1、第2课时DNA分子的复制学 习 目 标核 心 素 养1.阐明DNA分子的复制过程、特点。(重点)2.通过探究DNA复制活动，培养抽象思维能力。(难点)3.探讨DNA复制的生物学意义。1.结合示意图归纳DNA复制的过程、特点和意义。2.通过DNA分子半保留复制实验的探究、分析，学会分析实验的方法，并尝试画出示意图化抽象为形象，培养抽象思维能力。一、DNA分子的复制过程及特点1DNA分子复制的含义以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。2DNA分子复制的过程(1)时期：细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期。(2)场所：主要是细胞核。(3)条件模板：DNA分子的两条链。原料：游离的4种脱氧
2、核苷酸。能量：ATP。酶：解旋酶、DNA聚合酶等。(4)过程(5)特点：边解旋边复制；半保留复制。(6)准确复制的原因和意义原因：aDNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；b通过碱基互补配对原则，保证了复制能够精确地进行。意义：使遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息传递的连续性。二、DNA分子复制方式的证明及相关计算1DNA分子复制方式的证明方法同位素示踪法。2DNA复制方式证明原理含15N的双链DNA分子密度大，含14N的双链DNA分子密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。3证明过程(1)用放射性同位素15N标记大肠杆菌的DNA。(2)将被标记的大肠
3、杆菌转入以含14N物质为唯一氮源的培养液中培养。(3)分别取完成一次细胞分裂和两次细胞分裂的大肠杆菌，并将其中的DNA分子分离出来，进行密度梯度超速离心和分析。4实验结果预测：如果DNA分子的两条链中都含有15N，那么这样的DNA分子质量大，离心时应该在试管的底部；两条链中都含有14N，那么这样的DNA分子质量小，离心时应该在试管的上部；两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么这样的DNA分子质量居中，离心时应该在试管的中部。5实验结果(1)提取亲代DNA离心全部重带。(2)繁殖一代后取出，提取DNA离心全部中带。(3)繁殖两代后取出，提取DNA离心轻带、中带。6结论：DNA复制时总是保留
4、一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做DNA半保留复制。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1DNA分子的复制只能发生在细胞核中。()2DNA分子复制时，两条脱氧核苷酸链均作为模板。()3DNA分子完全解旋为两条单链，才开始进行DNA分子的复制。()4脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链。()5通过DNA分子的复制，保持了遗传信息传递的连续性。()提示：1.DNA分子的复制主要发生在细胞核中，也可发生在线粒体、叶绿体中。23DNA分子复制是边解旋边复制。4脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能形成子链。5DNA分子的复制过程问题探究如图是DNA分子的复制过程。1图中A、B
5、、C分别表示什么过程？提示：A：解旋；B：合成子链；C：形成子代DNA。2碱基互补配对原则是怎样的？提示：A与T、T与A、C与G、G与C配对。3子代DNA分子中是否含有亲代DNA?提示：子代DNA分子是由亲代DNA的一条单链和新合成的子代DNA单链共同组成的。归纳总结 1不同生物的DNA分子复制的场所2DNA分子复制所需的酶：是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。(1)解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。(2) DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。(3)DNA连接酶的作用是连接DNA片段。3DNA分子复制的基本条件(1)模板：解旋的DNA分子的两条单链；(2)
6、原料：细胞中游离的4种脱氧核苷酸；(3)能量：主要通过水解ATP提供；(4)酶：DNA聚合酶(形成磷酸二酯键)、解旋酶(打开氢键)等。4两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。5DNA分子复制对DNA作为遗传物质的意义(1)边解旋、边复制，多个起点同时进行，节省时间、效率高。(2)新DNA分子双链为“一母一子”，因此复制更为精确，使遗传信息更加稳定。稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。巧学好记：巧记DNA分子复制的“一、二、三
