
概述DNA分子通過半保留方式進行復制
1.通過DNA的復制,認同生命的延續(xù)與發(fā)展觀;理解遺傳信息,認同DNA的遺傳物質觀。(生命觀念)
2.分析DNA復制過程,歸納DNA復制過程中相關數(shù)量計算,提高邏輯分析和計算能力。(科學思維)
3.運用假說—演繹法,探究DNA半保留復制。(科學探究)
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,難道我們真的永遠無法再看到他了嗎?一些生命復制技術專家相信,起死回生的復制技術成真只是時間上的問題而已。要實現(xiàn)復制人的夢想,必須對DNA進行復制。
請思考:(1)什么是DNA的復制?(2)DNA復制需要哪些條件?
學習主題一 對DNA復制的推測
任務一 科學家在研究DNA的復制方式時,提出了兩種復制模式:全保留復制和半保留復制(如圖所示)
請據(jù)圖回答問題:
1.用什么技術區(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帶有同位素的情況?
3.若DNA復制的方式為全保留復制,上述實驗結果會怎樣?
任務二 在DNA復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?
任務三 DNA的復制為什么需要適宜的溫度和pH?
任務四 如果將DNA分子的兩條鏈用15N標記,轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng),復制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?
【重點筆記】
易錯提醒
(1)該實驗在探究過程中使用的方法是假說—演繹法。
(2)在實驗過程中一定要注意提取DNA的時間,應以大腸桿菌繁殖一次所用的時間為間隔。
1.對DNA復制的推測
2.DNA半保留復制的實驗證據(jù)分析
(1)實驗方法:同位素標記法和密度梯度離心法。
(2)實驗原理: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)實驗假設:DNA以半保留的方式復制。
(4)實驗預期:離心后應出現(xiàn)2條DNA帶。
①中帶(密度居中):一條鏈為14N標記,另一條鏈為15N標記的子代雙鏈DNA。
②輕帶(密度最小):兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA。
(5)實驗過程
(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)實驗結論:DNA的復制是以半保留方式進行的。
1.(合格考)下列有關探究DNA復制過程的說法,不正確的是( )
A.實驗利用了同位素標記法
B.細胞有絲分裂一次意味著DNA復制一次
C.密度梯度離心后,DNA在試管中的位置與相對分子質量無關
D.實驗結果說明了DNA具有半保留復制的特點
2.(合格考)細菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后,細菌DNA的含氮堿基皆含有15N,然后再將其移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng),抽取親代及子代的DNA離心分離,下圖①~⑤為可能的結果,下列敘述錯誤的是( )
A.子一代DNA應為②
B.子二代DNA應為①
C.子三代DNA應為④
D.親代的DNA應為⑤
3.(等級考)(不定項)“探究DNA的復制過程”實驗中,科學家設計了以NH4Cl為氮源培養(yǎng)大腸桿菌的同位素示蹤實驗,下列敘述正確的是( )
A.可先將大腸桿菌放入以15NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)
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直接做密度梯度離心,無需破碎細胞處理
D.分析子一代與子二代的離心結果可得出DNA分子的復制方式
學習主題二 DNA的復制
任務一 閱讀教材P55~56,結合圖3-10,探究下列問題:
1.DNA復制時有幾條模板鏈?新合成的DNA中的兩條鏈全是子鏈嗎?
2.DNA復制時,用什么方法識別DNA中哪一條鏈是母鏈,哪一條鏈是子鏈?DNA復制所形成的子代DNA是否是親代DNA鏈和子代DNA鏈隨機結合的?
3.若在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的復制?并分析其原因。
4.若1個DNA含有m個腺嘌呤,則復制n次需要多少游離的腺嘌呤脫氧核苷酸?
5.DNA復制具有準確性,那么在任何情況下,DNA復制產(chǎn)生的子代DNA與親代DNA都完全相同嗎?
任務二 根據(jù)圖1、圖2見【圖文聯(lián)動】思考下列問題:
1.圖1中進行的是什么過程?發(fā)生的時期和場所是什么?
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?a、b、c、d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復制是半保留復制?為什么?圖1所示的特點還有什么?可用什么方法檢測母鏈和子鏈?
4.DNA復制受到各種外界因素的干擾時,堿基序列會發(fā)生變化嗎?
