DNA分子的復(fù)制導(dǎo)學(xué)案

高一生物必修二遺傳與進(jìn)化導(dǎo)學(xué)案（編號(hào)：GZSWRJBXE012）班級(jí)，小組名：，姓名課題DNA的復(fù)制主編制人王正慶編制時(shí)間使用時(shí)間導(dǎo)語(yǔ)細(xì)胞在增殖的同時(shí)遺傳物質(zhì)也從親代傳遞到了子代，生物體的主要遺傳物質(zhì)—DNA是如何保持前后代的一致？學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)習(xí)任務(wù)一、對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)沃森、克里克提出遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說(shuō)：復(fù)制方式為_(kāi)半保留復(fù)制_二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（選學(xué)）1.要分析DNA是全保留還是半保留的，就要區(qū)分親代與子代的DNA。1958年，科學(xué)家以____為實(shí)驗(yàn)材料，運(yùn)用____，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程同位素：__、___，標(biāo)記NH4Cl培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌培養(yǎng)基類型結(jié)果在試管中位置親代子一代子二代方法：分析：①離心處理后，為什么子一代DNA只有雜合鏈帶？②子二代DNA出現(xiàn)了輕鏈帶和雜合鏈帶，說(shuō)明了什么？結(jié)論：上述實(shí)驗(yàn)證明，在新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了____這種復(fù)制方式是：_____三、DNA分子復(fù)制的過(guò)程1.什么是DNA的復(fù)制（DNA復(fù)制的概念）？2.特點(diǎn)：時(shí)間：____________________________模板：___________________條件：原料：_________________能量：__________________酶：___________________場(chǎng)所：_____________過(guò)程：___________結(jié)果：___________________________________意義：________________________________________________________。五、小結(jié)（DNA復(fù)制的過(guò)程及意義）學(xué)法指導(dǎo)1.概述DNA分子的復(fù)制的條件、過(guò)程和特點(diǎn)2.探討DNA復(fù)制的生物學(xué)意義課堂訓(xùn)練問(wèn)題導(dǎo)學(xué)案P75---77頁(yè)基礎(chǔ)反思和能力測(cè)控習(xí)題，希望利用自主時(shí)間預(yù)習(xí)完課本完成相關(guān)習(xí)題找出存在的問(wèn)題,各組匯總上交.知識(shí)建構(gòu)與反思DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（選學(xué)）DNA分子復(fù)制的過(guò)程自主評(píng)價(jià)小組評(píng)價(jià)教師評(píng)價(jià)考點(diǎn)探析DNA復(fù)制的研究方法、過(guò)程和條件1．研究DNA復(fù)制的常用方法同位素標(biāo)記法和離心法，常標(biāo)記3H、15N，通過(guò)離心在試管中形成不同位置的DNA條帶。2．DNA復(fù)制的過(guò)程(認(rèn)真分析下面兩幅圖)及意義標(biāo)準(zhǔn)圖：簡(jiǎn)化圖：【要點(diǎn)闡釋】DNA復(fù)制的場(chǎng)所真核細(xì)胞：細(xì)胞核(主要)、線粒體、葉綠體原核細(xì)胞：擬核、細(xì)胞質(zhì)(細(xì)胞質(zhì)基質(zhì))DNA復(fù)制的條件模板親代DNA的兩條鏈原料4種游離的脫氧核苷酸能量ATP酶解旋酶、DNA聚合酶等DNA復(fù)制的特點(diǎn)①半保留復(fù)制；②邊解旋邊復(fù)制DNA復(fù)制的意義①遺傳信息的傳遞，使物種保持相對(duì)穩(wěn)定和延續(xù)②由于復(fù)制差錯(cuò)而出現(xiàn)基因突變，從而為進(jìn)化提供了原始的選擇材料(1)子代DNA分子中模板鏈與另一DNA分子中新合成的子鏈堿基序列完全相同。(2)影響細(xì)胞呼吸(ATP供給)的所有因素都可能影響DNA復(fù)制。(3)體外也可進(jìn)行，即PCR擴(kuò)增技術(shù)，除滿足上述條件外，還應(yīng)注意溫度、pH的控制及引物的加入。3．