第2課時(shí)DNA分子的復(fù)制第四章第二節(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制學(xué)習(xí)導(dǎo)航1.閱讀教材P71，結(jié)合DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解DNA半保留復(fù)制的實(shí) 驗(yàn)證據(jù)。2.結(jié)合教材P72，歸納DNA分子的復(fù)制過程、特點(diǎn)，探討DNA復(fù)制的生 物學(xué)意義。重難點(diǎn)擊1.DNA分子的復(fù)制過程和特點(diǎn)。2.DNA復(fù)制的有關(guān)計(jì)算。課堂導(dǎo)入生物親子代之間是通過遺傳物質(zhì)傳遞遺傳信息的，那么親代的遺傳物質(zhì)如何“多出一份”來傳遞給子代？DNA的復(fù)制就是以親代DNA為模板合成子代DNA的過程，即1DNA2DNA。新產(chǎn)生的DNA分子是一個(gè)全新的DNA分子嗎？是否像洗相片似的，有一張底片就可以洗出許多相片來？這一節(jié)我們就一起來學(xué)習(xí)DNA復(fù)制的過程。一、DNA分子半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)當(dāng)堂檢測二、DNA分子復(fù)制的過程內(nèi)容索引一、DNA分子半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)基礎(chǔ)梳理1.實(shí)驗(yàn)材料和技術(shù)實(shí)驗(yàn)材料和技術(shù)科學(xué)家以細(xì)菌(約每20分鐘分裂一次，產(chǎn)生子代)為實(shí)驗(yàn)材料，運(yùn)用 技術(shù)。2.實(shí)驗(yàn)的基本步驟實(shí)驗(yàn)的基本步驟(1)用含 標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)細(xì)菌。(2)將細(xì)菌轉(zhuǎn)移到含 的普通培養(yǎng)液中培養(yǎng)。(3)在不同時(shí)刻收集細(xì)菌并提取DNA分子。(4)將提取的DNA進(jìn)行 ，記錄試管中DNA的位置。 同位素標(biāo)記15N14N離心 3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測：實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測：如果DNA的兩條鏈中都含有15N，那么這樣的DNA分子質(zhì)量大，離心時(shí)應(yīng)該在試管的 部；兩條鏈中都含有14N，那么這樣的DNA分子質(zhì)量小，離心時(shí)應(yīng)該在試管的 部；兩條鏈中一條含有15N，一條含有14N，那么這樣的DNA分子質(zhì)量居中，離心時(shí)應(yīng)該在試管的 部。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)提取親代DNA 離心 帶。(2)繁殖一代后取出，提取DNA 離心 帶。(3)繁殖兩代后取出，提取DNA 離心 5.結(jié)論：結(jié)論：DNA復(fù)制時(shí)總是保留一條 鏈，新合成一條 鏈，這樣的復(fù)制方式叫做 復(fù)制。底上中全部重全部中母子半保留如果用15N標(biāo)記DNA分子的兩條鏈，讓其在含有14N的環(huán)境中復(fù)制。結(jié)合DNA分子半保留復(fù)制的特點(diǎn)，完成下面表格：問題探究答案世代DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)DNA中脫氧核苷酸鏈的特點(diǎn)分子總數(shù)細(xì)胞中的DNA分子在離心管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子之比鏈的總數(shù)含14N、15N的鏈所占的比例只含15N含14N和15N只含14N含15N含14N0_ _1_ _全部在下部1110000022141/21/2全部在中部答案2_3_1/2中部，1/2上部 1/4中部，3/4上部 401/21/281/43/4801/43/41/87/816答案答案2n個(gè)、2個(gè)。根據(jù)上表，回答下列問題：1.復(fù)制n次后，子代DNA分子總數(shù)和含有15N的DNA分子數(shù)分別是多少？答案答案2n個(gè)、2n2個(gè)。2.復(fù)制n次后，子代DNA分子含14N的DNA分子數(shù)和只含14N的DNA分子數(shù)分別是多少？答案答案2n1條、2條、2n12條。3.復(fù)制n次后，子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)、含15N的脫氧核苷酸鏈數(shù)、含14N的脫氧核苷酸鏈數(shù)分別是多少？答案4.設(shè)親代DNA分子中含有腺嘌呤(A)脫氧核苷酸m個(gè)，則：(1)經(jīng)過n次復(fù)制，共需消耗游離的腺嘌呤(A)脫氧核苷酸多少個(gè)？_。(2)在第n次復(fù)制時(shí)，需消耗游離的腺嘌呤(A)脫氧核苷酸多少個(gè)？_。答案m(2n1)個(gè)m2n1個(gè)知識知識整合整合將含有15N標(biāo)記的1個(gè)DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，復(fù)制n次：(1) 產(chǎn)生2n個(gè)DNA分子，其中含15N的DNA分子有2個(gè)，含14N的DNA分子有2n個(gè)，只含14N的DNA分子數(shù)是(2n2)個(gè)。