7、、四”1如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是()A由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制B解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATPC从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的DDNA在复制过程中先进行解旋，后半保留复制DDNA分子复制时都保留了原DNA分子中的一条链，这种方式叫做半保留复制，A正确；解旋酶能打开双链间的氢键，使双链DNA解开，需要消耗ATP，B正确；DNA分子的两条链是反向平行的，而复制时只能从5端向3端延伸，所以两条子链的合成方向相反，C正确；由图可知，DNA在复制过程中，边解旋边进行半保留复制，在较短的时间内形成DNA分子，D错误。2如
8、图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是()A图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D真核生物的这种复制方式提高了复制速率A图中DNA分子的复制是从多个起点开始的，但并不是同时开始的。图中DNA分子的复制是边解旋(需解旋酶)边双向复制的。题后反思：真核生物的DNA复制是多起点双向进行的，复制时两条子链方向相反。DNA分子精确复制的原因：一是独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，二是严格遵循碱基互补配对原则。DNA复制方式的证明及相关计算1.DNA半保留复制的实验证据分析(1)实验方法：放射
9、性同位素标记法和密度梯度离心法。(2)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。(3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。(4)实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。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。轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。(5)实验过程(6)过程分析立即取出，提取DNA离心全部重带。繁殖一代后取出，提取DNA离心全部中带。繁殖两代后取出，提取DNA离心1/2轻带、1/2中带。(7)实验结
10、论：DNA的复制是以半保留方式进行的。2DNA复制的相关计算DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：(1)DNA分子数子代DNA分子2n个。含有亲代DNA链的子代DNA分子2个。不含亲代链的子代DNA分子(2n2)个。(2)脱氧核苷酸链数子代DNA分子中脱氧核苷酸链2n1条。亲代脱氧核苷酸链2条。新合成的脱氧核苷酸链(2n12)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则：经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m(2n1)个。第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸m2n1个。3与染色体、细胞数目相关的计算研究DNA分子的半保留复制时，常涉及计算后代
11、带放射性标记的DNA、染色体或细胞所占比例的问题，此时要注意：(1)一个DNA分子含两条DNA链，只要有一条DNA链带标记，该DNA分子便带标记。(2)每条染色体含一个或两个DNA分子，只要有一条DNA链带标记，该染色体便带标记。(3)每个细胞含多条染色体，每条染色体的情况是一样的，只需分析一条染色体(减数分裂时只需分析一对同源染色体)即可。1某基因(14N)含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子以15N同位素标记的游离脱氧核苷酸为原料复制3次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行密度分层，得到结果如图；然后加入解旋酶再离心，得到结果如图。则下列有关分析正确的是()AX层中的基因
12、只用14N标记，Y层中的基因只用15N标记BW层中含15N标记的胞嘧啶3 150个CW层与Z层的核苷酸数之比为14DX层中含有的氢键数是Y层的3倍BDNA分子的复制是半保留复制，复制3次后，共有8个DNA分子，其中有2个DNA分子的一条链含有14N，另一条链含15N，另外6个DNA分子只含有15N，离心后，含14N的位于X层(也含有15N)，只含15N的位于Y层，A错误；一个DNA分子中含有A(腺嘌呤)T3 00035%1 050(个)，GC(3 0001 0502)/2450(个)，解旋酶解旋再离心后，含14N的2条链位于Z层，含15N的14条链位于W层，相当于7个完整DNA分子的量，故W层
13、中含15N标记的胞嘧啶是45073 150(个)，B正确；W层与Z层的核苷酸数之比为71，C错误；X层中含有的氢键数与Y层的氢键数比为26，即Y层中含有的氢键数是X层的3倍，D错误。(1)图1中X层与Y层的基因片段数比值是多少？提示：13。(2)若某基因以15N标记，以14N同位素标记的游离脱氧核苷酸为原料，复制3次后，X与Y、Z与W的比值分别是多少？提示：X与Y的比值是31，Z与W的比值为71。2若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第二次分裂中期。下列叙述正确的是()A每条染色体中的两条染色单体均含3HB每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H