DNA復(fù)制過(guò)程中的數(shù)量關(guān)系由于DNA分子的復(fù)制是一種半保留復(fù)制方式，一個(gè)DNA分子連續(xù)進(jìn)行n次復(fù)制，可形成2n個(gè)子代DNA，其中只有2個(gè)DNA分子含有最初親代的母鏈。圖解如下：(1)一個(gè)DNA不論復(fù)制多少次，產(chǎn)生的子代DNA分子中含母鏈的DNA分子數(shù)總是2個(gè)，含母鏈也總是2條。(2)計(jì)算比值：n次復(fù)制后，形成的子代DNA分子中，含親代DNA母鏈的有兩個(gè)DNA分子，占子代DNA總數(shù)的eq\f(2,2n)＝eq\f(1,2n－1)；親代DNA分子母鏈兩條，占子代DNA中脫氧核苷酸鏈總數(shù)的eq\f(2,2n＋1)＝eq\f(1,2n)。(3)計(jì)算原料用量：復(fù)制所需的某脫氧核苷酸數(shù)＝a×(2n－1)，其中的a為所求的脫氧核苷酸在原來(lái)DNA(即作模板的親代DNA)分子中的數(shù)量，n為復(fù)制次數(shù)。本考點(diǎn)是高考重點(diǎn)考查的內(nèi)容之一。從高考試題來(lái)看，考查DNA的復(fù)制主要涉及DNA復(fù)制過(guò)程中的變化、特點(diǎn)，與細(xì)胞增殖、遺傳和變異等的關(guān)系，DNA的復(fù)制與其他生理過(guò)程(如轉(zhuǎn)錄、翻譯等)的區(qū)別等?！镜淅?】(2012·山東理綜，5)假設(shè)一個(gè)雙鏈均被32P標(biāo)記的噬菌體DNA由5000個(gè)堿基對(duì)組成，其中腺嘌呤占全部堿基的20%。用這個(gè)噬菌體侵染只含31P的大腸桿菌，共釋放出100個(gè)子代噬菌體。下列敘述正確的是()。A．該過(guò)程至少需要3×105個(gè)鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸B．噬菌體增殖需要細(xì)菌提供模板、原料和酶等C．含32P與只含31P的子代噬菌體的比例為1∶49D．該DNA發(fā)生突變，其控制的性狀即發(fā)生改變【訓(xùn)練1】(2012·湖北)下圖是某DNA分子的局部結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答。(1)寫出下列圖中序號(hào)代表的結(jié)構(gòu)的中文名稱：①________，⑦_(dá)_______，⑧______________，⑨________________________________________________________________________。(2)圖中DNA片段中堿基對(duì)有________對(duì)，該DNA分子應(yīng)有________個(gè)游離的磷酸基。(3)從主鏈上看，兩條單鏈________________；從堿基關(guān)系看，兩條單鏈____________。(4)如果將14N標(biāo)記的細(xì)胞培養(yǎng)在含15N標(biāo)記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中，此圖所示的________________(填圖中序號(hào))中可測(cè)到15N。若細(xì)胞在該培養(yǎng)液中分裂四次，該DNA分子也復(fù)制四次，則得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例為_(kāi)_______。(5)若該DNA分子共有a個(gè)堿基，其中腺嘌呤有m個(gè)，則該DNA分子復(fù)制4次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為_(kāi)_______個(gè)。DNA復(fù)制的研究方法、過(guò)程和條件eq\x(\a\vs4\al(高考地位：5年7考)\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(2012山東卷、福建卷，2011安徽卷，2010北京卷，2009廣東卷……))))1．研究DNA復(fù)制的常用方法同位素標(biāo)記法和離心法，常標(biāo)記3H、15N，通過(guò)離心在試管中形成不同位置的DNA條帶。2．DNA復(fù)制的過(guò)程(認(rèn)真分析下面兩幅圖)及意義標(biāo)準(zhǔn)圖：簡(jiǎn)化圖：【要點(diǎn)闡釋】DNA復(fù)制的場(chǎng)所真核細(xì)胞：細(xì)胞核(主要)、線粒體、葉綠體原核細(xì)胞：擬核、細(xì)胞質(zhì)(細(xì)胞質(zhì)基質(zhì))DNA復(fù)制的條件模板親代DNA的兩條鏈原料4種游離的脫氧核苷酸能量ATP酶解旋酶、DNA聚合酶等DNA復(fù)制的特點(diǎn)①半保留復(fù)制；②邊解旋邊復(fù)制DNA復(fù)制的意義①遺傳信息的傳遞，使物種保持相對(duì)穩(wěn)定和延續(xù)②由于復(fù)制差錯(cuò)而出現(xiàn)基因突變，從而為進(jìn)化提供了原始的選擇材料(1)子代DNA分子中模板鏈與另一DNA分子中新合成的子鏈堿基序列完全相同。