学年人教版必修2第3章 第34节 DNA的复制 基因是有遗传效应的DNA片段 学案.docx

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学年人教版必修2第3章第34节DNA的复制基因是有遗传效应的DNA片段学案

第3、4节　DNA的复制　基因是有遗传效应的DNA片段

学习目标

知识概览

1.概述DNA复制方式的假说及实验证据。

2.掌握DNA复制的过程及精确复制的原因。

（重点）

3.理解基因与DNA、染色体的关系。

（重、难点）

4.利用数学方法归纳DNA分子的多样性和特异性。

[自主预习·探新知]

一、DNA的复制

1．对DNA分子复制的推测

（1）提出者：

沃森和克里克。

（2）假说内容：

①解旋：

DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，互补碱基之间的氢键断裂。

②复制

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，这种复制方式称做半保留复制。

2．DNA半保留复制的实验证据

（1）实验材料：

大肠杆菌。

（2）实验方法：

运用同位素示踪技术。

（3）实验过程

用15N标记细菌的DNA

　　　　↓

转入以含14N物质为唯一氮源的培养基中

　　　　↓一段时间

取细菌，分离DNA，进行密度梯度离心

（4）实验结果

①复制一次产生的DNA分子中，一条链含14N，另一条链含15N，DNA分子密度居中。

②复制两次产生的DNA分子中，有两个DNA分子双链均含_14N，另两个DNA分子中一条链含15N，另一条链含14N。

（5）实验结论：

DNA的复制方式为半保留复制。

3．DNA分子复制的过程

（1）DNA复制的概念、时间、场所

①概念：

以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

②时间：

有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。

③场所：

主要是细胞核。

（2）DNA分子的复制过程

（3）特点

①过程：

边解旋边复制。

②方式：

半保留复制。

（4）准确复制的原因

①DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。

②通过碱基互补配对保证了复制的准确进行。

（5）意义：

将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

二、基因是有遗传效应的DNA片段

1．基因与DNA关系的实例

2．DNA片段中的遗传信息

（1）遗传信息：

DNA分子中4种碱基的排列顺序。

（2）特点

①多样性：

碱基排列顺序的千变万化。

②特异性：

每一个DNA分子有特定的碱基排列顺序。

③稳定性：

DNA分子的结构较稳定。

3．与生物体多样性和特异性的关系

DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。

[基础自测]

1．判断对错

（1）证明DNA复制方式的实验只能用同位素标记N。

（　　）

（2）在证明DNA复制方式的实验中，从Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少一条链含14N。

（　　）

（3）DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。

（　　）

（4）任何生物的基因都是有遗传效应的DNA片段。

（　　）

提示：

（1）×　DNA的组成元素有C、H、O、N、P，这几种元素都有同位素，所以标记任何一种元素都可以。

（2）√

（3）×　DNA分子的复制方式为半保留复制，所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。

（4）×　RNA病毒（如烟草花叶病毒、禽流感病毒、埃博拉病毒等）的遗传物质是RNA，其基因是有遗传效应的RNA片段。

2．下列关于DNA复制条件的叙述，不正确的是（　　）

A．DNA复制时只有DNA的一条链作模板

B．以4种游离的脱氧核苷酸为原料

C．DNA复制过程需要消耗能量

D．没有酶的催化，细胞DNA复制无法进行

A　[DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下将双链解开，以解开的两条链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。

]

3．下列关于基因概念的叙述，错误的是（　　）

【导学号：

77782087】

A．基因是有遗传效应的DNA片段

B．基因是DNA分子上有一定功能的特定的碱基排列顺序

C．基因是DNA分子上任意一个片段

D．基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位

C　[基因是有遗传效应的DNA片段，是有一定功能的特定的碱基排列顺序。

由于DNA分子上有很多不能控制生物性状的区段，所以基因不能是DNA分子上的任意一个片段。

]

[合作探究·攻重难]

