2023-2024学年 人教版 必修二DNA的复制 学案

第3节DNA的复制学习目标核心素养1.概述DNA复制方式的假说及实验依据2.掌握DNA复制的过程3.归纳DNA复制的相关计算规律1.生命观念：DNA结构的特点决定了DNA复制的准确性，渗透了生命的结构和功能观；DNA的复制也是遗传信息传递和能量转化的过程；遗传信息的准确传递的机制也能让学生进一步理解生命延续的本质2.科学思维：运用假说—演绎法来探究DNA的半保留复制；掌握细菌的培养技术以及同位素标记和离心等科学技术在证明DNA半保留复制实验中的合理运用3.科学探究：探究DNA的复制方式4.社会责任：证明DNA半保留复制的实验以严谨的逻辑推理进行实验的过程来体现科学的本质知识点1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)假说：eq\x(\s\up1(01))半保留复制。(2)提出者：eq\x(\s\up1(02))沃森和克里克。(3)假说内容①解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的eq\x(\s\up1(03))氢键断裂。②复制：eq\x(\s\up1(04))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eq\x(\s\up1(05))碱基互补配对原则，通过形成eq\x(\s\up1(06))氢键，结合到作为模板的单链上。③结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的eq\x(\s\up1(07))一条链，因此，这种复制方式称作半保留复制。(4)其他假说①eq\x(\s\up1(08))全保留复制方式。②内容：DNA复制以eq\x(\s\up1(09))DNA双链为模板，子代DNA的双链都是eq\x(\s\up1(10))新合成的。归纳总结半保留复制与全保留复制模型2．DNA半保留复制的实验证据(1)实验方法：假说—演绎法。(2)实验技术：eq\x(\s\up1(11))同位素标记技术和离心技术。(3)实验原理：15N和14N是N元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量eq\x(\s\up1(12))不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度eq\x(\s\up1(13))大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同氮元素的DNA。(4)实验过程①用含eq\x(\s\up1(14))15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是eq\x(\s\up1(15))15N标记的。②将大肠杆菌转移到含有eq\x(\s\up1(16))14NH4Cl的普通培养液中。③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。④将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。(5)实验预期(6)实验结果①亲代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中只出现了eq\x(\s\up1(20))一条DNA带，位置靠近试管底部。②第一代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中只出现了eq\x(\s\up1(21))一条DNA带，位置居中。③第二代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了eq\x(\s\up1(22))两条DNA带，一条带位置居中，另一条带的位置更靠上。(7)实验结论实验结果和预期结果一致，DNA的复制是以eq\x(\s\up1(23))半保留的方式进行的。1．若DNA复制的方式为全保留复制，实验结果会是怎样？提示：(1)亲代，提取DNA→离心→全部重带；(2)繁殖一代后取出，提取DNA→离心→一条重带eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(比例占\f(1,2)))、一条轻带eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(比例占\f(1,2)))；(3)繁殖两代后取出，提取DNA→离心→一条重带eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(比例占\f(1,4)))、一条轻带eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(比例占\f(3,4)))。2．第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？提示：全保留复制。知识点2DNA复制的过程1．概念：以eq\x(\s\up1(01))亲代DNA为模板合成eq\x(\s\up1(02))子代DNA的过程。2．发生时间：细胞分裂前的eq\x(\s\up1(03))间期，随着eq\x(\s\up1(04))染色体的复制而完成。3．场所(1)真核生物：主要在eq\x(\s\up1(05))细胞核内，eq\x(\s\up1(06))线粒体和eq\x(\s\up1(07))叶绿体中也可以进行。(2)原核生物：主要在eq\x(\s\up1(08))拟核中。(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。4．复制过程5．结果：形成两个eq\x(\s\up1(16))完全相同的DNA分子。6．特点(1)eq\x(\s\up1(17))边解旋边复制。(2)eq\x(\s\up1(18))半保留复制。7．基本条件：eq\x(\s\up1(19))模板、能量、原料、酶等。8．准确复制的原因(1)DNA独特的eq\x(\s\up1(20))双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。(2)通过eq\x(\s\up1(21))碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。9．意义：DNA通过复制，将eq\x(\s\up1(22))遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了eq\x(\s\up1(23))遗传信息的eq\x(\s\up1(24))连续性。1．所有的真核细胞都存在核DNA复制吗？提示：不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核DNA复制；不分裂的细胞不存在DNA复制。