新教材適用2024-2025學(xué)年高中生物第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)制課標(biāo)要求1．概述DNA復(fù)制方式的假說及試驗(yàn)依據(jù)。2．駕馭DNA復(fù)制的過程。3．歸納DNA復(fù)制的相關(guān)計(jì)算規(guī)律。核心素養(yǎng)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)一、對(duì)DNA復(fù)制的推想及DNA半保留復(fù)制的試驗(yàn)證據(jù)基礎(chǔ)學(xué)問·雙基夯實(shí)1．對(duì)DNA復(fù)制的推想(1)半保留復(fù)制Ⅰ.提出者：_沃森和克里克__。Ⅱ.假說：a．解旋：DNA復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋解開，互補(bǔ)的堿基之間的_氫鍵__斷裂。b．復(fù)制：解開的_兩條單鏈__分別作為復(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。Ⅲ.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__。(2)全保留復(fù)制DNA復(fù)制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。一個(gè)DNA分子復(fù)制的結(jié)果是得到一個(gè)_子代DNA____，一個(gè)_親代DNA__。2．DNA半保留復(fù)制的試驗(yàn)證據(jù)試驗(yàn)方法：_同位素標(biāo)記__技術(shù)和離心技術(shù)?；顋學(xué)|巧|練1．沃森和克里克以大腸桿菌為材料，運(yùn)用同位素標(biāo)記技術(shù)證明DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制。(×)2．證明DNA為半保留復(fù)制的探討過程中運(yùn)用了假說—演繹法。(√)合|作|探|究閱讀教材P54思索·探討內(nèi)容，思索并回答以下問題：1．試驗(yàn)假設(shè)：DNA以_半保留__的方式復(fù)制。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的密度_居中__。3．試驗(yàn)過程：用含有_15NH4Cl__的培育液培育大腸桿菌，標(biāo)記大腸桿菌的DNA→將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有_14NH4Cl__的培育液中→不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取_DNA__，將提取的DNA進(jìn)行離心處理。4．演繹推理：假設(shè)DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制，預(yù)期試驗(yàn)結(jié)果。(1)馬上取出，提取DNA，離心，獲得_15N/15N－DNA__。(2)繁殖一代，提取DNA，離心，獲得_15N/14N－DNA__。(3)繁殖二代，提取DNA，離心，獲得_15N/14N－DNA和14N/14N－DNA__。5．試驗(yàn)結(jié)果：(1)提取親代DNA→離心→位置靠近試管_底部__。(2)繁殖一代后，提取DNA→離心→位置_居中__。(3)繁殖二代后，提取DNA→離心→1/2位置_居中__,1/2位置_更靠上__。6．試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制的預(yù)期結(jié)果一樣，說明DNA的復(fù)制是以_半保留__的方式進(jìn)行的。7．若將培育后第三代大腸桿菌的DNA提取后進(jìn)行離心，則靠近試管底部、位置居中和靠近試管的上部的DNA數(shù)之比為_0∶2∶6__。8．假設(shè)DNA復(fù)制方式是全保留復(fù)制，預(yù)期試驗(yàn)結(jié)果：(1)馬上取出，提取DNA，離心，獲得15N/15N－DNA。(2)繁殖一代，提取DNA，離心，獲得_15N/15N－DNA和14N/14N－DNA__。(3)繁殖二代，提取DNA，離心，獲得_15N/15N－DNA和14N/14N－DNA__。歸|納|提|升假說—演繹法分析DNA半保留復(fù)制的試驗(yàn)(1)假說：DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制。(2)演繹推理(3)試驗(yàn)結(jié)果(4)試驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制。典例1如圖所示是探討DNA復(fù)制方式的試驗(yàn)，依據(jù)這些試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的推論，正確的是(B)菌種：大腸桿菌培育條件與方法：(1)在含15NH4Cl的培育基中培育若干代，使DNA均被15N標(biāo)記(甲圖)；(2)轉(zhuǎn)至含14NH4Cl的培育基中培育，每30分鐘繁殖一代；(3)取出每代DNA樣本，并離心。①丙是轉(zhuǎn)入含14NH4Cl培育基中繁殖一代的結(jié)果②乙是轉(zhuǎn)入含14NH4Cl培育基中繁殖二代的結(jié)果③出現(xiàn)丁的結(jié)果至少須要60分鐘④戊圖表示復(fù)制三代后不再具有15N標(biāo)記的DNAA．①④ B．①③C．②③ D．①②③解析：由于DNA分子是半保留復(fù)制，而丙中全為中帶，所以丙是轉(zhuǎn)入14NH4Cl培育基中復(fù)制一代的結(jié)果，①正確；乙中是eq\f(1,2)重帶、eq\f(1,2)中帶，而DNA分子是半保留復(fù)制，所以復(fù)制后不行能有全重帶的DNA存在，②錯(cuò)誤；丁中是eq\f(1,2)中帶、eq\f(1,2)輕帶，說明DNA已復(fù)制兩次，而復(fù)制一次須要30分鐘，所以出現(xiàn)丁的結(jié)果至少須要60分鐘，③正確；戊中全為輕帶，表示不具有15N標(biāo)記的DNA，而DNA分子是半保留復(fù)制，15N標(biāo)記的DNA始終存在，④錯(cuò)誤。