新人教版必修2DNA的复制教案.docx

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新人教版必修2DNA的复制教案

第3节

DNA的复制

新课标

核心素养

1.概述DNA分子的复制。

2.探讨DNA复制的生物学意义。

1.科学探究——通过探究DNA复制方式的实验，理解DNA半保留复制的含义。

2.科学思维——利用图示归纳法，掌握DNA的复制过程和复制特点。

3.生命观念——结合DNA的功能和细胞分裂，理解DNA复制的意义。

1．实验材料：

大肠杆菌。

2．实验方法：

运用同位素标记技术。

3．实验过程

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分子的双链均含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。

（1）由于半保留复制，子代DNA分子继承亲代一半的遗传信息。

（×）

（2）子代DNA分子中都含有一条母链和一条子链，称为半保留复制。

（√）

（3）证明DNA半保留复制实验中用14N标记NH4Cl培养液来培养大肠杆菌，是通过产物的质量不同来进行区分的。

（√）

（4）“半保留”复制保持了遗传信息传递的连续性。

（√）

1．（科学思维）碱基互补配对原则喻示DNA的复制机制可能是怎样的？

提示：

喻示DNA的复制机制可能是半保留复制。

2．（科学探究）在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14NDNA（相对分子质量为a）和15NDNA（相对分子质量为b）。

将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ），用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。

（1）Ⅰ代细菌DNA分子的结构是怎样的？

提示：

Ⅰ代细菌DNA分子中只有一条链被15N标记。

（2）Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量是多少？

提示：

Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质是为（7a＋b）/8。

1．把培养在含轻氮（14N）环境中的单个细菌，转移到含重氮（15N）环境中，培养相当于复制一次的时间，然后将其中一个细菌放回原环境中培养相当于连续复制两次的时间后，则细菌DNA分子组成分析为（　　）

A．3/4轻氮型、1/4中间型

B．1/4轻氮型、3/4中间型

C．1/2轻氮型、1/2中间型

D．3/4重氮型、1/4中间型

解析：

选A　含14N的一个细菌，转移到含重氮（15N）环境中培养复制一次的时间，则所形成的子代中每个细菌DNA分子均为中间型；将其中1个细菌放回原轻氮环境中培养复制两次的时间，即细菌DNA分子复制两次，共形成4个DNA分子，而含15N的DNA（中间型）只有1个，其余均含14N（轻氮型），即1/4中间型、3/4轻氮型。

2．把培养在含轻氮（14N）环境中的细菌，转移到含重氮（15N）环境中培养，连续复制两轮的时间后，离心分离其DNA，结果应如图（　　）

解析：

选B　只含14N的细菌，转移到含重氮15N的环境中培养复制一轮的时间，由半保留复制特点可知，所形成的子代中每个DNA分子都是一条链含15N、另一条链含14N标记；再复制一轮，共形成4个DNA分子，其中只有两个DNA分子是一条链含15N、另一条链含14N标记，

另两个DNA分子两条链都含15N标记，即子代有1/2中带、1/2重带。

[归纳提升]

1．关于DNA分子复制的早期推测

在DNA分子复制的早期研究中，科学家们提出了三个模型：

全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。

比较如下：

全保留复制：

亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。

半保留复制：

新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。

弥散复制：

亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。

如下图所示：

2．试管中三个条带分析

重带：

两条链均只含15N。

即此DNA中两条链均为亲代链。

中带：

一条链中只含14N，另一条链中含15N。

即此子代DNA中只含有一条初始亲代链。

轻带：

两条链均只含14N。

即此子代DNA中不含亲代链。

[特别提醒]

如果DNA分子的复制方式为全保留复制，则用含15NH4Cl的培养液培养的亲代大肠杆菌在含14NH4Cl的培养液中培养一代后，应该是一半为重带（15N/15N－DNA）、一半为轻带（14N/14N－DNA）；培养两代后，1/4为重带、3/4为轻带。