2．DNA解旋酶与DNA聚合酶分别作用于什么化学键？提示：DNA解旋酶使氢键断裂。DNA聚合酶使脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键形成。3．DNA复制效率高是因为半保留复制还是边解旋边复制？提示：是因为边解旋边复制。知识点3与DNA复制相关的计算DNA复制为半保留复制，若将双链被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中扩增，复制n(n≥1)次，其结果如下：1.eq\a\vs4\al(子代DNA共\x(\s\up1(01))2n个)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含15N的DNA：\x(\s\up1(02))2个,只含15N的DNA：\x(\s\up1(03))0个,含14N的DNA：\x(\s\up1(04))2n个,只含14N的DNA：\x(\s\up1(05))2n－2个))2.eq\a\vs4\al(脱氧核苷酸链共\x(\s\up1(06))2n＋1条)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含15N的脱氧核苷酸链：\x(\s\up1(07))2条,含14N的脱氧核苷酸链：\x(\s\up1(08))2n＋1－2条))3．消耗的脱氧核苷酸数(1)若一亲代DNA含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为eq\x(\s\up1(09))m×(2n－1)个。(2)若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为eq\x(\s\up1(10))m×2n－1个。用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。(1)含有15N的DNA分子占1/8。(√)(2)含有14N的DNA分子占7/8。(×)(3)含有14N的脱氧核苷酸单链为30条。(√)(4)复制结果共产生16个DNA分子。(√)课堂小结1．(目标1)将在含15NH4Cl的培养液中培养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，并提取DNA进行密度梯度离心，下列说法错误的是()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位于试管的上层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的复制是半保留复制答案C解析细胞分裂三次，即DNA复制三次后共形成8个DNA分子，其中15N/14N－DNA占2/8＝1/4，14N/14N－DNA占6/8＝3/4，离心后1/4的DNA位于试管的中层，3/4的DNA位于试管的上层，C错误。2.(目标2)如图为真核细胞DNA复制过程模式图，根据图示过程判断下列说法不正确的是()A．上图中两种酶的功能并不相同B．该过程需要4种游离的脱氧核苷酸C．两条子链的延伸方向都是由左到右D．复制后可形成两条一样的子代DNA答案C解析解旋酶的作用是使氢键断裂，DNA聚合酶的作用是催化磷酸二酯键的形成，在DNA复制中使单个脱氧核苷酸连接在子链的3′­端，A正确；在DNA复制的过程中，子链复制的过程只能由5′→3′方向合成，因此两条子链合成时延伸的方向一条是由左到右，一条是由右到左，C错误；复制结束后，两条母链分别和两条子链各组合成一个新的DNA分子，这样一个DNA分子就复制成两个相同的子代DNA分子，D正确。3．(不定项)(目标2)下列关于DNA复制的叙述，不正确的是()A．DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则B．DNA子链的合成方向都是由3′→5′C．DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制D．脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链答案ABCD解析DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，A错误；DNA子链合成的方向都是由5′→3′，B错误；DNA的复制是边解旋边复制，C错误；脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链，DNA酶的作用是将DNA分子分解，D错误。4.(不定项)(目标2、3)DNA分子片段复制情况如图所示，图中a、b、c、d均表示脱氧核苷酸链的片段。下列说法正确的是()A．b和c的碱基序列可以互补B．a和c的碱基序列可以互补C．a中(A＋G)/(T＋C)的值与d中(A＋G)/(T＋C)的值一般不相同D．a中(A＋T)/(G＋C)的值与b中(A＋T)/(G＋C)的值相同答案ACD5．(目标2、3)图甲表示DNA的结构，其中的数字表示成分或局部结构；图乙表示DNA的复制，其中A、B表示酶，a、b、c、d表示DNA的模板链与子链。回答下列相关问题：(1)图甲中7的名称是____________________；碱基之间存在一一对应的关系，遵循着____________原则；8的比例越高，DNA分子的稳定性________(填“越高”“越低”或“不变”)。(2)图乙中作用于图甲中9的酶是________(写出字母和名字)；B为__________，以母链DNA为模板，在子链DNA的3′­端逐个连接__________。(3)从图乙中可以看出，DNA复制的特点是____________________，其中碱基序列相同的链是______________________。(4)某DNA片段含有400个碱基，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA片段连续复制两次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸________个。(5)若将图中的一个DNA分子(DNA两条链中N分别为15N和14N)，放在含有14N的培养基中连续进行3次复制，则含有14N的DNA分子数是________个。答案(1)胸腺嘧啶脱氧核苷酸碱基互补配对越高(2)A解旋酶DNA聚合酶脱氧核苷酸(3)半保留复制、边解旋边复制a和c、b和d(4)420(5)8解析(4)根据DNA两条链之间的碱基遵循A—T、C—G配对可知，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，则该DNA片段中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7，C的数目为400×7/20＝140(个)，该DNA片段连续复制两次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸＝(22－1)×140＝420(个)。