2023-2024学年 人教版 必修二 DNA的复制 学案

第3节DNA的复制[学习目标]1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留的方式进行复制。2.理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。一、对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据1．对DNA复制的推测(1)半保留复制①提出者：沃森和克里克。②观点：DNA复制方式为半保留复制。③内容：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。④结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。(2)全保留复制：指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。2．DNA半保留复制的实验证据(1)实验方法：同位素标记技术和密度梯度离心技术。(2)实验原理：只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。(3)探究DNA的复制方式①提出问题：DNA以什么方式复制？②作出假设：DNA以半保留方式复制。③演绎推理(预期实验结果)离心后应出现三条DNA带；a．重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。b．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。c．轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。④实验验证实验结果条带数量在试管中位置DNA含N情况亲代1靠近试管底部15N/15N－DNA第一代1位置居中15N/14N－DNA第二代2一条带位置居中，一条带位置靠上15N/14N－DNA、14N/14N－DNA⑤实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。判断正误(1)沃森和克里克以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制()(2)证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法()答案(1)×(2)√解析(1)梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。任务一：探究DNA的复制方式科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中)，如图所示。请据图回答下列问题：(1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？提示同位素标记技术。(2)如何测定子代DNA带有同位素的情况？提示对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。(3)若DNA复制的方式是全保留复制，请你预期实验结果并完善表格：大肠杆菌DNA在离心管中的位置及比例DNA分子所含N的类型亲代下部，100%15N/15N－DNA第一代下部50%，上部50%15N/15N－DNA、14N/14N－DNA第二代下部25%，上部75%15N/15N－DNA、14N/14N－DNA(4)若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何？提示第一代只出现1条中带，第二代只出现1条位于中带和轻带之间的条带。(5)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式？提示排除了全保留的复制方式。(6)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉？提示排除了分散复制的方式。1．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是()答案D解析因为DNA的复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将分别进入不同的子代DNA分子中，A、B错误；第二次复制时得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的，而C中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链(黑色表示)，C错误，D正确。2．将在含15NH4Cl的培养液中培养了若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是()A．细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层B．细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层C．细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA位于试管的上层D．该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制答案C解析细胞经过三次分裂和离心后，有3/4的DNA位于试管的上层，1/4的DNA位于试管的中层，C错误。二、DNA复制的过程1．DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2．发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。3．过程4．结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。5．特点：(1)边解旋边复制；(2)半保留复制。6．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。7．意义：DNA通过复制，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。判断正误(1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同()(2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制()(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链()(4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中()(5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×解析(1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序互补。(2)DNA边解旋边复制。(3)单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。(4)真核细胞的DNA复制可发生在细胞核、线粒体和叶绿体中。(5)解旋酶作用部位是氢键，DNA聚合酶的作用部位是两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。任务二：DNA复制的相关计算规律假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：从图中可以得到如下规律：(1)DNA分子数①子n代DNA分子总数为2n个。②含15N的DNA分子数为2个。③含14N的DNA分子数为2n个。④只含15N的DNA分子数为0个。⑤只含14N的DNA分子数为(2n－2)个。(2)脱氧核苷酸链数①子代DNA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①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。DNA复制的起点和方向(1)原核生物：单起点双向复制(2)真核生物：多起点双向复制在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。3．(多选)如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是()A．DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷酸，酶②催化碱基对之间的连接B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的C．解旋酶能使双链DNA解开，并且消耗ATPD．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子答案BC解析酶①是解旋酶，作用于氢键，酶②是DNA聚合酶，催化脱氧核苷酸的连接，A错误；新的子链与母链通过氢键形成一个新的DNA分子，D错误。4．未被32P标记的某DNA分子中含有1000个碱基对，其中鸟嘌呤300个，以含32P的化合物为原料，DNA分子连续复制三次。下列有关叙述错误的是()A．所有子代DNA分子都含有32