2012高中生物 第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制第2課時(shí)示范教案 蘇教版

1、第二課時(shí)DNA的復(fù)制師:同學(xué)們，已經(jīng)知道了DNA分子能夠儲(chǔ)存大量的遺傳信息。作為遺傳物質(zhì)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾p鏈螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其功能有關(guān)。而復(fù)制是DNA的重要功能，那么，何謂復(fù)制？復(fù)制的過程如何？有何意義呢？下面我們一起來學(xué)習(xí)DNA的復(fù)制。 師:對(duì)真核生物而言，DNA主要存在于細(xì)胞的什么部位？生:DNA主要存在于細(xì)胞核內(nèi)。師:DNA結(jié)構(gòu)怎樣？生:雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)、極性反向平行、堿基互補(bǔ)配對(duì)、排列順序無窮。師:細(xì)胞周期中的分裂間期細(xì)胞有何主要變化？生:DNA分子的復(fù)制，有關(guān)蛋白質(zhì)分子的合成。師:遺傳信息儲(chǔ)存在什么物質(zhì)中？生:DNA分子中。師:遺傳信息如何傳遞？生:通過DNA的復(fù)制。師:何謂DNA的復(fù)制？板書

2、：一、DNA的復(fù)制生:以親代DNA分子為摸板合成子代DNA分子的過程稱為DNA復(fù)制。師:DNA的復(fù)制發(fā)生在什么時(shí)期？生:發(fā)生在有絲分裂間期和減數(shù)分裂的第一次分裂的間期。師:DNA分子是以什么方式進(jìn)行復(fù)制的？板書：1DNA分子復(fù)制的方式師:為了證明DNA分子的復(fù)制方式，1957年兩位科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)非常精巧的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生活動(dòng)：閱讀文本P57“事實(shí)2”圖文，分析DNA分子半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)過程。師:(1)該實(shí)驗(yàn)采用了什么物理方法？(2)4組實(shí)驗(yàn)的具體過程是怎樣的？各自出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？(3)實(shí)驗(yàn)中，第一組實(shí)驗(yàn)的作用是什么？(4)實(shí)驗(yàn)中，子一代細(xì)菌、子二代細(xì)菌究竟是第幾組細(xì)菌的子代？(5)離心處理后，為什

3、么子一代的DNA只有雜合鏈帶？你能以圖示的形式來表示其本質(zhì)嗎？(6)子二代DNA出現(xiàn)了輕鏈帶和雜合鏈帶，說明了什么？學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合文本P57“事實(shí)2”圖文事實(shí)，分組討論。生甲:該實(shí)驗(yàn)采用了同位素標(biāo)記法與梯度離心法。師:同位素標(biāo)記法在生物實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常被使用，主要是用來跟蹤某種化學(xué)元素所存在的化合物的變化或該化合物在生物體內(nèi)的變化規(guī)律等。在做標(biāo)記實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意選擇被標(biāo)記的元素在某種物質(zhì)中是唯一的，如在噬菌體內(nèi)標(biāo)記蛋白質(zhì)，一般選擇S元素，而標(biāo)記DNA一般選擇P元素，因?yàn)镾元素不存在DNA中，而生物體P元素主要在DNA中。之所以不選擇N元素，是由于其在DNA和蛋白質(zhì)中都存在。通過同位素標(biāo)記的元素和普通元

4、素的比較可以起到對(duì)照作用，來研究某種元素的變化規(guī)律，如本實(shí)驗(yàn)就是這樣。生乙:(1)第一組實(shí)驗(yàn)是把細(xì)菌培養(yǎng)在含有輕同位素(14N)的培養(yǎng)基中，在細(xì)菌的生長(zhǎng)過程中，輕同位素進(jìn)入含氮堿基，然后摻入新合成的DNA鏈中。經(jīng)過多次細(xì)胞分裂，細(xì)菌細(xì)胞的DNA充分地被14N標(biāo)記上了。然后將細(xì)菌細(xì)胞破碎，提取DNA，進(jìn)行氯化銫梯度離心，結(jié)果，14NDNA在輕帶位置。(2)第二組實(shí)驗(yàn)是把細(xì)菌培養(yǎng)在含有重同位素(15N)的培養(yǎng)基中，在細(xì)菌的生長(zhǎng)過程中，重同位素進(jìn)入含氮堿基，然后摻入新合成的DNA鏈中。經(jīng)過多次細(xì)胞分裂，細(xì)菌細(xì)胞的DNA充分地被15N標(biāo)記上了。然后將細(xì)菌細(xì)胞破碎，提取DNA，進(jìn)行氯化銫梯度離心，結(jié)果，