1．DNA复制的概念

2．DNA复制的过程

3．DNA复制的特点

（1）过程：

边解旋边复制，多起点复制。

（2）方式：

半保留复制。

4．准确复制的原因

（1）DNA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，保证了复制能够准确地进行。

5．DNA复制的意义

将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。

（1）在DNA双链完全解开后，DNA聚合酶与DNA结合，催化DNA的复制。

（×）

（2）DNA复制只以亲代DNA分子的一条链为模板。

（×）

（3）DNA复制时通过碱基互补配对保证复制的准确性。

（√）

（4）DNA分子复制时，两条子链的合成方向是相反的。

（√）

1．（科学思维）DNA复制是否只在有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期进行？

是否只发生于细胞核中？

提示：

不是，无丝分裂过程中也发生DNA复制。

线粒体和叶绿体中也有DNA，也进行DNA复制。

2．如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：

（1）（生命观念）据图可知DNA聚合酶使两条子链从5′端到3′端，还是从3′端到5′端进行合成？

提示：

从5′端到3′端进行合成。

（2）（生命观念）合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？

提示：

互补。

1．如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析错误的是（　　）

A．酶①和酶②均作用于氢键

B．该过程的模板链是a、b链

C．该过程可发生在细胞有丝分裂间期

D．DNA复制的特点是半保留复制

解析：

选A　由题图可知，酶①（解旋酶）使氢键断裂，而酶②（DNA聚合酶）催化形成磷酸二酯键，A错误。

2．用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含有14N的培养基中连续复制4次。

其结果不可能是（　　）

A．含有15N的DNA分子占1/8

B．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个

C．含有14N的DNA分子占7/8

D．复制结果共产生16个DNA分子

解析：

选C　DNA连续复制4次，形成16个DNA分子，其中有2个含15N，所有的DNA分子都含14N；由题可知最初的DNA分子中含腺嘌呤脱氧核苷酸（200－60×2）/2＝40（个），复制4次，共需40×（24－1）＝600个腺嘌呤脱氧核苷酸。

[归纳提升]

1．巧记DNA复制的“一所、两期、三步、四条件”

2．DNA分子复制中的相关计算

DNA分子的复制方式为半保留复制，将一个被15N标记的DNA分子转移到含14N的培养基中复制n代。

（1）图示

（2）解读

知识点（三）DNA复制与细胞中染色体标记问题及解法

1．有丝分裂中子染色体标记分析

（1）过程图解（一般只研究一条染色体）

复制一次（母链标记，培养液不含标记同位素）：

转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：

（2）规律总结：

若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。

2．减数分裂中染色体的标记情况

（1）用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示

由图可以看出，在减数分裂过程中细胞连续分裂2次，DNA只复制一次，所以四个子细胞中所有的DNA分子都呈“杂合”状态，即15N/14N，子细胞的所有染色体都含15N。

综上分析可知：

只要亲代细胞所有的DNA均被标记且只复制1次，产生的子代DNA分子全带放射性，一次有丝分裂产生的2个子细胞和一次减数分裂产生的4个子细胞，均带放射性。

（2）构建细胞分裂过程模型图，并完成染色体与DNA的转换，是解答此类问题的关键。

具体如下

第一步

画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实线表示含同位素标记

第二步

画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示

第三步

再画出第二次复制（分裂）后的细胞的染色体组成和DNA链的情况

第四步

若继续推测后期情况，可想象着丝粒分裂，染色单体（a与a′）分开的局面，并进而推测子细胞染色体情况

　　（3）说明

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。

　若将胡萝卜细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第二次分裂中期。

请回答下列问题：

（1）（科学思维）在第一次分裂过程中，由同一DNA复制而来的两个含3H的DNA分子何时发生分离？

为什么？

提示：

后期。

同一DNA复制而来的两个含3H的DNA分子位于同一条染色体的两条染色单体上，随染色单体的分开而分离。

（2）（生命观念）若胡萝卜细胞中含有18条染色体，则上题中胡萝卜细胞处于第一次分裂后期时，细胞中含有多少条含3H的染色体？

提示：

36条

1．将DNA分子双链用3H标记的蚕豆（2n＝12）根尖移入普通培养液（不含放射性元素）中，再让细胞连续进行有丝分裂。

根据如图所示判断，在普通培养液中的第二次有丝分裂中期，一个细胞中染色体标记情况是（　　）

A．6个a,6个c　　　　　　B．12个b

C．6个b,6个cD．12个c

解析：

选B　根据题意可知，亲代DNA分子双链用3H标记，由于DNA分子为半保留复制，因此亲代细胞中染色体经过第一次复制后两个姐妹染色单体均有标记，如图a；第一次有丝分裂结束后产生的子细胞中每条染色体上的DNA分子均有一条链被标记，该细胞中的染色体再经过第二次复制，一条染色体上的两个染色单体只有1个染色单体的一条链有标记，即只有1个染色单体有标记，如图b，因此在第二次有丝分裂中期，细胞中12条染色体上的两个染色单体均有一个带有标记。

2．在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。

当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA（一条链被标记）的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA（两条链均被标记）的染色单体荧光被抑制（无明亮荧光）。

若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。

下列推测错误的是（　　）

A．1/2的染色体荧光被抑制

B．1/4的染色单体发出明亮荧光

C．全部DNA分子被BrdU标记

D．3/4的DNA单链被BrdU标记

解析：

选D　根据DNA的半保留复制特点，第一次有丝分裂结束后，细胞中的DNA全部为一条链含有BrdU，另一条链不含；第二次有丝分裂结束，子代所有DNA有一半两条链均含BrdU，有一半DNA只有一条链含有BrdU；第三次有丝分裂中期，有1/2的染色体两条染色单体中的DNA双链均含BrdU（即被染色后无明亮荧光），有1/2的染色体一条染色单体中的DNA一条链含BrdU（被染色后有明亮荧光），另一条染色单体中DNA双链均含BrdU（被染色后无明亮荧光）。

因此在第三次有丝分裂中期，1/2的染色体荧光被抑制，A正确；有1/4的染色单体发出明亮荧光，B正确；全部DNA分子被BrdU标记，C正确；7/8的DNA单链被BrdU标记，D错误。

[学习小结]