綜上所述，B正確。變式訓(xùn)練?(2024·重慶十九中月考)DNA的復(fù)制方式可能是半保留復(fù)制、全保留復(fù)制、分散復(fù)制。如圖為科學(xué)家采納同位素標(biāo)記技術(shù)，利用大腸桿菌探究DNA的復(fù)制方式，下列敘述正確的是(D)A．比較試管①和②的結(jié)果即可證明DNA復(fù)制為半保留復(fù)制B．若DNA為半保留復(fù)制方式，則試管③中有輕帶和重帶兩條帶，寬度比例為1∶1C．可用噬菌體代替大腸桿菌進(jìn)行該試驗(yàn)，且提取DNA更便利D．大腸桿菌在含有15NH4Cl的培育液中生長(zhǎng)若干代，大腸桿菌DNA的雙鏈可能都含有15N解析：比較試管①和②的結(jié)果，試管中DNA帶分別為重帶和中帶，半保留復(fù)制和分散復(fù)制，子一代DNA帶都是中帶，所以不能證明DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，A錯(cuò)誤；若DNA為半保留復(fù)制方式，則試管②DNA帶為中帶，試管③中DNA帶應(yīng)有輕帶和中帶兩條帶，B錯(cuò)誤；噬菌體是病毒，沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不能在培育液中獨(dú)立生活和繁殖，因而不能代替大腸桿菌進(jìn)行試驗(yàn)，C錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)和核酸等物質(zhì)都含有N，所以大腸桿菌在含有15NH4Cl的培育液中生長(zhǎng)若干代，大腸桿菌的DNA的雙鏈可能都含有15N，D正確。二、DNA復(fù)制的過程基礎(chǔ)學(xué)問·雙基夯實(shí)1．概念：以_親代DNA__為模板合成_子代DNA__的過程。2．發(fā)生時(shí)間：細(xì)胞分裂前的_間期__(在真核生物中)。3．場(chǎng)所(1)真核生物：主要在_細(xì)胞核__內(nèi)，_線粒體__和_葉綠體__內(nèi)也可以進(jìn)行。(2)原核生物：主要在_擬核__。(3)DNA病毒：活的宿主細(xì)胞內(nèi)。4．復(fù)制過程5．結(jié)果：形成兩個(gè)_完全相同__的DNA分子。6．特點(diǎn)(1)_邊解旋邊復(fù)制__。(2)_半保留__復(fù)制。7．精確復(fù)制的緣由(1)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。(2)通過_堿基互補(bǔ)配對(duì)__，保證了復(fù)制能夠精確地進(jìn)行。8．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__?；顋學(xué)|巧|練1．DNA復(fù)制時(shí)新合成的兩條鏈堿基排列依次相同。(×)2．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解旋后，起先DNA的復(fù)制。(×)3．單個(gè)脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。(×)4．解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均為氫鍵。(×)合|作|探|究如圖為真核細(xì)胞DNA復(fù)制過程的模式圖，據(jù)圖回答相關(guān)問題：1．據(jù)圖可知，DNA聚合酶使兩條子鏈從_5′__－端到_3′__－端進(jìn)行合成。2．合成的兩條子鏈間堿基排列依次是_互補(bǔ)__的。3．DNA復(fù)制過程中，解旋酶的作用是_將DNA雙螺旋的兩條鏈解開__；DNA聚合酶的作用是_將單個(gè)的脫氧核苷酸連接到3′－端__。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單鏈、含14N的DNA單鏈各是多少？提示：含15N的DNA有2個(gè)，含14N的DNA有4個(gè)，含15N的DNA單鏈有2條，含14N的DNA單鏈有6條。5．DNA分子復(fù)制具有精確性，那么在任何狀況下，DNA分子復(fù)制產(chǎn)生的子代DNA分子與親代DNA分子都完全相同嗎？為什么？提示：不肯定。DNA分子復(fù)制時(shí)，會(huì)受到各種因素的干擾，堿基序列可能會(huì)發(fā)生變更，從而使子代DNA分子與親代DNA分子堿基序列不同，導(dǎo)致遺傳信息發(fā)生變更。歸|納|提|升DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方向(1)原核生物：?jiǎn)纹瘘c(diǎn)雙向復(fù)制(2)真核生物：多起點(diǎn)雙向復(fù)制在復(fù)制速率相同的前提下，圖中DNA是從其最右邊起先復(fù)制的，這種復(fù)制方式提高了DNA復(fù)制的效率。典例2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(B)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(duì)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．解旋酶能使雙鏈DNA解開，并且不須要消耗ATPD．兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個(gè)新的DNA分子解析：酶①是解旋酶作用于氫鍵，酶②是DNA聚合酶催化脫氧核苷酸的連接，A項(xiàng)錯(cuò)誤；解旋酶能使雙鏈DNA解開，并且須要消耗ATP供應(yīng)能量，C項(xiàng)錯(cuò)誤；新的子鏈與母鏈通過氫鍵形成一個(gè)新的DNA分子，D項(xiàng)錯(cuò)誤。變式訓(xùn)練?(2024·河南鄭州期末)下圖為DNA復(fù)制過程示意圖，下列有關(guān)敘述正確的是(D)A．