5、15NDNA在重帶位置。(3)第三組實(shí)驗(yàn)是把細(xì)菌培養(yǎng)在含有重同位素(15N)的培養(yǎng)基中，在細(xì)菌的生長(zhǎng)過程中，重同位素進(jìn)入含氮堿基，然后摻入新合成的DNA鏈中。經(jīng)過多次細(xì)胞分裂，細(xì)菌細(xì)胞的DNA充分地被15N標(biāo)記上了。然后把這些標(biāo)記的細(xì)胞移入正常的輕同位素(14N)的培養(yǎng)基中，經(jīng)過一次細(xì)胞分裂，抽取細(xì)菌樣本，再提取DNA，進(jìn)行氯化銫梯度離心，結(jié)果，第一代DNA分子則位于輕帶和重帶之間的中帶位置。(4)第四組實(shí)驗(yàn)是把細(xì)菌培養(yǎng)在含有重同位素(15N)的培養(yǎng)基中，在細(xì)菌的生長(zhǎng)過程中，重同位素進(jìn)入含氮堿基，然后摻入新合成的DNA鏈中。經(jīng)過多次細(xì)胞分裂，細(xì)菌細(xì)胞的DNA充分地被15N標(biāo)記上了。然后把這些標(biāo)

6、記的細(xì)胞移入正常的輕同位素(14N)的培養(yǎng)基中，經(jīng)過兩次細(xì)胞分裂，抽取細(xì)菌樣本，再提取DNA，進(jìn)行氯化銫梯度離心，結(jié)果，第二代DNA分子一半位于輕帶，一半位于中帶。生丙:實(shí)驗(yàn)中，第一組實(shí)驗(yàn)的作用是作為第二組、第三組、第四組實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組。生丁:實(shí)驗(yàn)中，子一代細(xì)菌是第二組細(xì)菌(15NDNA重鏈帶細(xì)菌)的子代、子二代細(xì)菌是第三組細(xì)菌(15NDNA、14NDNA中鏈帶細(xì)菌)的子代。生戊:嘗試進(jìn)行板演，以圖示的形式分析為何子一代的DNA只有雜合鏈帶。教師:活動(dòng)：對(duì)學(xué)生的分析進(jìn)行評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生自主分析為何子一代的DNA只有雜合鏈帶。師:造成子一代的DNA只有雜合鏈帶的原因可能是由于DNA的復(fù)制方式為半保留

7、復(fù)制。即以DNA分子的兩條鏈中的一條單鏈(15NDNA單鏈)為模板(母鏈)，以14N的游離的脫氧核糖核苷酸為原料，合成一條子鏈(14NDNA單鏈)，一條母鏈與一條子鏈形成一個(gè)子一代的DNA分子，即15NDNA、14NDNA中鏈DNA分子。一個(gè)DNA分子一次復(fù)制結(jié)束后可形成兩個(gè)DNA分子。師:如何來證明你的推測(cè)？學(xué)生活動(dòng)：小組討論，提出設(shè)計(jì)方案，小組代表發(fā)言。生如果將第一代DNA分子用解旋酶處理后再離心，則一部分在重帶位置，另一部分在輕帶位置，這就證明了DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制，其中一條含15N，另一條含14N。生己子二代DNA出現(xiàn)了輕鏈帶和雜合鏈帶，更說明了DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制。板書：2D

8、NA的半保留復(fù)制師:指導(dǎo)學(xué)生以圖示的方式來表示子二代DNA出現(xiàn)了輕鏈帶和雜合鏈帶的原因。教師:活動(dòng)：進(jìn)行巡視、指導(dǎo)與評(píng)價(jià)。學(xué)生活動(dòng)：自主完成圖示，與伙伴交流學(xué)習(xí)成果。師:什么是DNA半保留復(fù)制？生上述實(shí)驗(yàn)證明，在新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此，這種復(fù)制方式又被稱為DNA半保留復(fù)制。師:那么，DNA的復(fù)制究竟是如何進(jìn)行的呢？DNA復(fù)制的時(shí)間、場(chǎng)所、模板、條件、原料、過程、產(chǎn)物與產(chǎn)物的去向又是怎樣的呢？課件展示：DNA分子復(fù)制的動(dòng)畫課件；著重描述DNA復(fù)制的時(shí)間、場(chǎng)所、模板、條件、原料、過程、產(chǎn)物與產(chǎn)物的去向等信息要素。學(xué)生活動(dòng)：觀察多媒體信息，結(jié)合閱讀文本P58

