生物必修D(zhuǎn)NA的復(fù)制人教

一份重要的文件要留下完全相同的副本，最好的辦法就是將它復(fù)印一次，作為遺傳物質(zhì)的DNA，在傳遞遺傳信息的時候，是如何由一份變成兩份遺傳給后代的呢？第3節(jié)DNA的復(fù)制一、對分子復(fù)制的推測二、半保留復(fù)制的實驗證據(jù)三、分子復(fù)制的過程教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.記住DNA復(fù)制的概念。

2.簡述DNA復(fù)制的過程，并分析、歸納出DNA復(fù)制過程的特點。

3.知道DNA復(fù)制在遺傳上的意義。能力目標(biāo)1.通過試驗引導(dǎo)學(xué)生分析、比較、推理、歸納，培養(yǎng)科學(xué)的思維。

2.通過對DNA復(fù)制的研究，鼓勵學(xué)生大膽想象、猜測，培養(yǎng)學(xué)生自主探索、合作學(xué)習(xí)、分析問題、解決問題的能力。情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)

1.分析經(jīng)典實驗，讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究的魅力。

2.通過分組探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作意識和科學(xué)態(tài)度。重點難點教學(xué)重難點DNA復(fù)制的條件、過程和特點。DNA分子的復(fù)制過程。一、對DNA分子的推測

你能從DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，設(shè)想出DNA復(fù)制的方式嗎？1.關(guān)于DNA分子復(fù)制的早期推測

關(guān)于DNA分子是如何復(fù)制的，在早期的研究中，科學(xué)家們提出了三個模型，它們是全保留復(fù)制模型、彌散復(fù)制模型和半保留復(fù)制模型。這里我們主要介紹全保留復(fù)制模型和彌散復(fù)制模型。

（1）全保留復(fù)制模型：在全保留復(fù)制模型中，母鏈DNA分開，分別復(fù)制形成兩條子鏈DNA，此后兩條母鏈DNA彼此結(jié)合，恢復(fù)原狀，新合成的兩條子鏈彼此互補(bǔ)結(jié)合形成一條新的雙鏈DNA分子。

（2）彌散復(fù)制模型：在彌散（分散）復(fù)制模型中，親代雙鏈被切成雙鏈片段，而這些片段又可以作為新合成雙鏈片段的模板，新、老雙鏈片段又以某種方式聚集成“雜種鏈”。2.遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說

沃森和克里克提出遺傳物質(zhì)的自我復(fù)制假說：

DNA分子復(fù)制時，DNA分子的雙螺旋將解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，通過形成氫鍵，結(jié)合到模板的單鏈上。

由于新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈。因此，這種復(fù)制方式被稱為半保留復(fù)制。3.究竟DNA分子是如何復(fù)制的呢？

全保留復(fù)制、彌散復(fù)制和半保留復(fù)制，究竟哪一種是DNA分子的復(fù)制方式呢?

下面我們通過實驗來研究。二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)(1)1958年，科學(xué)家設(shè)計了DNA合成的同位素標(biāo)記實驗。1.實驗過程

（同位素用于追蹤物質(zhì)運行和變化過程時，叫做示蹤元素。用示蹤元素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不變。人們可以根據(jù)這種化合物的放射性，對有關(guān)的一系列化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行追蹤。這種科學(xué)研究方法叫做同位素標(biāo)記法。）

（2）科學(xué)家先將大腸桿菌放入含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)若干代，使所有細(xì)菌的DNA都標(biāo)記上15N，然后將這些細(xì)菌轉(zhuǎn)移到只含有14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。隨后，分別取完成一次細(xì)胞分裂的細(xì)菌（細(xì)胞數(shù)增加一倍）和完成兩次細(xì)胞分裂的細(xì)菌，并將細(xì)菌中的DNA分離出來，做密度梯度離心和分析。

（離心技術(shù)的原理是物體在勻速圓周運動時受到一個外向的離心力，將樣品放入離心機(jī)轉(zhuǎn)子的離心管內(nèi)，樣品液就隨離心管做勻速圓周運動，產(chǎn)生了一個向外的離心力，由于不同物體的質(zhì)量、密度、大小及形狀等彼此各不相同，在同一固定大小的離心場中沉降速度不同，由此便可以得到相互間的分離。)

（3）將分離出來的DNA溶于氯化銫（CsCl）溶液中進(jìn)行超速離心。氯化銫溶液在超速離心時，離心管中形成一個連續(xù)的CsCl密度梯度，離心管底部溶液的密度最大，上部溶液的密度最小，以離心管中顏色的深淺表示CsCl密度梯度。

CsCl密度梯度離心可以將質(zhì)量差異微小的分子分開，由于含有不同比例15N和14N的DNA相對分子質(zhì)量不同，相同質(zhì)量的DNA集中在一條與該處CsCl溶液密度相等的狹窄的帶上，從而在試管中出現(xiàn)重、中、輕三條帶。N15/N15—DNA重鏈DNAN14/N14—DNA輕鏈DNAN14/N15—DNA2.預(yù)測結(jié)果

