資源簡介

3.3 DNA的復(fù)制學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.總結(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的探索過程
2.分析證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。
3.探討實(shí)驗(yàn)技術(shù)在證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)中的作用。
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
1.教學(xué)重點(diǎn)
（1）運(yùn)用假說--演繹法探究DNA的復(fù)制方式。
（2）DNA復(fù)制的條件、過程和特點(diǎn)。
2.教學(xué)難點(diǎn)
（1）運(yùn)用假說--演繹法探究DNA的復(fù)制方式。
（2）DNA復(fù)制的過程。
【預(yù)習(xí)新知】
對(duì)DNA復(fù)制的推測
(1)提出者：沃森和克里克。
(2)假說內(nèi)容：
①解旋：DNA分子復(fù)制時(shí)，DNA分子的雙螺旋解開，互補(bǔ)堿基之間的氫鍵斷裂。
③特點(diǎn)：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，這種復(fù)制方式稱作半保留復(fù)制。
DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)
1.實(shí)驗(yàn)材料： 大腸桿菌
2.實(shí)驗(yàn)用的技術(shù)： 同位素標(biāo)記技術(shù)
3.實(shí)驗(yàn)過程：
① 大腸桿菌在含有15NH4Cl的培養(yǎng)液中繁殖多代，使DNA雙鏈充分被15N標(biāo)記
② 將含15N標(biāo)記的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)
③ 在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA
④ 將提取的DNA進(jìn)行密度梯度離心，記錄離心后試管中DNA的位置
4.預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
①重帶（密度最大）：兩條鏈都被15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA（15N/15N）
②中帶（密度居中）：一條鏈被15N標(biāo)記。另一條鏈含14N的子代雙鏈DNA（15N/14N）
③輕帶（密度最小）：兩條鏈都含14N的子代雙鏈DNA（14N/15N）
5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：與預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符
6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制方式是 半保留復(fù)制
DNA復(fù)制的過程
1.DNA復(fù)制的概念
以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
2.發(fā)生時(shí)期
在真核生物中，這一過程是在細(xì)胞分裂前的間期，隨著染色體的復(fù)制而完成的。
3.過程
4.結(jié)果
形成兩個(gè)完全相同的DNA分子。
5.特點(diǎn)
（1）邊解旋邊復(fù)制。
（2）半保留復(fù)制。
6.意義：將遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。
【易錯(cuò)提示】
（1）邊解旋邊復(fù)制和半保留復(fù)制都是DNA復(fù)制的特點(diǎn)，但半保留復(fù)制同時(shí)還是DNA復(fù)制的方式；
（2）不僅DNA的兩條母鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械模潞铣傻淖渔溑c其模板母鏈也是反向平行的。
（1）DNA解旋后的每一條脫氧核苷酸鏈都可以作為DNA復(fù)制的模板（ ）
（2）DNA雙螺旋全部解開后，再開始進(jìn)行DNA復(fù)制（ ）
（3）在DNA復(fù)制過程中，解旋酶破壞的是氫鍵，不能將DNA分解成脫氧核苷酸（ ）
答案：（1）√（2）×（3）√
【深化探究】
探究點(diǎn)一　對(duì)DNA復(fù)制的推測
1．在DNA復(fù)制過程中需要解旋酶和DNA聚合酶，這兩種酶的作用分別是什么？
2．DNA的復(fù)制為什么需要適宜的溫度和pH
3．如果將DNA分子的兩條鏈用15N標(biāo)記，轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，復(fù)制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA鏈、含14N的DNA鏈各是多少？
易錯(cuò)提醒：(1)該實(shí)驗(yàn)在探究過程中使用的方法是假說—演繹法。
(2)該實(shí)驗(yàn)也可以用P、C等元素進(jìn)行標(biāo)記。
(3)在實(shí)驗(yàn)過程中一定要注意提取DNA的時(shí)間，應(yīng)以大腸桿菌繁殖一次所用的時(shí)間為間隔。
1．對(duì)DNA復(fù)制的推測
假說 遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說
提出者 沃森和克里克
內(nèi)容 (1)解旋：DNA復(fù)制時(shí)，DNA的雙螺旋解開，配對(duì)堿基之間的氫鍵斷裂 (2)復(fù)制：以解開的兩條母鏈作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，通過形成氫鍵結(jié)合到作為模板的單鏈上