9、，思考上述問題。師:DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板，通過堿基互補(bǔ)配對(duì)，保證了復(fù)制能夠精確地進(jìn)行。DNA分子的復(fù)制是一個(gè)邊解旋邊復(fù)制的過程。師:DNA分子是如何復(fù)制的？板書：3DNA分子復(fù)制的過程(1)時(shí)間、場(chǎng)所(2)條件：模板、原料、能量、酶學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生小組討論，代表發(fā)言。生:DNA分子復(fù)制過程包括解旋、合成、復(fù)旋三個(gè)步驟。(1)解旋：在DNA解旋酶的作用下，由ATP提供能量，打開對(duì)應(yīng)的堿基對(duì)之間的氫鍵，使雙鏈DNA解開成為兩條單鏈。(2)子鏈的延伸合成：在DNA聚合酶的作用下，各自以DNA兩條鏈(母鏈)為模板， ATP為能量，脫氧核苷酸為原料，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成一條

10、新的子鏈。(3)復(fù)旋：在DNA復(fù)旋酶的作用下，由ATP提供能量，一條母鏈和一條子鏈螺旋成為一個(gè)新的DNA分子。即：1DNA2DNA單鏈(母)2條母鏈2條子鏈(1條母鏈1條子鏈)(1條母鏈1條子鏈)2DNA。師:由上述過程可以知道，在以母鏈為模板合成新的子鏈的過程中，新合成的子鏈上脫氧核苷酸的排列順序與另一條母鏈上脫氧核苷酸的排列順序完全相同，故母鏈與子鏈螺旋化形成的新DNA分子中堿基對(duì)的排列順序也完全相同；新形成的每個(gè)DNA分子中的雙鏈有一條是來自上代DNA的母鏈，所以叫半保留復(fù)制。師:DNA分子復(fù)制發(fā)生于什么時(shí)期？生:DNA分子復(fù)制發(fā)生于細(xì)胞周期的分裂間期。師:DNA分子復(fù)制發(fā)生于什么場(chǎng)所？

11、生:主要在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行。師:還有哪些場(chǎng)所可能會(huì)發(fā)生DNA分子復(fù)制呢？生:真核細(xì)胞的線粒體與葉綠體；原核細(xì)胞的擬核與細(xì)胞質(zhì)(如質(zhì)粒的復(fù)制)；病毒的復(fù)制發(fā)生于宿主細(xì)胞內(nèi)。師:DNA分子復(fù)制需要什么條件呢？生:需要ATP提供能量；需要多種酶催化(解旋酶、合成酶、復(fù)旋酶)；需要適宜的溫度與pH提供酶催化的適宜條件；需要A、T、G、C四種大量的脫氧核苷酸為原料；需要DNA的兩條單鏈作為復(fù)制的模板。師:誰為DNA分子復(fù)制提供精確的模板呢？生:DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)。師:DNA分子復(fù)制的模板是什么？生:DNA分子的兩條單鏈都可以作為復(fù)制的模板。師:DNA分子復(fù)制的產(chǎn)物是什么？產(chǎn)物的去向是什么？生:DNA

12、分子復(fù)制的產(chǎn)物是形成兩條子鏈，每條子鏈與一條母鏈螺旋形成一個(gè)子代DNA分子，共形成兩個(gè)DNA分子，由一個(gè)著絲點(diǎn)連接。在有絲分裂后期或減數(shù)分裂的第二次分裂后期，著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分開，這樣兩個(gè)DNA分子就進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞。師:什么機(jī)制保證DNA分子復(fù)制精確進(jìn)行呢？生:嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。師:DNA分子復(fù)制過程中會(huì)發(fā)生差錯(cuò)嗎？生:從理論上，任何事物都可能發(fā)生差錯(cuò)，但是DNA分子復(fù)制過程中是否會(huì)發(fā)生差錯(cuò)，我們無從而知。師:DNA分子復(fù)制過程中會(huì)發(fā)生差錯(cuò)，這叫做基因突變，具體知識(shí)，我們?cè)谝院髮W(xué)習(xí)，假如有興趣的同學(xué)，可以課后查閱相關(guān)資料。師: DNA分子復(fù)制對(duì)DNA作為遺傳物質(zhì)有何意義？生:復(fù)

