新教材2025版高中生物第3章基因的本質(zhì)第3節(jié)DNA的復(fù)制學(xué)案新人教版必修2

第3節(jié)DNA的復(fù)制課堂互動探究案課程標(biāo)準(zhǔn)概述DNA分子通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制素養(yǎng)達(dá)成1.通過DNA的復(fù)制，認(rèn)同生命的持續(xù)與發(fā)展觀；理解遺傳信息，認(rèn)同DNA的遺傳物質(zhì)觀。(生命觀念)2．分析DNA復(fù)制過程，歸納DNA復(fù)制過程中相關(guān)數(shù)量計(jì)算，提高邏輯分析和計(jì)算實(shí)力。(科學(xué)思維)3．運(yùn)用假說－演繹法，探究DNA半保留復(fù)制。(科學(xué)探究)設(shè)疑激趣杰克遜是美國杰出的歌手、詞曲創(chuàng)作人、舞蹈家、表演家、慈善家，2009年6月25日辭世，享年50歲。多少歌迷為此心碎，多少人對此難以置信，莫非我們真的恒久無法再看到他了嗎？一些生命復(fù)制技術(shù)專家信任，起死回生的復(fù)制技術(shù)成真，只是時(shí)間上的問題而已。要實(shí)現(xiàn)復(fù)制人的幻想，必需對DNA進(jìn)行復(fù)制。請思索：(1)什么是DNA的復(fù)制？(2)DNA復(fù)制須要哪些條件？夯基提能·分層突破——互動·探究·智涂學(xué)習(xí)主題一對DNA復(fù)制的推想活動1科學(xué)家在探討DNA的復(fù)制方式時(shí)，提出了兩種復(fù)制模式：全保留復(fù)制和半保留復(fù)制(如圖所示)請據(jù)圖回答問題：1．用什么技術(shù)區(qū)分來自模板DNA的母鏈與新合成的DNA子鏈？2．如何測定子代DNA帶有同位素的狀況？3．若DNA復(fù)制的方式為全保留復(fù)制，上述試驗(yàn)結(jié)果會怎樣？活動2在DNA復(fù)制過程中須要解旋酶和DNA聚合酶，這兩種酶的作用分別是什么？活動3DNA的復(fù)制為什么須要相宜的溫度和pH?活動4假如將DNA分子的兩條鏈用15N標(biāo)記，轉(zhuǎn)移到含14N的培育基中培育，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？易錯提示(1)該試驗(yàn)在探究過程中運(yùn)用的方法是假說—演繹法。(2)在試驗(yàn)過程中肯定要留意提取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DNA復(fù)制的推想假說遺傳物質(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)制的試驗(yàn)證據(jù)分析(1)試驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法和密度梯度離心法。(2)試驗(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)試驗(yàn)假設(shè)：DNA以半保留的方式復(fù)制。(4)試驗(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)試驗(yàn)過程(6)過程分析①馬上取出，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)試驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的。1．(合格考)下列有關(guān)探究DNA復(fù)制過程的說法，不正確的是()A．試驗(yàn)利用了同位素標(biāo)記法B．細(xì)胞有絲分裂一次意味著DNA復(fù)制一次C．密度梯度超速離心后，DNA在試管中的位置與相對分子質(zhì)量無關(guān)D．試驗(yàn)結(jié)果說明白DNA具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)2．(合格考)細(xì)菌在含15N的培育基中繁殖數(shù)代后，細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再將其移入含14N的培育基中培育，抽取親代及子代的DNA離心分別，下圖①～⑤為可能的結(jié)果，下列敘述錯誤的是()A.子一代DNA應(yīng)為②B．子二代DNA應(yīng)為①C．