任務三 如圖為真核生物染色體上DNA復制過程的示意圖,請據(jù)圖分析DNA復制效率較高的原因。
eq \(\s\up7(),\s\d5(DNA復制過程圖解))
任務二圖示
1.全面理解DNA的復制
(1)DNA復制的場所:主要是在細胞核。
真核生物:細胞核、線粒體、葉綠體,其中主要場所是細胞核。
原核生物:擬核、細胞質(如質粒的復制)。
病毒:宿主細胞內。
(2)真核生物細胞核中DNA復制發(fā)生的時間:在體細胞中發(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的位置及分開時間:復制產(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后期著絲粒分裂時分開,分別進入兩個子細胞中。
(5)DNA復制的方向:
5′-端→3′-端
2.DNA復制的有關計算
將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng),復制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次復制需要消耗該脫氧核苷酸m(2n-1)個;第n次復制,消耗該脫氧核苷酸數(shù)為m·2n-1個。
【重點筆記】
1.巧記DNA的復制——“一所,兩期,三步,四條件”
“一所”是指復制的場所主要是細胞核;“兩期”是指復制的時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。
2.DNA復制相關計算時四個易錯點
(1)復制次數(shù):“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區(qū)別:前者包括所有的復制,后者只是最后一次復制。
(2)堿基數(shù)目:注意堿基的數(shù)目單位是“對”還是“個”。
(3)復制模板:在DNA復制過程中,無論復制了幾次,含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA都只有兩個。
(4)關鍵詞語:看清是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”,“含”還是“只含”等關鍵詞。
1.(合格考)下圖為某真核細胞中DNA復制過程模式圖,下列分析正確的是( )
A.酶①和酶②均作用于氫鍵
B.該過程的模板鏈是a、d鏈
C.該過程中的c、d鏈結構相同
D.DNA的復制是半保留復制
2.(合格考)下列關于真核細胞中DNA復制的敘述,錯誤的是( )
A.子鏈的延伸方向是5′→3′
B.復制過程不需要能量的驅動
C.復制主要發(fā)生在細胞核中
D.復制是邊解旋邊復制的過程
3.(等級考)如圖為真核生物染色體上DNA分子復制過程示意圖,有關敘述錯誤的是( )
A.圖中DNA分子復制是從多個起點同時開始的
B.圖中DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的
C.真核生物DNA分子復制過程中解旋酶作用于氫鍵
D.真核生物的這種復制方式提高了復制速率
4.(等級考)(不定項)用一個32P標記的噬菌體侵染在31P環(huán)境中培養(yǎng)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提供原料和酶等
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31P
D.噬菌體DNA第4次復制共需要8(m-n)個腺嘌呤脫氧核苷酸
1.下列關于人體細胞內DNA復制的敘述,錯誤的是( )
A.主要在細胞核內復制
B.復制以兩條DNA母鏈為模板
C.復制以4種核糖核苷酸為原料
D.DNA復制會消耗能量
2.某DNA的兩條鏈均被3H標記,將該DNA在不含標記元素的環(huán)境中連續(xù)復制兩次,則所形成的4個子代DNA分子為( )
3.下列關于DNA復制過程的順序,正確的是( )
①互補堿基對之間氫鍵斷裂 ②互補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行堿基互補配對
⑤子鏈與母鏈盤繞成雙螺旋結構
A.①③④②⑤
B.③①⑤④②
C.①④②⑤③
D.③①④②⑤
4.在氮源為14N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌,其DNA分子均為14N-DNA(對照);在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌,其DNA分子均為15N-DNA(親代)。將親代大腸桿菌轉移到含14N的培養(yǎng)基上,再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ),用某種離心方法分離得到的結果如下圖所示:
請分析回答:
(1)由實驗結果可推測第一代(Ⅰ)細菌DNA分子中一條鏈含________,另一條鏈含________。
(2)將第一代(Ⅰ)細菌轉移到含15N的培養(yǎng)基上繁殖一代,將所得到細菌的DNA用同樣方法分離,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出。
(3)若將15N-DNA(親代)的大腸桿菌在14N培養(yǎng)基上連續(xù)復制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 eq \f(A+G,T+C) =1.5,此比例在其互補鏈中的比值是________;在整個DNA分子中的比值是________。以該單鏈為模板合成的子代DNA分子中,A+G的總含量占________。