(5)1个DNA经过3次复制，共产生23＝8个DNA分子，由于DNA分子的复制是半保留复制，故8个DNA分子都含14N。题型一DNA半保留复制实验分析[例1]下列关于DNA半保留复制的实验，说法错误的是()A．可以将本实验中15N标记的原料改为32P标记的原料，用同样的方法研究复制方式B．半保留复制的结果是子代DNA各自含有亲代DNA的一条母链C．复制过程中有氢键的断裂和形成过程D．子一代的结果就可以区分是全保留复制还是半保留复制解题分析本实验采用的是离心技术，观察DNA分布的位置，因此不能采用不稳定的同位素进行追踪，应采用N元素，因为15N和14N是两种稳定同位素，只是质量不同，A错误；复制过程中解旋时氢键会断裂，形成子代DNA过程中碱基互补配对又形成氢键，C正确；子一代的结果就可以区分是全保留复制还是半保留复制，如果是全保留复制，子一代不会出现位置居中的条带，D正确。答案A[例2]探究DNA复制的方式采用了假说—演绎法，下列说法不正确的是()A．提出假说：DNA复制是半保留复制B．演绎推理：亲代为15N/15N－DNA，密度最大，应位于试管底部；子一代为15N/14N－DNA，密度居中，应位于试管中部；子二代为15N/14N－DNA和14N/14N－DNA，密度分别居中、最小，应位于试管中部和上部C．实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的D．演绎推理的过程即实验验证过程解题分析演绎推理过程是根据假说进行演绎推理，推出预测的结果。答案D题型二DNA复制的过程、特点[例3]如图表示DNA复制的过程。结合图示判断，下列有关叙述错误的是()A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开B．DNA分子的复制具有双向进行的特点，生成的两条子链的方向相反C．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段D．DNA分子复制形成的两条子链都是连续合成的解题分析DNA复制过程的第一步是解旋，需要用解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开，A正确；由题图可知，DNA分子的复制具有双向进行的特点，生成的两条子链的方向相反，B正确；DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段，C正确；由题图可知，DNA分子的两条子链中，一条单链的合成是连续的，另一条单链的合成是不连续的，D错误。答案D[例4](不定项)如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述正确的是()A．由图示得知，DNA复制时边解旋边复制B．解旋酶能使双链DNA解开，且需要消耗ATPC．从图中可以看出合成两条子链的方向都是5′到3′D．DNA聚合酶的作用位点为两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键解题分析从图中可看出解旋酶使DNA双链解开，该过程需要消耗ATP，B正确；DNA复制的时候只能从5′­端向3′­端延伸，C正确。答案ABCD题型三DNA复制的相关计算[例5]现有DNA分子的两条链均只含14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖两代，再转到含14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的类型和比例分别是()A．有15N14N和14N14N两种，其比例为1∶3B．有15N15N和14N14N两种，其比例为1∶1C．有15N15N和14N14N两种，其比例为3∶1D．有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1解题分析DNA分子的两条单链均只含14N的大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖两代，则DNA一半为15N14N，一半为15N15N；再将其转到含14N的培养基中繁殖一代，DNA为15N14N形成的子代DNA中，一半DNA为15N14N，一半DNA为14N14N；而DNA为15N15N形成的子代DNA都为15N14N；因此理论上DNA分子的类型有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1。答案D[例6](不定项)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，该DNA分子中有胞嘧啶60个。若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，其结果可能是()A．含有14N的DNA分子占100%B．复制过程中需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个C．含15N的脱氧核苷酸链占总链数的1/8D．子代DNA分子中嘌呤数与嘧啶数之比是2∶3解题分析含15N标记的DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，得到24＝16(个)DNA分子，由DNA分子的半保留复制，可知其中含14N的DNA分子占100%，含15N的脱氧核苷酸链有2条，占总链数的1/16，A正确，C错误；根据已知条件，可知每个DNA分子中含腺嘌呤脱氧核苷酸(100×2－60×2)÷2＝40(个)，则复制过程中需消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸数为40×(24－1)＝600(个)，B正确；每个DNA分子中的嘌呤数和嘧啶数相等，两者之比是1∶1，D错误。答案AB题后归纳有关DNA复制相关计算的两个注意点(1)分析被标记物质所占的比例时，应注意求的是DNA数，还是脱氧核苷酸链数；看准是“含”还是“只含”；还应注意培养液中化学元素的不同。(2)在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。题型四DNA复制与细胞分裂[例7]假设将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记，并供给含14N的原料。该细胞进行减数分裂产生的4个精细胞中，含15N标记的DNA的精子所占的比例是()A．0 B．25%C．50% D．100%解题分析含有一对同源染色体的精原细胞，每个DNA分子的双链均用15N标记，以14N的脱氧核苷酸为原料，依据DNA分子的半保留复制，在减数分裂前的间期DNA完成复制后，每个亲代DNA分子经过复制形成的2个子代DNA分子都有1条链含有15N、另一条链含有14N，这