13、制結(jié)束后，1個(gè)DNA分子就形成了2個(gè)完全相同的DNA分子。DNA分子通過復(fù)制，使遺傳信息從親代傳給子代，從而確保了遺傳信息的連續(xù)性。課件展示：DNA分子復(fù)制時(shí)間場(chǎng)所模板條件過程過程的特點(diǎn)產(chǎn)物產(chǎn)物去向?qū)W生活動(dòng)：自主完成上述表格。師:一個(gè)DNA分子復(fù)制幾代后的情況如何？生:因DNA復(fù)制采用半保留的方式，所以一個(gè)DNA分子經(jīng)幾代復(fù)制后的所有DNA中，只有兩個(gè)DNA分子含有原DNA鏈。但所有DNA與原DNA所帶的信息(脫氧核苷酸的排列順序)完全相同。(變異除外)(1)在DNA分子復(fù)制時(shí)邊解旋、邊合成、邊復(fù)旋，存在著多個(gè)起始點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行的現(xiàn)象，這樣使得復(fù)制可以節(jié)省時(shí)間、提高效率。(2)新DNA分子雙鏈為“

14、一母一子”，因此復(fù)制更為精確，致使遺傳信息更加穩(wěn)定。穩(wěn)定的遺傳信息從親代傳遞給子代，從而使生物的前后代保持了一定的連續(xù)性。(3)但是，這并不意味著復(fù)制時(shí)毫無差錯(cuò)，否則，自然界便沒有了變異，生物界就不會(huì)向前發(fā)展。二、DNA分子的復(fù)制1DNA分子復(fù)制的方式2DNA的半保留復(fù)制3DNA分子復(fù)制的過程(1)時(shí)間、場(chǎng)所(2)條件：模板、原料、能量、酶探究題目：玉米葉肉細(xì)胞中葉綠素的形成是由相應(yīng)的遺傳物質(zhì)控制的，但也和環(huán)境有關(guān)。探究環(huán)境中哪些因素影響性狀的表現(xiàn)？教師:指導(dǎo)：玉米葉肉細(xì)胞中葉綠素的形成是由遺傳物質(zhì)決定的，同時(shí)也受到環(huán)境因素的影響，如光、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等?，F(xiàn)僅從光對(duì)葉綠素形成的影響為例，介紹探究過程

15、。探究目的：探究光對(duì)玉米葉肉細(xì)胞中葉綠素的形成的影響。探究步驟：(1)取若干玉米種子，提供適宜的條件，使其萌發(fā)長(zhǎng)成幼苗。(2)取正常健壯玉米幼苗若干，分成相同的三組，置于相同的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。(3)第一組進(jìn)行連續(xù)的光照；第二組不進(jìn)行光照；第三組作為對(duì)照，12小時(shí)光照，12小時(shí)黑暗。觀察玉米幼苗葉片顏色的變化。(4)小組討論，探討光影響葉片顏色形成的原因。1解析：在DNA片段中，AT，GC，已知AaT，總堿基數(shù)為a/b；C1/2(a/b2a)(1/2b1)a。答案：B來源:高考資源網(wǎng)2解析：DNA的復(fù)制為半保留復(fù)制，復(fù)制過程中僅一條鏈發(fā)生了差錯(cuò)，而另一條鏈不受影響。故發(fā)生差錯(cuò)性改變的基因占全部基因