特點(diǎn) 新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來的DNA分子中的一條鏈，是半保留復(fù)制
2.DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)分析
(1)實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法和密度梯度離心法。
(2)實(shí)驗(yàn)原理：含15N的雙鏈DNA密度大，含14N的雙鏈DNA密度小，一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA分子密度居中。
(3)實(shí)驗(yàn)假設(shè)：DNA以半保留的方式復(fù)制。
(4)實(shí)驗(yàn)預(yù)期：離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。
①重帶(密度最大)：兩條鏈都為15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA。②中帶(密度居中)：一條鏈為14N標(biāo)記，另一條鏈為15N標(biāo)記的子代雙鏈DNA。③輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA。
(5)實(shí)驗(yàn)過程
(6)過程分析
①立即取出，提取DNA→離心→全部重帶。②繁殖一代后取出，提取DNA→離心→全部中帶。③繁殖兩代后取出，提取DNA→離心→1/2輕帶、1/2中帶。
(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的
探究點(diǎn)二　DNA的復(fù)制
1．閱讀教材P55～56，結(jié)合圖3－10，探究下列問題：
(1)DNA復(fù)制時(shí)有幾條模板鏈？新合成的DNA中的兩條鏈全是子鏈嗎？
(2)DNA復(fù)制時(shí)，用什么方法識(shí)別DNA中哪一條鏈?zhǔn)悄告湥囊粭l鏈?zhǔn)亲渔湥緿NA復(fù)制所形成的子代DNA是否是親代DNA鏈和子代DNA鏈隨機(jī)結(jié)合的？
(3)若將某一試管中加入緩沖液、ATP、解旋酶、DNA模板和四種脫氧核苷酸，并置于適宜的溫度下，能否完成DNA的復(fù)制？并分析其原因。
(4)若1個(gè)DNA含有m個(gè)腺嘌呤，則復(fù)制n次需要多少游離的腺嘌呤脫氧核苷酸？
(5)DNA復(fù)制具有準(zhǔn)確性，那么在任何情況下，DNA復(fù)制產(chǎn)生的子代DNA與親代DNA都完全相同嗎？
2．根據(jù)圖1、圖2思考下列問題：
(1)圖1中進(jìn)行的是什么過程？發(fā)生的時(shí)期和場所是什么？
(2)圖1中的酶1和酶2分別是什么酶？分別作用于圖2中的哪個(gè)部位？abcd四條脫氧核苷酸鏈中，哪些鏈的堿基排列順序是相同的？
(3)從圖1中是否可以看出DNA復(fù)制是半保留復(fù)制？為什么？圖1所示的特點(diǎn)還有什么？可用什么方法檢測母鏈和子鏈？
(4)DNA復(fù)制受到各種外界因素的干擾時(shí)，堿基序列會(huì)發(fā)生變化嗎？
3．如圖為真核生物染色體上DNA復(fù)制過程的示意圖，請(qǐng)據(jù)圖分析DNA復(fù)制效率較高的原因。
方法技巧　巧記DNA的復(fù)制——“一所，兩期，三步，四條件”
“一所”是指復(fù)制的場所主要是細(xì)胞核；“兩期”是指復(fù)制的時(shí)期主要是有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期；“三步”是指“三個(gè)步驟”即解旋、形成子鏈、母鏈與子鏈形成新的DNA；“四條件”是指原料、模板、能量和酶。
誤區(qū)提醒DNA復(fù)制相關(guān)計(jì)算時(shí)四個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)
(1)復(fù)制次數(shù)：“DNA復(fù)制了n次”和“第n次復(fù)制”的區(qū)別：前者包括所有的復(fù)制，后者只包括最后一次復(fù)制。
(2)堿基數(shù)目：注意堿基的數(shù)目單位是“對(duì)”還是“個(gè)”。
(3)復(fù)制模板：在DNA復(fù)制過程中，無論復(fù)制了幾次，含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA都只有兩個(gè)。
(4)關(guān)鍵詞語：看清是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”，“含”還是“只含”等關(guān)鍵詞。
【鞏固訓(xùn)練】
1.一個(gè)DNA分子復(fù)制完畢后，新形成的DNA子鏈( )
A.是DNA母鏈的片段 B.與DNA母鏈之一相同
C.與DNA母鏈相同，但U取代T D.與DNA母鏈完全不同
2.生物學(xué)家為探究DNA的復(fù)制方式，將15N標(biāo)記的大腸桿菌放到只含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，根據(jù)密度不同通過離心技術(shù)，將細(xì)胞中含有不同N元素的DNA分離開來，在試管中得到不同密度的DNA帶。下列有關(guān)DNA復(fù)制的說法，錯(cuò)誤的是( )
A.復(fù)制所得子代DNA分子中（A+C）/（T+G）的值為1/
B.若DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制，第二代細(xì)胞中的DNA分子離心后可以得到兩條DNA帶
C.DNA分子復(fù)制時(shí)，邊解旋邊復(fù)制，同時(shí)需要模板、原料、能量和酶等
D.連續(xù)培養(yǎng)三代（復(fù)制了三次），在第三代大腸桿菌中含15N的鏈占該代DNA分子總鏈數(shù)的1/16
3.某個(gè)T2噬菌體的DNA雙鏈都被15N標(biāo)記，侵染未標(biāo)記的大腸桿菌后，共釋放出n個(gè)子代噬菌體，整個(gè)過程中共消耗a個(gè)腺嘌呤。下列敘述正確的是( )
A.子代噬菌體中含15N的個(gè)體所占比例為1/2n-1