(2) 2n個(gè)DNA分子有2n1條脫氧核苷酸鏈，其中：含15N的脫氧核苷酸鏈數(shù)是2條、含14N的脫氧核苷酸鏈數(shù)是(2n12)條。(3)若親代DNA分子中含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，則：經(jīng)過n次復(fù)制，共需要消耗該脫氧核苷酸：m(2n1)個(gè)。在第n次復(fù)制時(shí)，需要消耗該脫氧核苷酸：m2n1個(gè)。拓展應(yīng)用1.在氮源為14N和15N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其DNA分子分別為14NDNA(相對分子質(zhì)量為a)和15NDNA(相對分子質(zhì)量為b)。將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上，再連續(xù)繁殖兩代(和)，用某種離心方法分離得到的結(jié)果如下圖所示。下列對此實(shí)驗(yàn)的敘述不正確的是答案解析A.代細(xì)菌DNA分子中一條鏈?zhǔn)?4N，另一條鏈?zhǔn)?5NB.代細(xì)菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的C.預(yù)計(jì)代細(xì)菌DNA分子的平均相對分子質(zhì)量為D.上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制解析解析15NDNA在14N的培養(yǎng)基上進(jìn)行第一次復(fù)制后，產(chǎn)生的兩個(gè)子代DNA分子均含有一條15N的DNA鏈和一條14N的DNA鏈。這樣的DNA用離心法分離后，應(yīng)該全部處在試管的中部。代的兩個(gè)DNA分子再分別進(jìn)行復(fù)制，它們所產(chǎn)生的兩個(gè)子代DNA分別為全14NDNA分子和14N、15NDNA分子。此時(shí)，將該DNA作離心處理，產(chǎn)生的DNA沉淀應(yīng)該分別位于試管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的 代細(xì)菌DNA分子共有8個(gè)，各條單鏈的相對分子質(zhì)量之和為(7ab)，平均相對分子質(zhì)量為 2.某一個(gè)DNA分子中，A為200個(gè)，復(fù)制數(shù)次后，消耗周圍環(huán)境中含A的脫氧核苷酸3 000個(gè)，該DNA分子已經(jīng)復(fù)制了幾次A.3次 B.4次 C.5次 D.6次答案解析解析利用DNA復(fù)制規(guī)律得知，經(jīng)過n次復(fù)制利用腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)目3 000(2n1)200，得n4。解析3.用經(jīng)3H標(biāo)記的n個(gè)噬菌體侵染大腸桿菌，在普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時(shí)間后，統(tǒng)計(jì)得知培養(yǎng)基中共有后代噬菌體m個(gè)，其中含有標(biāo)記元素的噬菌體占的比例為答案解析解析解析每個(gè)噬菌體共有2條被標(biāo)記的DNA鏈，n個(gè)噬菌體DNA經(jīng)復(fù)制后被標(biāo)記的DNA鏈進(jìn)入2n個(gè)子代噬菌體內(nèi)，所以被標(biāo)記的噬菌體所占比例為二、DNA分子復(fù)制的過程基礎(chǔ)梳理1.DNA復(fù)制的概念：復(fù)制的概念：以 為模板合成 的過程。2.時(shí)間：時(shí)間：細(xì)胞有絲分裂的 期和減數(shù) 期。 親代DNA子代DNA第一次分裂間間3.過程過程能量解旋兩條螺旋的雙鏈脫氧核苷酸DNA聚合酶雙螺旋結(jié)構(gòu)4.結(jié)果：結(jié)果：形成兩個(gè)的DNA分子。5.特點(diǎn)特點(diǎn)(1) 。(2) 復(fù)制。6.意義：意義：將 從親代傳給子代，確保了 傳遞的連續(xù)性。 完全相同邊解旋邊復(fù)制遺傳信息半保留遺傳信息問題探究答案答案有3個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，各個(gè)起點(diǎn)開始的時(shí)間不同(最右邊最早)。下圖是真核生物DNA復(fù)制的示意圖，據(jù)圖分析：答案答案是雙向的。2.每個(gè)復(fù)制起點(diǎn)的延伸方向是單向的還是雙向的？答案1.圖中有幾個(gè)DNA的復(fù)制起點(diǎn)？它們開始的時(shí)間相同嗎？答案答案不同，原因是DNA分子中的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，因此子鏈的延伸方向也是相反的?.在DNA復(fù)制的過程中，兩條子鏈延伸的方向是否相同？答案答案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，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。4.DNA分子的復(fù)制是非常精確的，其原因有哪些？答案知識知識整合整合真核生物的DNA復(fù)制是多起點(diǎn)雙向進(jìn)行的，復(fù)制時(shí)兩條子鏈的延伸方向相反；DNA分子精確復(fù)制的原因有：一是獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板，二是嚴(yán)格按照堿基互補(bǔ)配對進(jìn)行。拓展應(yīng)用4.下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是A.