子三代DNA應(yīng)為④D．親代的DNA應(yīng)為⑤3．(等級考，不定項(xiàng)選擇)“探究DNA的復(fù)制過程”試驗(yàn)中，科學(xué)家設(shè)計(jì)了以NH4Cl為氮源培育大腸桿菌的同位素示蹤試驗(yàn)，下列敘述正確的是()A．可先將大腸桿菌放入以15NH4Cl為唯一氮源的培育液中培育B．15N/15N-DNA、15N/14N-DNA、14N/14N-DNA的密度各不相同C．可對每一代大腸桿菌干脆做密度梯度離心，無需破裂細(xì)胞處理D．分析子一代與子二代的離心結(jié)果可得出DNA分子的復(fù)制方式學(xué)習(xí)主題二DNA的復(fù)制活動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)，用什么方法識別DNA中哪一條鏈?zhǔn)悄告?，哪一條鏈?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，并置于相宜的溫度下，能否完成DNA的復(fù)制？并分析其緣由。4．若1個DNA含有m個腺嘌呤，則復(fù)制n次須要多少游離的腺嘌呤脫氧核苷酸？5．DNA復(fù)制具有精確性，那么在任何狀況下，DNA復(fù)制產(chǎn)生的子代DNA與親代DNA都完全相同嗎？活動2依據(jù)圖1、圖2思索下列問題：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中的哪個部位？abcd四條脫氧核苷酸鏈中，哪些鏈的堿基排列依次是相同的？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)，堿基序列會發(fā)生變更嗎？活動3如圖為真核生物染色體上DNA復(fù)制過程的示意圖，請據(jù)圖分析DNA復(fù)制效率較高的緣由。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)期主要是有絲分裂前的間期和減數(shù)分裂Ⅰ前的間期；“三步”是指“三個步驟”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)提示DNA復(fù)制相關(guān)計(jì)算時(shí)四個易錯點(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)分：前者包括全部的復(fù)制，后者只是最終一次復(fù)制。(2)堿基數(shù)目：留意堿基的數(shù)目單位是“對”還是“個”。(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。(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。1.全面理解DNA的復(fù)制(1)DNA復(fù)制的場所：主要是在細(xì)胞核。真核生物：細(xì)胞核、線粒體、葉綠體，其中主要場所是細(xì)胞核。原核生物：擬核、細(xì)胞質(zhì)(如質(zhì)粒的復(fù)制)。病毒：宿主細(xì)胞內(nèi)。(2)真核生物細(xì)胞核中DNA復(fù)制發(fā)生的時(shí)間：在體細(xì)胞中發(fā)生在有絲分裂前的間期；在有性生殖過程中發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅰ前的間期。(3)復(fù)制所需的酶是指一個酶系統(tǒng)，不僅僅是指解旋酶和DNA聚合酶，還包括DNA連接酶等。①解旋酶的作用是破壞堿基對間的氫鍵。②DNA聚合酶的作用是連接游離的脫氧核苷酸。③DNA連接酶的作用是連接DNA片段。(4)兩個子代DNA的位置及分開時(shí)間：復(fù)制產(chǎn)生的兩個子代DNA分子位于一對姐妹染色單體上，由著絲粒連在一起，在有絲分裂后期或減數(shù)分裂Ⅱ后期著絲粒分裂時(shí)分開，分別進(jìn)入兩個子細(xì)胞中。(5)DNA復(fù)制的方向：5′－端→3′－端(6)復(fù)制過程圖解2．DNA復(fù)制的有關(guān)計(jì)算將含有15N的DNA分子放在含有14N的培育基上培育，復(fù)制n次，則：(1)DNA分子數(shù)①子代DNA分子數(shù)＝2n個。②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝2個。③不含親代鏈的子代DNA分子數(shù)＝(2n－2)個。