根尖細(xì)胞中，DNA復(fù)制過程都發(fā)生于細(xì)胞核內(nèi)B．該過程以4種核糖核苷酸為原料C．酶1可使磷酸二酯鍵斷開，酶2可催化磷酸二酯鍵的形成D．a(chǎn)鏈與c鏈的堿基序列相同解析：DNA復(fù)制主要在細(xì)胞核中進(jìn)行，此外在根尖細(xì)胞的線粒體中也能進(jìn)行，A錯(cuò)誤；該過程表示DNA分子的復(fù)制，以4種脫氧核糖核苷酸為原料，B錯(cuò)誤；酶1表示的是解旋酶，解旋酶的作用是使氫鍵斷裂，酶2表示DNA聚合酶，可催化磷酸二酯鍵的形成，C錯(cuò)誤；DNA分子中兩條鏈反向平行回旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)，依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，a鏈和c鏈均與d鏈堿基互補(bǔ)，因此a鏈與c鏈的堿基序列相同，D正確。假設(shè)將一個(gè)全部被15N標(biāo)記的雙鏈DNA分子(親代)轉(zhuǎn)移到含14N的培育液中培育n代，結(jié)果如下：從圖中可以得到如下規(guī)律：(1)DNA分子數(shù)①子n代DNA分子總數(shù)為2n個(gè)。②含15N的DNA分子數(shù)為2個(gè)。③含14N的DNA分子數(shù)為2n個(gè)。④只含15N的DNA分子數(shù)為0個(gè)。⑤只含14N的DNA分子數(shù)為(2n－2)個(gè)。(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)①子代DNA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)①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，經(jīng)過n次復(fù)制需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)為m·(2n－1)個(gè)。②若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，在第n次復(fù)制時(shí)，需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)為m·2n－1個(gè)。典例3某未被32P標(biāo)記的DNA分子含有1000個(gè)堿基對(duì)，其中鳥嘌呤300個(gè)，將該DNA分子置于含32P的培育基中連續(xù)復(fù)制3次。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(C)A．全部子代DNA分子都含32PB．含32P的子代DNA分子中，可能只有一條鏈含32PC．第三次復(fù)制過程中須要消耗腺嘌呤脫氧核苷酸4900個(gè)D．子代DNA分子中不含32P的脫氧核苷酸鏈占總鏈數(shù)的1/8解析：一個(gè)DNA分子中含有腺嘌呤數(shù)＝1000－300＝700(個(gè))，則第三次復(fù)制過程中須要消耗腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)＝700×(23－22)＝2800(個(gè))，C錯(cuò)誤。1．下列有關(guān)探究DNA復(fù)制過程的敘述，不正確的是(C)A．本試驗(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．密度梯度離心后，DNA在試管中的位置與相對(duì)分子質(zhì)量無關(guān)D．本試驗(yàn)結(jié)果說明白DNA具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)解析：探究DNA復(fù)制的試驗(yàn)是利用同位素15N標(biāo)記親代細(xì)胞的DNA，使其在含14N的培育液中連續(xù)分裂兩次(在分裂前的間期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)行密度梯度離心，DNA在試管中的位置取決于DNA分子所含同位素的狀況，即相對(duì)分子質(zhì)量的大?。辉囼?yàn)結(jié)果說明白DNA具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)。2．細(xì)菌在含有15N的培育基中繁殖數(shù)代后，使細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再移入含有14N的培育基中培育，提取其子代的DNA經(jīng)密度梯度離心后，可能出現(xiàn)如圖①～⑤的結(jié)果，下列敘述錯(cuò)誤的是(A)A．第一次分裂的子代DNA應(yīng)為⑤B．其次次分裂的子代DNA應(yīng)為①C．第三次分裂的子代DNA應(yīng)為③D．親代的DNA應(yīng)為⑤解析：親代是被15N標(biāo)記的雙鏈DNA(15N/15N－DNA)，分布于試管底部，經(jīng)第一次復(fù)制所形成的子代DNA中均有一條被15N標(biāo)記的母鏈，有一條被14N標(biāo)記的子鏈(15N/14N－DNA)，分布于試管中部，應(yīng)如題圖②所示。3．一個(gè)被15N標(biāo)記的DNA分子，以含14N的4種脫氧核苷酸為原料，連續(xù)復(fù)制3次，則含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是(D)A．1/2 B．1/4C．1/6 D．1/8解析：DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制，連續(xù)復(fù)制3次形成8個(gè)DNA分子，含15N的脫氧核苷酸鏈只有2條，則其占全部脫氧核苷酸鏈的比例是2/16＝1/8，D項(xiàng)正確。學(xué)|霸|記|憶1．半保留復(fù)制是指新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來D