密度带有重带和轻带，其比值是 13。归纳总结1DNA 半保留复制的实验分析(1)实验预期：离心后出现 3 条 DNA 带。重链带(密度最大，最靠近试管底部)：两条链都为15N 标记的亲代双链 DNA(15N/15N)。杂合链带(密度居中，位置也居中，也称中带)：一条链为15N 标记、另一条链为14N标记的子代双链 DNA(15N/14N)。轻链带(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)。(2)实验结果分析亲代的结果说明 DNA 分子还没有复制；子一代试管中为杂合链带说明 DNA 复制了一次。子二代试管中既有杂合链带又有轻链带，说明这时 DNA 分子复制了两次。(3)结论：DNA 复制时总是保留一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做半保留复制。2一个 DNA 分子无论复制多少代，DNA 原有的两条链不变，一直作为模板，分别进入两个子代 DNA 分子中。3DNA 复制的相关计算DNA 的复制为半保留复制，一个 DNA 分子复制n次，则有：(1)DNA 分子数子代 DNA 分子2n个。含有亲代 DNA 链的子代 DNA 分子2 个。8不含亲代链的子代 DNA 分子(2n2)个。(2)脱氧核苷酸链数子代 DNA 分子中脱氧核苷酸链2n1条。亲代脱氧核苷酸链2 条。新合成的脱氧核苷酸链(2n12)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数若一亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸m个，则：经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n1)个。第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n1个。4与染色体、细胞数目相关的计算研究 DNA 分子的半保留复制时，常涉及计算后代带放射性标记的 DNA、染色体或细胞所占比例的问题，此时要注意：(1)一个 DNA 分子含两条 DNA 链，只要有一条 DNA 链带标记，该 DNA 分子便带标记。(2)每条染色体含一个或两个 DNA 分子，只要有一条 DNA 链带标记，该染色体便带标记。(3)每个细胞含多条染色体，每条染色体的情况是一样的，只需分析一条染色体(减数分裂时只需分析一对同源染色体)即可。典例通关某基因(14N)含有 3 000 个碱基，腺嘌呤占 35%。若该 DNA 分子以15N 同位素标记的游离脱氧核苷酸为原料复制 3 次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行密度分层，得到结果如图；然后加入解旋酶再离心，得到结果如图。则下列有关分析正确的是( )AX 层中的基因只用14N 标记，Y 层中的基因只用15N 标记BW 层中含15N 标记的胞嘧啶 3 150 个CW 层与 Z 层的核苷酸数之比为 14DX 层中含有的氢键数是 Y 层的 3 倍技巧点拨 X 和 Y 为双链 DNA 分子，X 的一条链为14N，一条链为15N，Y 的两条链均为15N，Z 和 W 为脱氧核苷酸链，Z 为14N 链，W 为15N 链。B B DNA 分子的复制是半保留复制，复制 3 次后，共有 8 个 DNA 分子，其中有 2 个 DNA分子的一条链含有14N，另一条链含15N，另外 6 个 DNA 分子只含有15N，离心后，含14N 的位于 X 层(也含有15N)，只含15N 的位于 Y 层，A 错误；一个 DNA 分子中含有 A(腺嘌呤)9T3 000×35%1 050 个，GC(3 0001 050×2)/2450，解旋酶解旋再离心后，含14N 的 2 条链位于 Z 层，其他 14 条链含15N 位于 W 层，相当于 7 个完整 DNA 分子量，W层中含15N 标记的胞嘧啶是 450×73 150 个，B 正确；W 层与 Z 层的核苷酸数之比为71，C 错误；X 层中含有的氢键数与 Y 层的氢键数比为 26，Y 层中含有的氢键数是 X 层的 3 倍，D 错误。(1)图 1 中 X 层与 Y 层的基因片段数比值是多少？提示：13。(2)若某基因以15N 标记，以14N 同位素标记的游离脱氧核苷酸为原料，复制 3 次后，X 与 Y、Z 与 W 的比值分别是多少？提示：X 与 Y 的比值是 31，Z 与 W 的比值为 71。活学活用1细菌在15N 培养基中繁殖数代后，使细菌 DNA 的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N 培养基中培养，抽取其子代的 DNA 经高速离心分离，如图为可能的结果，下列叙述错误的是( ) 【导学号：01632137】A第一次分裂的子代 DNA 应为B第二次分裂的子代 DNA 应为C第三次分裂的子代 DNA 应为D亲代的 DNA 应为A A 亲代 DNA 的两条链都是15N，应对应；第一次分裂产生的 DNA 都是一条链为15N，一条链为14N，应对应；第二次分裂产生的 DNA 分子，两个一条链为15N，一条链为14N，另两个两条链都为14N，应对应；第三次分裂产生的 DNA，两个一条链为15N，一条链为14N，另六个两条链都为14N，应对应。2某双链 DNA 分子中共有碱基 1 400 个，其中一条单链上(AT)(CG)25。问该分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是( )A200 个 B400 个C600 个 D1 200 个C C 一条单链上(AT)(CG)25，则整个 DNA 分子中(AT)(CG)25，从而求出 T200 个。一个 DNA 分子连续复制 2 次，实质上新合成 3 个 DNA 分子，故共需T：3×200600 个。