經(jīng)過同位素的標(biāo)記，將復(fù)制后的DNA分子密度梯度離心會出現(xiàn)什么樣的結(jié)果呢？

科學(xué)家認(rèn)為，可能會出現(xiàn)三種DNA分子：含15N的雙鏈DNA分子，含14N的雙鏈DNA和分別含15N和14N的雙鏈DNA分子。

含15N的雙鏈DNA分子密度較大，離心后的條帶應(yīng)分布于離心管的下部；含14N的雙鏈DNA密度較小，離心后的條帶應(yīng)分布于離心管的上部；而兩條鏈分別含15N和14N的雙鏈DNA密度應(yīng)該介于雙鏈均含15N的DNA和雙鏈均含14N的DNA之間，離心后的條帶應(yīng)分布與離心管的中部。

實驗的結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果一致,說明克里克等所做的假設(shè)正確,復(fù)制方式是半保留復(fù)制。3.實驗結(jié)果

4.討論分析

（1）從實驗結(jié)果知道，親代DNA分子是什么樣的DNA分子？親代DNA分子是含15N的雙鏈DNA分子。

（2）請從結(jié)果推測，子一代細(xì)胞的DNA分子的雙鏈組成有什么特點？子二代細(xì)胞的DNA分子的雙鏈組成又有什么特點？

子一代的DNA分子全部位于中部，根據(jù)假設(shè)說明是一條鏈含15N和一條鏈含14N的雙鏈DNA分子；子二代的DNA分子有的位于上部，有的位于中部，根據(jù)假設(shè)說明有的是含14N的雙鏈DNA分子，有的是含15N和含14N的雙鏈DNA分子。（3）請說說DNA分子復(fù)制的特點。

親代是15N的雙鏈DNA分子，子一代全部是一條鏈含15N和一條鏈含14N的雙鏈DNA分子，說明親代DNA分子拆開，產(chǎn)生的子代DNA分子一條鏈?zhǔn)?5N，另一條鏈?zhǔn)?4N，即一條鏈?zhǔn)悄告?，另一條鏈新合成的鏈。子二代DNA分子有的是含雙鏈14N的DNA分子，有的是一條鏈含15N和一條鏈含14N的雙鏈DNA分子，說明是把子一代DNA分子拆開進(jìn)行復(fù)制的。5.實驗結(jié)論

根據(jù)同位素標(biāo)記實驗的結(jié)果，新合成的雙鏈DNA分子中，有一條鏈?zhǔn)莵碜杂H代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻模?xì)胞中DNA的復(fù)制是以親代的一條DNA鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對原則，合成另一條互補(bǔ)堿基的新鏈，復(fù)制出的DNA分子與親代DNA分子完全相同，因此，細(xì)胞中DNA的復(fù)制稱為半保留復(fù)制。三、DNA分子復(fù)制的過程定義以親代DNA為模板合成子代DNA的過程時間有絲分裂間期、減數(shù)第一次分裂前的間期場所真核生物：細(xì)胞核（主要）、葉綠體、線粒體原核生物：細(xì)胞質(zhì)1.列表總結(jié)：模板：親代DNA分子的兩條鏈原料：游離的4種脫氧核苷酸（A、G、C、T）

能量：酶：ATP（呼吸作用提供）解旋酶、DNA聚合酶等2.條件：（1）解旋：（2）合成子鏈：

利用

提供的能量（ATP），在

的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開。

以解開的每一段母鏈為

，以

為原料，遵循

原則，在有關(guān)

的作用下，合成與母鏈互補(bǔ)的子鏈。細(xì)胞解旋酶堿基互相配對酶3.DNA復(fù)制的過程：模板離的脫氧核苷酸四種游（3）形成子代DNA

每條子鏈與其對應(yīng)的

盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成

個與親代

的DNA。母鏈兩完全相同

邊解旋邊復(fù)制半保留復(fù)制原則：堿基互補(bǔ)配對原則4.DNA復(fù)制的特點：5.DNA復(fù)制的原則：意義：將遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的穩(wěn)定性、連續(xù)性。原因①DNA分子獨特的

提供精確的模板②通過

保證了復(fù)制準(zhǔn)確無誤。雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基互補(bǔ)配對6.DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因、意義：課堂小結(jié)1.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)。

2.DNA分子復(fù)制的過程。

(1)DNA復(fù)制的概念、時期和場所

①概念：以親代DNA為模板合成相同子代DNA的過程。②時期：有絲分裂間期，減數(shù)分裂第一次分裂前間期。③場所：細(xì)胞核(主要)，細(xì)胞質(zhì)(線粒體、葉綠體和質(zhì)粒)。①堿基互補(bǔ)配對原則②邊解旋邊復(fù)制(3)DNA復(fù)制的條件①模板：親代DNA的兩條鏈②原料：4種脫氧核苷酸③能量：ATP④酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等(2)DNA復(fù)制的機(jī)理