14、C每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3HD每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3HADNA的复制方式是半保留复制，将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，第二次分裂DNA复制后，会出现有一条链被3H标记的双链DNA和双链都被3H标记的双链DNA，这种情况下，一条双链DNA构成一条染色单体，故每条染色单体都含有3H标记，A项正确；第二次分裂中期，既会出现两条脱氧核苷酸链均含3H的DNA分子，也会出现只有一条脱氧核苷酸链含3H的DNA分子，B、C、D均错误。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳1.DNA复制发生在有丝分裂间期
15、和减数第一次分裂间期。2新合成的每一个DNA分子都保留了亲代DNA分子的一条链。3DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对保证了复制能够精确地进行。4DNA分子复制时是边解旋边复制。5DNA分子通过复制，将遗传信息传递给子代。1下列关于DNA分子复制过程顺序的叙述，正确的是()互补碱基对之间的氢键断裂在DNA聚合酶作用下把脱氧核苷酸连接成链DNA分子在解旋酶作用下解旋以母链为模板进行碱基互补配对并形成氢键子链与母链盘绕形成双螺旋结构ABCDCDNA分子首先在解旋酶的作用下解旋，双链之间的氢键断裂，以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对，并在DNA聚合酶的作用下将脱氧核苷酸连
16、接成链，子链与母链盘绕形成双螺旋结构。2某DNA分子共有a个碱基对，其中含胞嘧啶m个，则该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为()A7(2am)B8(am)C7(am)D8(2am)C在DNA分子中，遵循碱基互补配对原则，其中AT，GC，题中所给Cm(个)，则T(2a2m)/2am(个)。该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数23(am)(am)7(am)。3将15N标记的一个DNA分子放在含14N的培养基中复制n次，则子代中含15N的单链占全部DNA单链的比例和含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例依次是()A1/2n，1/2nB1/2n，1/2n1C1/2
17、n，1/2n1D1/2n1，1/2nBDNA分子的复制是半保留复制，将15N标记的一个DNA分子放在含14N的培养基中复制n次，共产生2n个DNA分子，15N标记的单链有2条，含15N的DNA分子有2个。所以子代中含15N的单链占全部DNA单链的比例是2/(22n)1/2n，含15N的DNA分子占全部DNA分子的比例是2/2n1/2n1。4细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图为可能的结果，下列叙述错误的是()A第一次分裂的子代DNA应为B第二次分裂的子代DNA应为C第三次分裂的子代DNA应为D亲
18、代的DNA应为A亲代DNA的两条链都是15N，应对应；第一次分裂产生的DNA都是一条链为15N，一条链为14N，应对应；第二次分裂产生的DNA分子，两个一条链为15N，一条链为14N，另两个两条链都为14N，应对应；第三次分裂产生的DNA，两个一条链为15N，一条链为14N，另六个两条链都为14N，应对应。5如图是DNA分子复制的图解，请据图回答：(1)图中的1表示_过程，需要_酶的作用。(2)图中的2过程表示以母链为模板进行的碱基的互补配对，参与配对的物质是游离在周围的_。(3)图中的3过程表示形成两个新的_分子，参与此过程的酶有_等。(4)DNA复制一般是严格的_复制，DNA复制的遗传学意
19、义是为_在亲子代之间的_准备了物质基础。解析本题考查DNA分子复制的条件、过程及意义。(1) DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制时首先在解旋酶的作用下，双链解开。(2) DNA复制的模板是原DNA分子的两条链，原料是四种脱氧核苷酸。(3)新链合成时需要DNA聚合酶等的催化，并且消耗能量。(4)DNA复制产生的子代DNA与亲代DNA完全相同，保证了遗传信息准确地传给后代，保持了亲子代间遗传信息的连续性。答案(1)解旋解旋(2)脱氧核苷酸(3)DNADNA聚合酶(4)半保留遗传信息传递教材课上思考答案(教师用书独具)积极思维(P71)1因为复制时DNA的两条链均作模板，每一条母链与新合
20、成的子链盘旋成双螺旋结构。由于母链中的氮元素均为15N，而子链中的氮元素均为14N，所以子一代DNA只有杂合链。2离心处理后，子二代DNA出现了两种情况：轻链带和杂合链带。说明DNA复制时两条链均作模板。每一个DNA分子中都有一条母链和一条新合成的子链，即半保留复制。评价指南(P73)一、1.A2.C3.D4.B5A组成DNA分子的两条脱氧核苷酸长链是反向平行的。6C二、全保留复制假说认为：在DNA复制时，DNA并不需要解链，只是在复制点解开几个碱基，亲代分子保持完整，两条合成的子链形成一个新的DNA分子。DNA分散复制假说认为：在复制过程中亲代DNA双链被切割成小片段，分散在新合成的两个DNA双链分子中。DNA半保留复制假说认为：在DNA复制时，以亲代DNA的两条链为模板，每一条母链和新合成的子链组成一个新的DNA分子。