苏教版生物必修2 第4章 第2节 第2课时 DNA分子的复制.docx
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苏教版生物必修2第4章第2节第2课时DNA分子的复制
第2课时 DNA分子的复制
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。
DNA分子复制的过程及特点
1.DNA分子复制的含义及复制方式的证明
(1)含义
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
(2)DNA复制方式的证明
①方法
同位素示踪法。
②原理
含15N的双链DNA密度大,含14N的双链DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。
③过程
a.用放射性同位素15N标记大肠杆菌的DNA。
b.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。
c.分别取完成一次细胞分裂和二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结果
⑤结论
DNA的复制方式为半保留复制。
2.DNA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:
①模板:
DNA分子的两条链。
②原料:
游离的4种脱氧核苷酸。
③能量:
ATP。
④酶:
解旋酶、DNA聚合酶等。
(4)过程
(5)特点
①边解旋边复制;②半保留复制。
(6)准确复制的原因和意义
①原因
a.DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板;
b.通过碱基互补配对,保证了复制能够精确地进行。
②意义:
使遗传信息从亲代传给子代,从而确保了遗传信息的连续性。
探讨
:
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。
探讨
:
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。
探讨
:
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。
探讨
:
图中过程是否一定准确无误?
【提示】 不一定,可能出现差异。
1.不同生物的DNA分子复制的场所
病毒:
在活的宿主细胞内
2.DNA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。
3.DNA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。
5.DNA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。
巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”
1.下列关于DNA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
B.DNA通过一次复制后产生4个DNA分子
C.DNA双螺旋结构全部解旋后,才开始复制
D.单个脱氧核苷酸在DNA解旋酶的作用下连接合成新的子链
【解析】 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。
【答案】 A
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( )
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
【解析】 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。
【答案】 A
DNA半保留复制的实验分析及相关计算
下图表示一个被15N标记的DNA分子在14N的环境中,经过两次有丝分裂时,细胞中染色体和DNA的变化情况。
探讨
:
经过两次有丝分裂,该DNA分子共复制出几条DNA分子?
分别是哪一种?
【提示】 4条,分别是:
15N/14N、14N/14N、15N/14N、14N/14N。
探讨
:
第二次分裂后子细胞中有无含15N的DNA?
【提示】 有一半细胞含有15N的DNA。
探讨
:
第二次有丝分裂中期染色体是否被15N标记?
【提示】 由图可知,第二次有丝分裂中期细胞中染色体已经复制(如图e),两条染色单体中有一条含有15N。
1.DNA半保留复制的实验分析
(1)实验预期:
离心后出现3条DNA带。
①重链带(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)。
③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。
已知某全部N原子被15N标记的DNA分子作为亲代,转移到含14N的培养基中培养复制若干代,其结果分析如表:
世
代
DNA分子结构特点
DNA中脱氧核
苷酸链的特点
分
子
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
链的总数
含14N、15N
链占全部
链数之比
仅含15N
含14N、15N
仅含14N
含
15N
含
14N
亲代
1
全部在下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全部在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部,1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部,3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
中部,
1-
上部
0
1-
2n+1
1-
3.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
①子代DNA分子数=2n个。
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个。
③不含亲代链的子代DNA分子数=(2n-2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2n+1条。
②亲代脱氧核苷酸链数=2条。
③新合成的脱氧核苷酸链数=(2n+1-2)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:
①经过n次复制,共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n-1)个。
②第n次复制时,需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n-1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。
1.某基因片段含有48对碱基,关于其复制的说法,正确的是( )
A.该基因片段复制时共需要游离的碱基48个
B.该基因片段中若碱基G占1/4,则该片段中含有24个“A-T”碱基对
C.若该基因片段含有12个碱基A,则该片段第2次复制时,需要游离的C为108个
D.若用32P标记该基因片段,在含31P的环境中连续复制3次,不含32P的片段所占比例为1/4
【解析】 该基因片段共48个碱基对,96个碱基,复制时两条链都为模板,共需要游离的碱基96个,故A项错误;该基因片段中若G占1/4,则G=C=24个,那么A=T=24个,所以含24个“A—T”碱基对,故B项正确;若该片段含有12个A,则A=T=12个,C=G=36个,第1次复制需要游离的C=G=36个,第2次复制需要C=G=36×2=72个,故C项错误;含32P的基因片段连续复制3次,得到8个DNA分子,其中含32P的有2个,占1/4,不含32P的占3/4,故D项错误。
【答案】 B
2.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( )
【导学号:
21920042】
A.中期是46和46、后期是92和46
B.中期是46和46、后期是92和92
C.中期是46和23、后期是92和23
D.中期是46和23、后期是46和23
【解析】 “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。
【答案】 A
3.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①②③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①②两条带中DNA分子所含的同位素P分别是:
条带①________,条带②________。
(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,32P-DNA分子最重,在试管的最下部;31P-DNA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
1.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
【解析】 DNA复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期;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。
【答案】 C
2.DNA分子的半保留复制方式使DNA( )
A.分子结构具有相对稳定性
B.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
【解析】 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。
【答案】 B
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:
21920043】
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
【解析】 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。
【答案】 B
4.32P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( )
①0 ②8 ③10 ④20 ⑤30 ⑥40
A.①③④ B.①②③④
C.④⑤⑥D.①③④⑥
【解析】 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。
【答案】 B
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( )
A.7(2a-m) B.8(a-m)
C.7(a-m)D.8(2a-m)
【解析】 在DNA分子中,遵循碱基互补配对原则,其中A=T,G=C,题中所给C=m(个),则T=(2a-2m)/2=a-m(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×(a-m)-(a-m)=7(a-m)。
【答案】 C
课堂小结:
网络构建
核心回扣
1.DNA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。
3.DNA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。
4.DNA分子复制时是边解旋边复制。
5.DNA分子通过复制,将遗传信息传递给子代。