(2)影響細(xì)胞呼吸(ATP供給)的所有因素都可能影響DNA復(fù)制。(3)體外也可進(jìn)行，即PCR擴(kuò)增技術(shù)，除滿足上述條件外，還應(yīng)注意溫度、pH的控制及引物的加入。3．DNA復(fù)制過(guò)程中的數(shù)量關(guān)系由于DNA分子的復(fù)制是一種半保留復(fù)制方式，一個(gè)DNA分子連續(xù)進(jìn)行n次復(fù)制，可形成2n個(gè)子代DNA，其中只有2個(gè)DNA分子含有最初親代的母鏈。圖解如下：(1)一個(gè)DNA不論復(fù)制多少次，產(chǎn)生的子代DNA分子中含母鏈的DNA分子數(shù)總是2個(gè)，含母鏈也總是2條。(2)計(jì)算比值：n次復(fù)制后，形成的子代DNA分子中，含親代DNA母鏈的有兩個(gè)DNA分子，占子代DNA總數(shù)的eq\f(2,2n)＝eq\f(1,2n－1)；親代DNA分子母鏈兩條，占子代DNA中脫氧核苷酸鏈總數(shù)的eq\f(2,2n＋1)＝eq\f(1,2n)。(3)計(jì)算原料用量：復(fù)制所需的某脫氧核苷酸數(shù)＝a×(2n－1)，其中的a為所求的脫氧核苷酸在原來(lái)DNA(即作模板的親代DNA)分子中的數(shù)量，n為復(fù)制次數(shù)。本考點(diǎn)是高考重點(diǎn)考查的內(nèi)容之一。從高考試題來(lái)看，考查DNA的復(fù)制主要涉及DNA復(fù)制過(guò)程中的變化、特點(diǎn)，與細(xì)胞增殖、遺傳和變異等的關(guān)系，DNA的復(fù)制與其他生理過(guò)程(如轉(zhuǎn)錄、翻譯等)的區(qū)別等?！镜淅?】(2012·山東理綜，5)假設(shè)一個(gè)雙鏈均被32P標(biāo)記的噬菌體DNA由5000個(gè)堿基對(duì)組成，其中腺嘌呤占全部堿基的20%。用這個(gè)噬菌體侵染只含31P的大腸桿菌，共釋放出100個(gè)子代噬菌體。下列敘述正確的是()。A．該過(guò)程至少需要3×105個(gè)鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸B．噬菌體增殖需要細(xì)菌提供模板、原料和酶等C．含32P與只含31P的子代噬菌體的比例為1∶49D．該DNA發(fā)生突變，其控制的性狀即發(fā)生改變破題關(guān)鍵解析本題主要考查了噬菌體侵染細(xì)菌過(guò)程的相關(guān)知識(shí)以及DNA分子的有關(guān)計(jì)算。首先計(jì)算得出一個(gè)噬菌體DNA中鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸占30%，其數(shù)量是5000×2×30%＝3000個(gè)，由一個(gè)噬菌體增殖為100個(gè)噬菌體，至少需要3000×(100－1)＝2.97×105個(gè)鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸，A錯(cuò)誤；噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程中，需要細(xì)菌提供原料、能量、酶等條件，但模板是由噬菌體提供的，B錯(cuò)誤；根據(jù)DNA半保留復(fù)制的特點(diǎn)可知釋放出的100個(gè)子代噬菌體中含有32P與只含31P的子代噬菌體分別是2個(gè)、98個(gè)，比例為1∶49，C正確；由于密碼子的簡(jiǎn)并性等原因，DNA發(fā)生突變，其控制的性狀不一定發(fā)生改變，D錯(cuò)誤。答案C【訓(xùn)練2】(2012·湖北)下圖是某DNA分子的局部結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答。(1)寫出下列圖中序號(hào)代表的結(jié)構(gòu)的中文名稱：①________，⑦_(dá)_______，⑧______________，⑨________________________________________________________________________。(2)圖中DNA片段中堿基對(duì)有________對(duì)，該DNA分子應(yīng)有________個(gè)游離的磷酸基。(3)從主鏈上看，兩條單鏈________________；從堿基關(guān)系看，兩條單鏈____________。(4)如果將14N標(biāo)記的細(xì)胞培養(yǎng)在含15N標(biāo)記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中，此圖所示的________________(填圖中序號(hào))中可測(cè)到15N。若細(xì)胞在該培養(yǎng)液中分裂四次，該DNA分子也復(fù)制四次，則得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例為_(kāi)_______。