1．下列有关DNA复制的叙述，正确的是（　　）

A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸

B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的

C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链

D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子

解析：

选B　解旋酶可断裂碱基对之间的氢键，进而打开双螺旋，而不是将DNA分子水解成脱氧核苷酸，A错误；DNA复制过程是边解旋边复制，即解旋和复制是同时进行的，B正确；解旋后的两条单链都可以作为DNA复制的模板，C错误；子代DNA分子中各含有一条母链和一条子链，两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对，组成一个新的DNA分子，D错误。

2．将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是（　　）

A．所有大肠杆菌都含有15N

B．含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2

C．含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4

D．含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8

解析：

选C　子代大肠杆菌为8个，含有亲代DNA的大肠杆菌为2个，A错误；据A分析，含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4，B错误，C正确；子代共有DNA为8个，含有15N的为2个，则含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/4，D错误。

3.将15N标记的大肠杆菌（其DNA经密度梯度离心后如甲图），转至以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养，每20分钟繁殖一代，收集并提取DNA，进行密度梯度离心，如图为离心结果模拟图。

已知大肠杆菌DNA中胞嘧啶个数为x，下列有关叙述正确的是（　　）

A．出现丁结果至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为4x

B．乙是转入14N培养基中复制一代的结果

C．出现丙结果至少需要40分钟

D．甲→丁过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数

解析：

选D　丁结果一半在轻带，一半在中带，而复制后中带的DNA肯定是两个，所以一共有4个DNA分子，其中母本不需要原料合成，所以至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为3x；DNA复制后不可能出现重带的DNA；丙全部在中带，说明DNA复制了一次，至少需要20分钟；由于DNA分子中嘌呤数与嘧啶数相等，因此无论DNA复制多少次，所需的嘌呤数都等于嘧啶数。

4．如图为真核生物DNA复制过程示意图，有关分析错误的是（　　）

A．DNA具有半保留复制、边解旋边复制的特点

B．DNA复制时两条子链的延伸方向相同

C．DNA不同起点的复制是不同步进行的

D．多起点双向复制提高了DNA的合成速率

解析：

选B　DNA具有半保留复制、边解旋边复制的特点，A正确；据图分析，DNA复制时两条子链的延伸方向相反，B错误；DNA不同起点的复制是不同步进行的，题图中左边先复制，右边后复制，C正确；多起点双向复制提高了DNA的合成速率，D正确。

5．某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有A个。

下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是（　　）

A．在第一次复制时，需要（m－A）个

B．在第二次复制时，需要2（m－A）个

C．在第n次复制时，需要2n－1（m－A）个

D．在n次复制过程中，总共需要2n（m－A）个

解析：

选D　DNA分子复制一次，可产生2个DNA分子，因为每个DNA分子中含有胞嘧啶脱氧核苷酸（m－A）个，所以复制一次时，需要胞嘧啶脱氧核苷酸为（m－A）个，A正确；在第二次复制时，2个DNA分子会形成4个DNA分子，相当于形成2个新DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为2（m－A）个，B正确；在第n次复制后，会形成2n个DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为（2n－2n－1）（m－A）＝2n－1（m－A）个，C正确；在n次复制过程中，1个DNA分子变为2n个DNA分子，总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸为（2n－1）（m－A）个，D错误。

6．如图甲是DNA分子局部组成示意图，图乙表示DNA分子复制的过程。

请回答以下问题：

（1）图甲中有____种碱基，有____个游离的磷酸基团。

两条脱氧核苷酸链的碱基之间通过________相连。

（2）图乙过程在真核细胞与原核细胞中进行的主要场所分别是________和________。

（3）图乙的DNA分子复制过程中所需的原料是________________。

（4）由图可知，随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断地延伸，这说明DNA分子复制具有____________的特点。

（5）已知某DNA分子共含1000个碱基对、2400个氢键，则该DNA分子中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸________个；若将其复制4次，共需腺嘌呤脱氧核苷酸________个。

解析：

（1）图甲中有A、T、C、G共4种碱基，每一条DNA单链上有1个游离的磷酸基团，所以共有2个游离的磷酸基团；两条脱氧核苷酸链的碱基之间通过氢键相连，而同一条脱氧核苷酸链中的相邻碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连。

（2）图乙表示DNA分子复制过程，在真核细胞中进行的主要场所是细胞核，在原核细胞中进行的主要场所是拟核。

（3）图乙的DNA分子复制过程，所需的原料是4种脱氧核苷酸。

（4）图示说明DNA复制具有边解旋边复制的特点。

（5）设鸟嘌呤G的含量为x个，腺嘌呤A的含量为y个，则x＋y＝1000,3x＋2y＝2400，解得x为400，y为600，即鸟嘌呤脱氧核苷酸为400个；复制4次，形成16个子代DNA，但其中由亲代保留的两条链不需要原料，所以需要原料合成的只有15个DNA，则需要腺嘌呤脱氧核苷酸为15×600＝9000个。

答案：

（1）4　2　氢键　

（2）细胞核　拟核　（3）4种脱氧核苷酸　（4）边解旋边复制　（5）400　9000