16、的50%。答案：B3解析：進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的是標(biāo)記了的噬菌體，只有一分子的DNA，且做模板，DNA復(fù)制所需的原料由細(xì)菌提供。所以，最后釋放出的200個(gè)噬菌體中，只有2個(gè)是被標(biāo)記了的。答案：B4解析：在DNA分子中，AT，GC，所以，AT(單鏈)/單鏈總堿基數(shù)AT(雙鏈)/雙鏈總堿基數(shù)，已知DNA一條鏈所用A、C、T、G堿基模型的數(shù)量比為1234，則該DNA分子模型中上述堿基模型數(shù)量比應(yīng)為1234。答案：A5解析：因?yàn)镈NA的復(fù)制為半保留復(fù)制，所以第一代大腸桿菌DNA分子中的一條鏈?zhǔn)?4NDNA、另一條鏈?zhǔn)?5NDNA；第一代的大腸桿菌被轉(zhuǎn)移到含15N的培養(yǎng)基上繁殖得到第二代，新形成DNA分子，一個(gè)

17、為一條鏈含14N，另一條鏈含15N，另一個(gè)DNA分子的兩條鏈都含15N。答案：(1)14NDNA、15NDNA(2)1/2位于中帶、1/2位于重帶。1DNA分子的復(fù)制所謂復(fù)制就是新合成的DNA分子與原來的DNA分子結(jié)構(gòu)一致。能夠“自我”復(fù)制是遺傳物質(zhì)的重要特征之一。染色體能夠復(fù)制，基因能夠復(fù)制，歸根到底是DNA能夠復(fù)制。DNA分子的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞的有絲分裂或減數(shù)分裂的第一次分裂前的間期。這時(shí)候，一個(gè)DNA分子雙鏈之間的氫鍵斷裂，兩條鏈彼此分開，各自吸收細(xì)胞內(nèi)的核苷酸，按照堿基配對(duì)原則合成一條新鏈，然后新舊鏈聯(lián)系起來，各自形成一個(gè)完整的DNA分子。復(fù)制完畢時(shí)，原來的一個(gè)DNA分子，即成為兩個(gè)DN

18、A分子。因?yàn)樾潞铣傻拿織lDNA分子都含有一條原來的鏈和一條新鏈，所以這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。應(yīng)該指出，研究工作表明，在復(fù)制過程中，DNA的兩條母鏈并不是完全解開以后才合成新的子鏈，而是在DNA聚合酶的作用下，邊解開邊合成的，并且這種復(fù)制需要RNA作為引物，待DNA復(fù)制合成后，由核酸酶切掉引物，經(jīng)DNA聚合酶的修補(bǔ)和連接酶的“焊接”把它們連接成完整的DNA鏈。(下圖為DNA雙螺旋的復(fù)制)雙鏈解螺旋，在各條舊鏈上由三磷酸核苷構(gòu)成單位建立起新的多核苷酸鏈。這就產(chǎn)生出兩個(gè)相同的雙螺旋，各由一條舊鏈和一條新鏈組成。DNA復(fù)制時(shí)，要有一個(gè)專一性的酶DNA聚合酶起作用。(1)DNA的解旋親代DNA分子，

19、利用細(xì)胞提供的能量，在解旋酶的作用下，氫鍵斷裂，部分雙螺旋鏈解旋為兩條平行雙鏈(圖1)。(2) RNA引物的生成以單股DNA為模板，在引物酶作用下，合成小段(由幾十個(gè)核苷酸組成)RNA引物(圖2)。(3)DNA的生成以單股DNA為模板，在DNA聚合酶作用下，在RNA引物末端合成DNA(圖3)。(4)切掉引物生成岡崎片段在核酸酶作用下切掉引物。在DNA聚合酶作用下，將引物部位換上DNA，此時(shí)的DNA片段(由1 0002 000個(gè)核苷酸組成)稱為岡崎片段(1968年日本科學(xué)家岡崎等人首先提出的)。(5)DNA片段的連接在連接酶作用下，將岡崎片段連接起來(圖5)，形成一條完整的新的DNA鏈，新鏈與舊鏈構(gòu)成DNA雙鏈。DNA分子的復(fù)制過程示意圖關(guān)于DNA分子的復(fù)制功能，現(xiàn)已在人工合成DNA分子的實(shí)驗(yàn)中獲得完全的證實(shí)。1956年，美國(guó)生物化學(xué)家科恩伯格(A. Kornberg,1918)以天然的大腸桿菌噬菌體174的DNA為引子(即按照它的分子結(jié)構(gòu))，用4種核苷酸作為原料，加入適當(dāng)?shù)哪茉碅TP，在大腸桿菌DNA聚合酶的作用下，已經(jīng)能在試管中成功地把游離的核苷酸