在細(xì)胞有絲分裂間期，發(fā)生DNA復(fù)制B.DNA通過一次復(fù)制后產(chǎn)生四個(gè)子代DNA分子C.真核生物DNA復(fù)制的場所只有細(xì)胞核D.單個(gè)脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈答案解析解析解析DNA復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂間期，是以親代DNA的兩條鏈為模板，合成兩個(gè)子代DNA的過程。DNA復(fù)制過程需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA(水解)酶。真核生物DNA復(fù)制的主要場所是細(xì)胞核，線粒體、葉綠體內(nèi)也可進(jìn)行。5.下圖表示DNA復(fù)制的過程，結(jié)合圖示，下列有關(guān)敘述不正確的是答案解析A.DNA復(fù)制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵，使兩條鏈解開B.DNA分子的復(fù)制具有雙向復(fù)制的特點(diǎn)，生成的兩條子鏈的方向相反C.從圖示可知，DNA分子具有多起點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn)，縮短了復(fù)制所需的時(shí)間D.DNA分子的復(fù)制需要DNA聚合酶將單個(gè)脫氧核苷酸連接成DNA片段 解析解析DNA分子復(fù)制過程中的解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵，使兩條鏈解開；DNA分子的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，兩條鏈復(fù)制時(shí)箭頭方向是相反的；圖示中復(fù)制的起點(diǎn)只有1個(gè)，不能體現(xiàn)DNA分子具有多起點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn)；DNA聚合酶的作用底物是單個(gè)游離的脫氧核苷酸。方法鏈接方法鏈接巧記巧記DNA分子復(fù)制的分子復(fù)制的“一、二、三、四一、二、三、四”課堂小結(jié)間一邊解旋邊復(fù)制半保留復(fù)制當(dāng)堂檢測1.下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是A.復(fù)制均在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行B.復(fù)制僅發(fā)生在有絲分裂的間期C.復(fù)制過程先解旋后復(fù)制D.堿基互補(bǔ)配對保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性23451答案解析解析只要細(xì)胞分裂，DNA就復(fù)制，DNA不只存于細(xì)胞核內(nèi)；細(xì)胞分裂方式亦不只是有絲分裂；DNA是邊解旋邊復(fù)制，不分先后。解析2.DNA分子復(fù)制時(shí)，解旋酶作用的部位應(yīng)該是A.腺嘌呤與鳥嘌呤之間的氫鍵B.腺嘌呤與胸腺嘧啶之間的氫鍵C.脫氧核糖與含氮堿基之間的化學(xué)鍵D.脫氧核糖與磷酸之間的化學(xué)鍵答案23415解析解析DNA復(fù)制過程中用到解旋酶和DNA聚合酶，其中解旋酶的作用是把兩條螺旋的雙鏈解開，破壞的是A與T、G與C之間的氫鍵。解析234153.細(xì)菌在15N培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，使細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再移入14N培養(yǎng)基中培養(yǎng)，抽取其子代的DNA經(jīng)高速離心分離，如圖為可能的結(jié)果，下列敘述錯(cuò)誤的是答案解析解析解析親代DNA為15N15N，經(jīng)第一次復(fù)制所形成的子代DNA應(yīng)均為15N14N，應(yīng)如圖所示。A.第一次分裂的子代DNA應(yīng)為B.第二次分裂的子代DNA應(yīng)為C.第三次分裂的子代DNA應(yīng)為D.親代的DNA應(yīng)為234154.女性子宮瘤最長的DNA分子可達(dá)36 mm，DNA復(fù)制速度約為4 m/min，但復(fù)制過程僅需40 min左右即可完成，這可能是因?yàn)锳.邊解旋邊復(fù)制B.只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，但解旋之后可以向著兩個(gè)方向復(fù)制C.以半保留方式復(fù)制D.復(fù)制起點(diǎn)多，分段同時(shí)復(fù)制答案解析解析真核細(xì)胞中的DNA分子復(fù)制起點(diǎn)多,并且同時(shí)復(fù)制,所以比較迅速。解析5.如圖為高等植物細(xì)胞中DNA復(fù)制過程模式圖，請根據(jù)圖示過程，回答下列問題：23415答案(1)由圖示可知，1個(gè)DNA分子復(fù)制出乙、丙2個(gè)DNA分子的方式是_。半保留復(fù)制(2)細(xì)胞中DNA復(fù)制的場所為_；在復(fù)制完成后，乙、丙分開的時(shí)期為_。(3)把乙(只含14N)放在含15N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，復(fù)制2次后子代DNA單鏈中含15N的DNA單鏈所占的比例是_。23415答案細(xì)胞核、線粒體和葉綠體有絲分裂后期和減數(shù)第二次分裂后期