(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2n＋1條。②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2條。③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝(2n＋1－2)條。(3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)：若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復(fù)制須要消耗該脫氧核苷酸m(2n－1)個；第n次復(fù)制，消耗該脫氧核苷酸數(shù)為m·2n－1個。1．(合格考)下圖為某真核細(xì)胞中DNA復(fù)制過程模式圖，下列分析正確的是()A．酶①和酶②均作用于氫鍵B．該過程的模板鏈?zhǔn)莂、d鏈C．該過程中的c、d鏈結(jié)構(gòu)相同D．DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制2．(合格考)下列關(guān)于真核細(xì)胞中DNA復(fù)制的敘述，錯誤的是()A．子鏈的延長方向是5′→3′B．復(fù)制過程不須要能量的驅(qū)動C．復(fù)制主要發(fā)生在細(xì)胞核中D．復(fù)制是邊解旋邊復(fù)制的過程3．(等級考)如圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖，有關(guān)敘述錯誤的是()A．圖中DNA分子復(fù)制是從多個起點(diǎn)同時(shí)起先的B．圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的C．真核生物DNA分子復(fù)制過程中解旋酶作用于氫鍵D．真核生物的這種復(fù)制方式提高了復(fù)制速率4．(等級考，不定項(xiàng)選擇)用一個32P標(biāo)記的噬菌體侵染在31P環(huán)境中培育的大腸桿菌，已知噬菌體DNA上有m個堿基對，其中胞嘧啶有n個。下列敘述正確的是()A．大腸桿菌為噬菌體增殖供應(yīng)原料和酶等B．噬菌體DNA含有(2m＋n)個氫鍵C．該噬菌體繁殖4次，子代中只有14個含有31PD．噬菌體DNA第4次復(fù)制共須要8(m－n)個腺嘌呤脫氧核苷酸強(qiáng)化落實(shí)·學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)——?dú)w納·提升·素養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)eq\a\vs4\al(),主干落實(shí)1.DNA復(fù)制須要DNA模板、4種脫氧核苷酸做原料以及酶和能量。2．DNA復(fù)制的特點(diǎn)是邊解旋邊復(fù)制和半保留復(fù)制。3．DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制供應(yīng)了精確的模板；通過堿基互補(bǔ)配對，保證了復(fù)制能夠精確地進(jìn)行。4．DNA通過復(fù)制，保持了遺傳信息的連續(xù)性。高效課堂·實(shí)踐運(yùn)用——鞏固·達(dá)標(biāo)·反饋1.下列關(guān)于人體細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制的敘述，錯誤的是()A．主要在細(xì)胞核內(nèi)復(fù)制B．復(fù)制以兩條DNA母鏈為模板C．復(fù)制以4種核糖核苷酸為原料D．DNA復(fù)制會消耗能量2．某DNA的兩條鏈均被3H標(biāo)記，將該DNA在不含標(biāo)記元素的環(huán)境中連續(xù)復(fù)制兩次，則所形成的4個子代DNA分子為()3．下列關(guān)于DNA復(fù)制過程的依次，正確的是()①互補(bǔ)堿基對之間氫鍵斷裂②互補(bǔ)堿基對之間氫鍵連接③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母鏈為模板進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對⑤子鏈與母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)A．①③④②⑤B．③①⑤④②C．①④②⑤③D．③①④②⑤4．