B.可用含15N的培養(yǎng)基直接培養(yǎng)出第一代噬菌體
C.噬菌體DNA復(fù)制過程需要的模板、酶、ATP和原料都來自大腸桿菌
D.第一代噬菌體的DNA中含有a/n-1個(gè)胸腺嘧啶
4.細(xì)菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，使細(xì)菌的DNA皆含有15N，然后再移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，提取其子代的DNA進(jìn)行梯度離心，下圖①-⑤為可能的結(jié)果，下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.第一次分裂子代DNA應(yīng)為⑤
B.第二次分裂的子代DNA應(yīng)為①
C.第三次分裂的子代DNA應(yīng)為③
D.親代的DNA應(yīng)為⑤
5.下圖為真核生物DNA的結(jié)構(gòu)（圖甲）及發(fā)生的生理過程（圖乙），請(qǐng)據(jù)圖回答問題：
（1）圖甲中DNA分子結(jié)構(gòu)的基本骨架是______和_______（填序號(hào)）交替排列而成。
（2）如果圖甲的片段復(fù)制四次，總共需要游離的腺嘌呤脫氧核糖核苷酸__________個(gè)。
（3）圖乙發(fā)生的生理過程是______，其方式為______。發(fā)生該生理過程時(shí)，___________為其提供精確的模板，通過_________________，保證了其準(zhǔn)確地進(jìn)行。
（4）圖乙過程涉及的酶為______酶、_______酶，分別作用于圖甲中的______、______(填序號(hào))。
（5）若圖乙中親代DNA分子在復(fù)制時(shí)，一條鏈上的G變成了A，則該DNA分子經(jīng)過n次復(fù)制后，發(fā)生差錯(cuò)的DNA分子占DNA分子總數(shù)的__________。
參考答案
1.答案：B
解析：A、新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同，并不是母鏈的片段，A錯(cuò)誤；
BD、新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同，與另一條母鏈互補(bǔ)配對(duì)，B正確，D錯(cuò)誤；
C、新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同，且子鏈中沒有堿基U，C錯(cuò)誤。
故選B。
2.答案：D
解析：A、在雙鏈DNA分子中，A=T，C=G，故復(fù)制所得子代DNA分子中（A+C）/（T+G）的值為1，A正確；B、如果DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制，那么第二代細(xì)胞中的DNA分子離心后可以得到兩條DNA帶，一條（14N/14N-DNA）位于上部，另一條（15N/14N-DNA）位于中部，B正確；C、DNA分子復(fù)制是一個(gè)邊解旋邊復(fù)制的過程，需要模板、原料、能量和酶等，C正確；D、連續(xù)培養(yǎng)三代（復(fù)制了三次），第三代大腸桿菌中含15N的鏈有2條，該代DNA分子總鏈數(shù)為16條，在第三代大腸桿菌中含15N的鏈占該代DNA分子總鏈數(shù)的1/8，D錯(cuò)誤。故選D。
3.答案：D
解析：用15N標(biāo)記某個(gè)T2噬菌體的DNA雙鏈，讓該T2噬菌體侵染未標(biāo)記的大腸桿菌后，釋放出的n個(gè)子代噬菌體中，其中有2個(gè)被15N標(biāo)記，因此子代噬菌體中含15N的個(gè)體所占比例為2/n，A錯(cuò)誤。T2噬菌體為病毒，沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不能獨(dú)立生存和繁殖，不能用培養(yǎng)基直接培養(yǎng)，B錯(cuò)誤。T2噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，只將DNA注入大腸桿菌內(nèi)，T2噬菌體DNA復(fù)制過程需要的模板為其自身的DNA，需要的酶、ATP和原料都來自大腸桿菌，C錯(cuò)誤。1個(gè)T2噬菌體侵染未標(biāo)記的大腸桿菌后，共釋放出n個(gè)子代噬菌體，整個(gè)過程中共消耗a個(gè)腺嘌呤，則每個(gè)DNA分子中腺嘌呤的個(gè)數(shù)為a/n-1胸腺嘧啶的個(gè)數(shù)與腺嘌呤個(gè)數(shù)相等，故第一代噬菌體的DNA中含有a/n-1個(gè)胸腺嘧啶，D正確。
4.答案：A
解析：細(xì)菌的DNA被15N標(biāo)記后,放在14N培養(yǎng)基中培養(yǎng),復(fù)制1次形成2個(gè)DNA分子,每個(gè)DNA分子都是一條鏈含有15N,另一條鏈含有14N,離心形成中帶,即圖中的②,A錯(cuò)誤;復(fù)制兩次后形成了4個(gè)DNA分子,2個(gè)DNA分子都是一條鏈含有15N,另一條鏈含有14N,離心形成中帶,另外2個(gè)DNA分子都只含有14N,離心形成輕帶,即圖中①,B正確;隨著復(fù)制次數(shù)增加(三次及三次以上),離心后都含有中帶和輕帶兩個(gè)條帶,輕帶相對(duì)含量增加,即圖中③,C正確;細(xì)菌在15N培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后,細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N,DNA分子的兩條鏈都含有15N,離心形成重帶,即圖中的⑤,D正確。
5.答案：（1）②；③
（2）60
（3）DNA的復(fù)制；半保留復(fù)制；DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)；堿基互補(bǔ)配對(duì)
（4）解旋；DNA聚合；⑦；①
（5）1/2

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