对DNA分子复制的推测

1.对DNA分子复制的推测

假说

遗传物质自我复制的假说

提出者

沃森和克里克

内容

（1）解旋：

DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，配对碱基之间的氢键断裂

（2）复制：

以解开的两条母链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键结合到作为模板的单链上

特点

新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，是半保留复制

2.DNA半保留复制的实验证据分析

（1）实验方法：

放射性同位素标记法和密度梯度离心法。

（2）实验原理：

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）实验假设：

DNA以半保留的方式复制。

（4）实验预期：

离心后应出现3条DNA带。

①重带（密度最大）：

两条链都为15N标记的亲代双链DNA。

②中带（密度居中）：

一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。

③轻带（密度最小）：

两条链都为14N标记的子代双链DNA。

（5）实验过程

（6）过程分析

①立即取出，提取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→1/2轻带、1/2中带。

（7）实验结论：

DNA的复制是以半保留方式进行的。

易错提醒：

（1）该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。

（2）该实验也可以用P、C等元素进行标记。

（3）在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。

[活学活用]

1．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是（　　）

A．子一代DNA应为②　B．子二代DNA应为①

C．子三代DNA应为④D．亲代的DNA应为⑤

C　[亲代DNA全为15N，应为⑤，复制一次后，DNA一条链为15N，一条链为14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个全为14N，2个是一条链为15N，一条链为14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA全为14N，2个DNA的一条链为14N，一条链为15N，故C错。

]

2．下列有关探究DNA复制过程的说法不正确的是（　　）

A．实验利用了同位素示踪法

B．细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次

C．密度梯度超速离心后，DNA在试管中的位置与相对分子质量无关

D．实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点

C　[探究DNA复制的实验利用15N标记亲代细胞的DNA，在含14N的培养液中连续分裂两次（在每次分裂的间期DNA都复制一次），分别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA，进行密度梯度超速离心，DNA在试管中的位置取决于DNA分子所含同位素的情况，即相对分子质量的大小。

实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点。

]

DNA分子的复制

1.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。

2．DNA复制的有关计算

将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：

（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，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m（2n－1）个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m·2n－1。

【方法技巧】　巧借模式图解答与DNA复制有关问题

学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如下图所示：

注意：

开始被15N标记的DNA分子作为0代还是第1代决定了世代数与子代所占比例的计算。

[活学活用]

真核细胞中DNA复制如下图所示，下列表述错误的是（　　）

【导学号：

77782088】

A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成

B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代

C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化

D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则

C　[多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成，提高复制效率，A正确。

DNA为半保留复制，每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代，B正确。

DNA解旋酶破坏碱基对的氢键，使DNA双链解旋，DNA聚合酶形成磷酸二酯键，C错误。

碱基对之间严格的碱基互补配对原则，保证遗传信息准确地从亲代DNA传向子代DNA，D正确。

]

基因与性状

1．全方位理解“基因”

（1）本质上，基因是有遗传效应的DNA片段。

（2）结构上，基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。

（3）功能上，基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。

（4）位置上，基因在染色体上呈线性排列。

2．染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系

3．基因、染色体、蛋白质、性状的关系

（1）对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体是基因的次要载体。

（2）对于原核细胞来说，基因存在于拟核中的DNA分子或质粒上，DNA是裸露的，并没有与蛋白质一起构成染色体，因此，没有染色体这一载体。

[活学活用]

1．下列有关基因的叙述，正确的是（　　）

A．基因是控制生物性状的结构单位和功能单位

B．人体细胞内的基因全部位于染色体上

C．经测定，一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中，包含了m个基因，则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对长度

D．基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代

A　[基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构单位和功能单位。

人体细胞内的基因主要在染色体上，线粒体DNA分子上也有少量基因。

一个DNA分子上有许多个基因，但并非基因与基因紧密相连，那些没有遗传效应的DNA片段并不是基因，因此C项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对长度。

有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代，无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。

]

2．由80个碱基组成的DNA分子片段，可由其碱基对组成不同的序列而携带不同的遗传信息，其种数最多可达（　　）

【导学号：

77782089】

A．4120　　　　　B．1202

C．4