下圖為某真核細(xì)胞中DNA復(fù)制過程的模式圖，下列敘述正確的是()A．DNA分子在酶①的作用下水解成脫氧核苷酸，酶②催化堿基對之間的連接B．在復(fù)制過程中解旋和復(fù)制是同時(shí)進(jìn)行的C．解旋后以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈D．兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子5．在氮源為14N的培育基上生長的大腸桿菌，其DNA分子均為14N－DNA(比照)；在氮源為15N的培育基上生長的大腸桿菌，其DNA分子均為15N－DNA(親代)。將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培育基上，再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ)，用某種離心方法分別得到的結(jié)果如下圖所示：請分析回答：(1)由試驗(yàn)結(jié)果可推想第一代(Ⅰ)細(xì)菌DNA分子中一條鏈含________，另一條鏈含________。(2)將第一代(Ⅰ)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到含15N的培育基上繁殖一代，將所得到細(xì)菌的DNA用同樣方法分別，請參照甲圖，將DNA分子可能出現(xiàn)在試管中的位置在乙圖中標(biāo)出。(3)若將15N－DNA(親代)的大腸桿菌在14N培育基上連續(xù)復(fù)制3次，則所產(chǎn)生的子代DNA中全含15N(重DNA)，一條鏈含15N(中DNA)及兩條鏈均不含15N(輕DNA)的比例為________，在這些子代DNA中，含15N的鏈與全部子代DNA鏈的比例為________。(4)若一個DNA分子的一條單鏈中A＋疑難解答·全程培優(yōu)——釋疑·解惑·教材教材第53頁?【問題探討】1．提示：半保留復(fù)制。2．提示：不確定性；嚴(yán)謹(jǐn)性。教材第54頁?【思索·探討】1．15N/14N－DNA1/214N/14N－DNA1/215N/14N－DNA2．第一代出現(xiàn)的結(jié)果是1/214N/14N－DNA1/215N/15N－DNA其次代出現(xiàn)的結(jié)果是3/414N/14N－DNA1/415N/15N－DNA。教材第55頁?【旁欄思索題】全保留復(fù)制。教材第56頁?【練習(xí)與應(yīng)用】一、概念檢測1．(1)×DNA的復(fù)制隨著染色體的復(fù)制而完成。(2)×DNA的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞分裂前的間期。2．BDNA復(fù)制主要發(fā)生在真核生物的細(xì)胞核內(nèi)，另外線粒體、葉綠體及原核生物的擬核等也可發(fā)生復(fù)制，A錯誤；堿基互補(bǔ)配對原則保證了復(fù)制的精確性，B正確；1個DNA分子復(fù)制1次產(chǎn)生2個DNA分子，C錯誤；游離的脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子鏈，D錯誤。3．C二、拓展應(yīng)用1．提示：可能有31.6×108×2×10－9≈6個堿基會發(fā)生錯誤。產(chǎn)生的影響可能很大，也可能沒有影響。2．提示：真核生物中DNA的復(fù)制是從多個起點(diǎn)起先的，這種復(fù)制方式提高了復(fù)制效率。第3節(jié)DNA的復(fù)制夯基提能·分層突破學(xué)習(xí)主題一【師問導(dǎo)學(xué)】活動11．提示：同位素標(biāo)記技術(shù)。2．提示：對DNA進(jìn)行離心，視察其在離心管中的分布。3．提示：①親代大腸桿菌：提取DNA→離心→全部是重帶。②繁殖一代后取出：提取DNA→離心→1/2重帶、1/2輕帶。③繁殖兩代后取出：提取DNA→離心→1/4重帶、3/4輕帶?；顒?提示：解旋酶的作用是將兩條脫氧核苷酸鏈打開，DNA聚合酶的作用是將單個的脫氧核苷酸連接到3′－端。活動3提示：因?yàn)镈NA復(fù)制過程須要酶的參加，而酶的活性受溫度和pH的影響?；顒?提示：2個、4個、2條、6條?！具^程評價(jià)】1．解析：探究DNA復(fù)制的試驗(yàn)中，用15N標(biāo)記親代細(xì)胞的DNA，在含14N的培育液中連續(xù)分裂兩次(在每次分裂前的間期DNA都復(fù)制一次)，分別取分裂一次和分裂兩次的細(xì)胞DNA，進(jìn)行密度梯度超速離心，DNA在試管中的位置取決于DNA所含同位素的狀況，即相對分子質(zhì)量的大小。