(5)若該DNA分子共有a個(gè)堿基，其中腺嘌呤有m個(gè)，則該DNA分子復(fù)制4次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為_(kāi)_______個(gè)。解析根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知：①是胞嘧啶，②是腺嘌呤，③是鳥(niǎo)嘌呤，④是胸腺嘧啶，⑤是磷酸基團(tuán)，⑥是胸腺嘧啶，⑦是脫氧核糖，⑧是胸腺嘧啶脫氧核苷酸，⑨是一條脫氧核苷酸鏈的片段。復(fù)制4次，產(chǎn)生16個(gè)DNA分子，由于DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，含14N的DNA分子共2個(gè)，所有的DNA都含有15N，所以子代DNA分子中含14N和15N的比例為1∶8。A＝T＝m，則G＝C＝eq\f(a,2)－m，復(fù)制4次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為(24－1)×(eq\f(a,2)－m)＝15·(eq\f(a,2)－m)。答案(1)胞嘧啶脫氧核糖胸腺嘧啶脫氧核苷酸一條脫氧核苷酸鏈的片段(2)42(3)反向平行互補(bǔ)(4)①②③④⑥⑧⑨1∶8(5)15·(eq\f(a,2)－m)規(guī)避2個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)易錯(cuò)點(diǎn)1計(jì)算時(shí)，亂套公式而出錯(cuò)點(diǎn)撥DNA分子相關(guān)堿基互補(bǔ)配對(duì)演繹出來(lái)的各種計(jì)算公式是有前提條件的，其前提條件必須確認(rèn)為“雙鏈DNA分子”才成立，否則不成立。判定如下：①雙鏈DNA分子中A＝T、G＝C，若出現(xiàn)A≠T或G≠C可肯定不是雙鏈DNA。②若出現(xiàn)“嘌呤≠嘧啶”則可肯定不是雙鏈DNA分子，可能為“RNA”、“單鏈DNA”或“DNA＋RNA”。易錯(cuò)點(diǎn)2DNA復(fù)制結(jié)合有絲(減數(shù))分裂時(shí)對(duì)染色體(單體)的分配去向往往糾纏不清。參見(jiàn)糾錯(cuò)演練2糾錯(cuò)演練1．(2013·沈陽(yáng)四校聯(lián)考)某噬菌體的DNA為單鏈DNA，四種堿基的比率是A－0.28、G－0.32、T－0.24、C－0.16。當(dāng)它感染宿主細(xì)胞時(shí)，能形成雜合型雙鏈DNA分子，則雜合型雙鏈DNA分子中A、G、C、T的比率依次是()。A．0.24、0.16、0.32和0.28B．0.26、0.24、0.24和0.26C．0.28、0.32、0.24和0.16D．0.24、0.26、0.26和0.24解析雙鏈DNA分子中A＝T，G＝C，排除A、C選項(xiàng)；單鏈中的堿基A、T與互補(bǔ)鏈中的堿基T、A對(duì)應(yīng)，因此可計(jì)算出雙鏈DNA分子中A＝T，占0.26，C＝G，占0.24。答案B2．(易錯(cuò)題)(2010·山東理綜，7)蠶豆根尖細(xì)胞(2N＝12)在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個(gè)細(xì)胞周期，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是()。A．每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記B．每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記C．只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記D．每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記繼續(xù)探究：根據(jù)題意，如果讓其在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至后期，則其染色體的放射性標(biāo)記分布情況應(yīng)該是怎樣的？其產(chǎn)生的子細(xì)胞中，含3H標(biāo)記的染色體條數(shù)為多少？解析(1)DNA復(fù)制是半保留復(fù)制，蠶豆根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸(3H－T)培養(yǎng)基中完成一個(gè)細(xì)胞周期，每一個(gè)DNA分子都有一條脫氧核苷酸鏈含3H－T，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)液中培養(yǎng)至中期，每個(gè)DNA分子復(fù)制的兩個(gè)DNA分子存在于同一染色體的兩條姐妹染色單體上，其中一個(gè)DNA分子的一條鏈含3H－T，如下圖：答案B繼續(xù)探究答案：繼續(xù)分裂至后期時(shí)24條染色體應(yīng)有12條帶有放射性，子細(xì)胞中含放射性的染色體則為0～12條。