101若用32P 标记人的“类胚胎干细胞”的 DNA 分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总数和被32P 标记的染色体数分别是( )A中期是 46 和 46、后期是 92 和 46B中期是 46 和 46、后期是 92 和 92C中期是 46 和 23、后期是 92 和 23D中期是 46 和 23、后期是 46 和 23A A “类胚胎干细胞”进行有丝分裂，根据题意可知，第一次有丝分裂的结果为每个DNA 分子一条链含有32P，另一条链含有31P，所以第二次有丝分裂中期染色体总数为 46 条，每条染色体都有32P 标记，其中每条染色体含有两条姐妹染色单体，一条染色单体 DNA 两条链含有31P，另一条染色单体 DNA 一条链含有32P，另一条链含有31P；第二次有丝分裂后期，着丝点分裂，染色单体分开，染色体总数为 92，其中 46 条含有32P 标记。2某一个 DNA 分子中，A 为 200 个，复制数次后，消耗周围环境中含 A 的脱氧核苷酸3 000 个，该 DNA 分子已经复制了几次( )A3 次 B4 次C5 次 D6 次B B 利用 DNA 复制规律得知，经过n次复制利用腺嘌呤脱氧核苷酸数目 3 000(2n1)×200，得n4。误区警示：DNA 相关计算中的“四注意”注意是分子还是单链。注意是碱基对还是碱基。注意标记的是亲代还是原料。注意是n次还是第n次。当 堂 达 标·固 双 基1下列有关 DNA 复制的叙述，正确的是( )A有丝分裂分裂期和减数分裂过程中进行复制B全部解旋之后才开始碱基配对C复制后每个新 DNA 分子含一条母链和一条子链D复制的场所是细胞核和核糖体C C DNA 复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂间期；DNA 复制的特点之一是边解旋边复制；DNA 复制方式是半保留复制，即复制后每个新 DNA 分子含一条母链和一条子链；复制的场所主要是细胞核，此外在线粒体和叶绿体中也能进行 DNA 的复制。2DNA 分子的半保留复制方式使 DNA( )A分子结构具有相对稳定性11B能精确地进行自我复制，保证代与代之间的连续性C能够精确地指导蛋白质合成D产生可遗传变异的机会B B DNA 分子的半保留复制方式使 DNA 能精确地进行自我复制，保证代与代之间的连续性。3在 DNA 复制过程中，保证复制准确无误进行的关键步骤是( ) 【导学号：01632138】A解旋酶破坏氢键并使 DNA 双链分开B游离的脱氧核苷酸与母链碱基互补配对C与模板链配对的游离脱氧核苷酸连接成子链D子链与模板链盘绕成双螺旋结构B B DNA 精确复制的原因一方面是 DNA 分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，二是通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。432P 标记玉米体细胞(含 20 条染色体)的 DNA 分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂后的一个细胞中，被32P 标记的染色体条数可能是( )0 8 10 20 30 40A BC DB B 在细胞分裂间期，DNA 进行复制，而 DNA 的复制是半保留复制，由于这些细胞在不含32P 的培养基中培养，复制形成的 DNA 一条链含有32P，另一条链不含有32P，因此在第一次分裂结束后，每一个子细胞的每条染色体中 DNA 的一条链含有32P，另一条链不含有32P；在第二次分裂过程中，间期 DNA 半保留复制，复制形成的 DNA，其中一半的 DNA 一条链含有32P，另一条链不含有32P，另一半的 DNA 都不含有32P；在第二次分裂产生的子细胞中，含有32P 标记的染色体最多有 20 条，最少为 0 条，选项 B 正确。5某 DNA 分子共有a个碱基对，其中含胞嘧啶m个，则该 DNA 分子复制 3 次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为( ) 【导学号：01632139】A7(2am) B8(am)C7(am) D8(2am)C C 在 DNA 分子中，遵循碱基互补配对原则，其中 AT，GC，题中所给 Cm(个)，则 T(2a2m)/2am(个)。该 DNA 分子复制 3 次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数23×(am)(am)7(am)。6含有32P 和含31P 的磷酸，两者化学性质相同，都可参与 DNA 分子的组成，但32P比31P 质量大。将某哺乳动物的细胞放在含有31P 的培养基中，连续培养数代后得到 G0代12细胞，然后将 G0代细胞移到含有32P 的培养基中培养，经过第一、二次细胞分裂后，分别得到 G1、G2代细胞。再从 G0、G1、G2代细胞中提取出 DNA，经密度梯度离心后得到的结果如图所示。由于 DNA 分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若分别表示轻、中、重 3 种 DNA 分子的位置，请回答下列问题：(1)G0、G1、G2三代 DNA 分子离心后的试管分别是图中的：G0_；G1_；G2_。(2)图中两条带中 DNA 分子所含的同位素 P 分别是：条带_，条带_。(3)上述实验结果证明 DNA 的复制方式是_。DNA 的自我复制能使生物的_保持相对稳定。解析 32P 是31P 的同位素，分子量要比31P 大，32PDNA 分子最重，在试管的最下部；31PDNA 分子最轻，在试管的最上部；一条链含32P，另一条链含31P 的 DNA 分子质量居中，位于试管的中间。分析过程可参考下图(以 1 个 DNA 分子为例)。答案 (1)A B D(2)31P 31P 和32P(3)半保留复制 遗传特性核心语句归纳1DNA 复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂间期。2新合成的每一个 DNA 分子都保留了亲代 DNA 分子的一条链。3DNA 分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对保证了复制能够精确地进行。4DNA 分子复制时是边解旋边复制。5DNA 分子通过复制，将遗传信息传递给子代。