試驗(yàn)結(jié)果說明白DNA具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)。答案：C2．解析：親代DNA全為15N，應(yīng)為⑤，復(fù)制一次后，DNA一條鏈為15N，一條鏈為14N，應(yīng)為②；復(fù)制兩次后形成4個DNA，其中2個全為14N，2個是一條鏈為15N，一條鏈為14N，應(yīng)為①；復(fù)制三次后形成8個DNA，其中6個DNA全為14N，2個DNA的一條鏈為14N，一條鏈為15N，故C錯。答案：C3．解析：DNA分子的元素組成包括C、H、O、N、P，可將大腸桿菌放入以15NH4Cl為唯一氮源的培育液中獲得雙鏈被15N標(biāo)記的DNA分子，A正確；離心后15N/15N-DNA為重密度帶、15N/14N-DNA為中密度帶、14N/14N-DNA為輕密度帶，故三者的密度各不相同，B正確；須要將每一代大腸桿菌破裂，釋放出DNA分子進(jìn)行密度梯度離心，會出現(xiàn)密度帶，C錯誤；子一代均為中密度帶，子二代1/2中密度帶、1/2輕密度帶，說明DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制，D正確。答案：ABD學(xué)習(xí)主題二【師問導(dǎo)學(xué)】活動11．提示：①兩條模板鏈(親代DNA分子解開螺旋的兩條鏈)。②不是，是一條母鏈和一條子鏈。2．提示：①同位素標(biāo)記法。②不是，是親代DNA鏈與其互補(bǔ)的子鏈結(jié)合形成的子代DNA。3．提示：不能。復(fù)制條件不完全，缺少DNA聚合酶等。4．提示：需m·(2n－1)個。因?yàn)?個DNA復(fù)制n次，共形成2n個DNA，其中有兩條脫氧核苷酸鏈為母鏈，不須要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸。5．提示：不肯定。DNA復(fù)制時(shí)，會受到各種因素的干擾，堿基序列可能會發(fā)生變更，從而使后代DNA與親代DNA堿基序列不同，導(dǎo)致遺傳信息發(fā)生變更。活動21．提示：DNA復(fù)制；有絲分裂間期和減數(shù)分裂Ⅰ前的間期。真核生物DNA復(fù)制的場全部細(xì)胞核、線粒體、葉綠體；原核生物DNA復(fù)制的場所主要是擬核。2．提示：酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的堿基排列依次相同，b和d的堿基排列依次相同。3．提示：可以，因?yàn)閮蓷l母鏈進(jìn)入到兩個子代DNA中，新形成的子代DNA中只有一條鏈?zhǔn)怯H代的母鏈。圖中還能看出DNA是邊解旋邊復(fù)制的；可采納同位素標(biāo)記法檢測母鏈和子鏈。4．提示：堿基序列可能會發(fā)生變更，使后代DNA與親代DNA不同，遺傳信息也發(fā)生變更?；顒?提示：(1)從多個起點(diǎn)起先進(jìn)行復(fù)制；(2)邊解旋邊復(fù)制；(3)每個起點(diǎn)都是同時(shí)向兩個方向進(jìn)行復(fù)制?！具^程評價(jià)】1．解析：圖中酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶，前者作用于氫鍵，后者作用于磷酸二酯鍵，A項(xiàng)錯誤；該過程中a、b鏈為模板鏈，c、d鏈分別是以a、b鏈為模板合成的子鏈，c、d鏈堿基互補(bǔ)，B、C項(xiàng)錯誤；DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制，D項(xiàng)正確。答案：D2．解析：DNA復(fù)制時(shí)，DNA聚合酶不能從頭起先合成DNA，而只能從引物的3′端延長DNA鏈，因此DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延長，A正確；復(fù)制過程須要消耗能量，須要能量的驅(qū)動，B錯誤；真核細(xì)胞中DNA主要分布在細(xì)胞核中，因此復(fù)制主要發(fā)生在細(xì)胞核中，C正確；DNA的邊解旋邊復(fù)制是DNA復(fù)制的特點(diǎn)，即復(fù)制是邊解旋邊復(fù)制的過程，D正確。答案：B3．解析：分析題圖可知，圖中的三個復(fù)制起點(diǎn)復(fù)制的DNA片段的長度不同，