DNA復(fù)制方式的探究eq\x(\a\vs4\al(高考地位：5年2考)\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(2010北京卷，2008江蘇卷))))探究DNA復(fù)制是半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制，可用同位素標(biāo)記技術(shù)和離心處理技術(shù)，根據(jù)復(fù)制后DNA分子在試管中的位置即可確定復(fù)制方式。1．實(shí)驗(yàn)材料：大腸桿菌。2．實(shí)驗(yàn)方法：放射性同位素標(biāo)記技術(shù)和離心技術(shù)。3．實(shí)驗(yàn)假設(shè)：DNA以半保留的方式復(fù)制。4．實(shí)驗(yàn)過(guò)程：(見(jiàn)圖)(1)大腸桿菌在含15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖幾代，使DNA雙鏈充分標(biāo)記15N。(2)將含15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N標(biāo)記的普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)。(3)在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA(間隔的時(shí)間為大腸桿菌繁殖一代所需時(shí)間)。(4)將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA位置。5．實(shí)驗(yàn)預(yù)期：離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。(見(jiàn)圖)(1)重帶(密度最大)：15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA(15N/15N)。(2)中帶(密度居中)：一條鏈為15N，另一條鏈為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(15N/14N)。(3)輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(14N/14N)。6．實(shí)驗(yàn)結(jié)果：與預(yù)期的相符。本考點(diǎn)全國(guó)新課標(biāo)卷命題頻率低，但并不意味著本考點(diǎn)不重要，一旦命題往往是探究類綜合性大題，或者借用同位素標(biāo)記方法與有絲分裂、減數(shù)分裂結(jié)合而命題?！镜淅靠茖W(xué)家在研究DNA分子復(fù)制方式時(shí)進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn)研究(已知培養(yǎng)用的細(xì)菌大約每20min分裂一次)：實(shí)驗(yàn)一：eq\x(細(xì)菌)eq\o(――→,\s\up7(14N培養(yǎng)基),\s\do5(培養(yǎng)))eq\x(\a\al(破碎細(xì)菌細(xì),胞提取DNA))離心,eq\x(結(jié)果A)實(shí)驗(yàn)二：eq\x(細(xì)菌)eq\o(――→,\s\up7(15N培養(yǎng)基),\s\do5(培養(yǎng)))eq\x(\a\al(破碎細(xì)菌細(xì),胞提取DNA))離心,eq\x(結(jié)果B)實(shí)驗(yàn)三：(1)實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二的作用是________。(2)從實(shí)驗(yàn)三的結(jié)果C、D可以看出DNA分子復(fù)制______(是/不是)半保留復(fù)制。(3)如果實(shí)驗(yàn)三的結(jié)果都為F，則可判斷DNA分子的復(fù)制方式________(是/不是)半保留復(fù)制。(4)如果DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制，某次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中，結(jié)果C比以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果所呈現(xiàn)的帶略寬，那么可能的原因是新合成DNA單鏈中的N尚有少部分為_(kāi)_________。(5)如果DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制，與結(jié)果D相比，結(jié)果E密度帶的數(shù)量和位置______________