半保留復(fù)制：新合成的子代DNA分子中的兩條鏈，一條是從母鏈“繼承”的，另一條為新合成的。（4）DNA復(fù)制的特點①遺傳信息的傳遞，使本種保持相對穩(wěn)定和延續(xù)。②由于復(fù)制差錯而出現(xiàn)基因突變，從而為進(jìn)化提供了原始選擇材料。（5）DNA復(fù)制的意義高考鏈接

（2009海南）有關(guān)真核細(xì)胞DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄這兩種過程的敘述，錯誤的是（）

A.兩種過程都可在細(xì)胞核中發(fā)生

B.兩種過程都有酶參與反應(yīng)

C.兩種過程都以脫氧核糖核苷酸為原料

D.兩種過程都以DNA為模板C

解析：本題主要考察DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程的區(qū)別。二者都是以DNA為模板，所以都發(fā)生在細(xì)胞核；DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄分別形成DNA和RNA，因此二者需要的酶不同，原料不同。

（2008廣東）DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的共同點是（多選）（）

A.需要多種酶參與

B.在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行

C.遵循堿基互補(bǔ)配對原則

D.不需要ATP提供能量ABC

解析：DNA分子的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄都需要酶的參與，都需要ATP提供能量，都遵循堿基互補(bǔ)配對原則。

（2007天津）下列關(guān)于細(xì)胞基因復(fù)制與表達(dá)的敘述，正確的是（）A.一種密碼子可以編碼多種氨基酸

B.基因的內(nèi)含子能翻譯成多肽

C.編碼區(qū)增加一個堿基對，只會改變肽鏈上的一個氨基酸

D.DNA分子經(jīng)過復(fù)制后，子代DNA分子中（C+T）/(A+G)=1D

解析：密碼子具有兼并性，一種氨基酸可有多種密碼子，但一種密碼子只能決定一種氨基酸?；蛲ㄟ^轉(zhuǎn)錄翻譯可以合成多肽，但基因編碼區(qū)的內(nèi)含子只能轉(zhuǎn)錄形成信使RNA，經(jīng)過剪切和拼接才能形成成熟的信使RNA，通過翻譯形成多肽。編碼區(qū)增加一個堿基對，如果增加的堿基對在外顯子區(qū)段，則改變的就不是一個氨基酸了，而如果增加的一個堿基對是在內(nèi)含子區(qū)段，則不會引起肽鏈上的氨基酸的改變。對于DNA來說，兩條鏈的堿基遵循堿基互補(bǔ)配對原則，所以子代DNA分子中（C+T）/(A+G)=1。課堂練習(xí)1.有三個核酸分子，共有5種堿基、8種核苷酸、4條多核苷酸鏈，這三個核酸分子可能是

（

）

A.2個DNA、一個RNA

B.一個DNA、兩個RNA

C.三個DNA

D.三個RNA2.雙鏈DNA分子中，一條鏈上的A占30％，則雙鏈中C+T占（

）

A.50％

B.20％

C.30％

D.15％BA3.某同學(xué)制作DNA雙螺旋模型時含腺嘌呤5個，腺嘌呤與鳥嘌呤之比為1：3，則該DNA片段模型中含有脫氧核糖多少

（

）

A.10

B.20

C.30

D.404.在DNA水解酶的作用下，初步水解DNA分子可以獲得

（

）

A.4種核苷酸

B.4種脫氧核苷酸

C.磷酸、核糖和四種堿基

D.磷酸、脫氧核糖和四種堿基DB5.某生物精原細(xì)胞的染色體上有2n個基因，DNA含量為6.4C（單位）。則該生物肝細(xì)胞的染色體上含有的基因數(shù)和DNA含量

（

）

A.n和3.2C

B.2n和6.4C

C.2n和3.2C

D.4n和12.8CB6.用15N標(biāo)記噬菌體的DNA,然后再侵染細(xì)菌,設(shè)細(xì)菌破裂后共釋放出16個噬菌體,問這些噬菌體中有()個不含15N，有()個只含15N，有()個同時含15N、14NA.10B.12C.14D.16E.0F.2

CEF7.某DNA分子中含有1000個堿基對（P元素只是32P），若將其放在只含31P的脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中讓其復(fù)制2次，則子代DNA的相對分子質(zhì)量平均比原來（）

A.減少1500B.增加1000

C.增加1500

D.減少1000A8.如果將含有一對同源染色體的精原細(xì)胞的DNA分子用15N標(biāo)記,并供給14N的原料,那么該細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂產(chǎn)生的4個精子中,含15N的精子所占的比例為()A.25%B.50%C.75%D.100%D9.DNA分子某片段包含m個堿基,其中胞嘧啶n個,該片段復(fù)制2次,需要消耗游離胸腺嘧啶脫氧核苷酸為（）A.(m-2n)/2B.(3m-6n)/2C.m-2