教材第53頁?【問題探討】
1.提示:半保留復制。
2.提示:不確定性;嚴謹性。
教材第54頁?【思考·討論】
1.15N/14N-DNA 1/214N/14N-DNA
1/215N/14N-DNA
2.第一代出現(xiàn)的結果是1/214N/14N-DNA、1/215N/15N-DNA;第二代出現(xiàn)的結果是3/414N/14N-DNA、1/415N/15N-DNA。
教材第55頁?【旁欄思考題】
全保留復制。
教材第56頁?【練習與應用】
一、概念檢測
1.(1)× DNA的復制隨著染色體的復制而完成。
(2)× DNA的復制發(fā)生在細胞分裂前的間期。
2.B DNA復制主要發(fā)生在真核生物的細胞核內,另外線粒體、葉綠體及原核生物的擬核等也可發(fā)生復制,A錯誤;堿基互補配對原則保證了復制的準確性,B正確;1個DNA分子復制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的復制是從多個起點開始的,這種復制方式提高了復制速率。
第3節(jié) DNA的復制
夯基提能·分層突破
學習主題一
【任務驅動】
任務一
1.提示:同位素標記技術。
2.提示:對DNA進行離心,觀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。
任務二
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。
任務三
提示:因為DNA復制過程需要酶的參與,而酶的活性受溫度和pH的影響。
任務四
提示:2個、4個、2條、6條。
【過程評價】
1.解析:探究DNA復制的實驗中,用15N標記親代細胞的DNA,在含14N的培養(yǎng)液中連續(xù)分裂兩次(在每次分裂前的間期DNA都復制一次),分別取分裂一次和分裂兩次的細胞DNA,進行密度梯度超速離心,DNA在試管中的位置取決于DNA所含同位素的情況,即相對分子質量的大小。實驗結果說明了DNA具有半保留復制的特點。
答案:C
2.解析:親代DNA全為15N,應為⑤,復制一次后,DNA一條鏈為15N,一條鏈為14N,應為②;復制兩次后形成4個DNA,其中2個全為14N,2個是一條鏈為15N,一條鏈為14N,應為①;復制三次后形成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錯誤。
答案:C
3.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為唯一氮源的培養(yǎng)液中獲得雙鏈被15N標記的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;需要將每一代大腸桿菌破碎,釋放出DNA分子進行密度梯度離心,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分子的復制方式是半保留復制,D正確。
答案:ABD
學習主題二
【任務驅動】
任務一
1.提示:①兩條模板鏈。②不是,是一條母鏈和一條子鏈。
2.提示:①同位素標記法。②不是,是親代DNA鏈與其互補的子鏈結合形成的子代DNA。
3.提示:不能。復制條件不完全,缺少DNA聚合酶等。
4.提示:m·(2n-1)個。因為1個DNA復制n次,共形成2n個DNA,其中有兩條脫氧核苷酸鏈為母鏈,不需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸。
5.提示:不一定。DNA復制時,會受到各種因素的干擾,堿基序列可能會發(fā)生改變,從而使后代DNA與親代DNA堿基序列不同,導致遺傳信息發(fā)生改變。
任務二
1.提示:DNA復制;有絲分裂前的間期和減數(shù)分裂Ⅰ前的間期。真核生物DNA復制的場所有細胞核、線粒體、葉綠體;原核生物DNA復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的堿基排列順序相同,b和d的堿基排列順序相同。
3.提示:可以,因為兩條母鏈進入到兩個子代DNA中,新形成的子代DNA中只有一條鏈是親代的母鏈。圖中還能看出DNA是邊解旋邊復制的;可采用同位素標記法檢測母鏈和子鏈。
4.提示:堿基序列可能會發(fā)生改變,使后代DNA與親代DNA不同,遺傳信息也發(fā)生改變。
任務三
提示:(1)從多個起點開始進行復制;(2)邊解旋邊復制;(3)每個起點都是同時向兩個方向進行復制。
【過程評價】
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,B、C錯誤;DNA的復制是半保留復制,D正確。
答案:D
2.解析:DNA復制時,DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,而只能從引物的3′端延伸DNA鏈,因此DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸,A正確;復制過程需要消耗能量,需要能量的驅動,B錯誤;真核細胞中DNA主要分布在細胞核中,因此復制主要發(fā)生在細胞核中,C正確;DNA的邊解旋邊復制是DNA復制的特點,即復制是邊解旋邊復制的過程,D正確。
答案:B
3.解析:分析題圖可知,圖中的三個復制起點復制的DNA片段的長度不同,圈比較大的表示復制開始的時間較早,因此DNA分子復制的起始時間不同,A錯誤;DNA分子的復制過程是邊解旋邊復制的,B正確;DNA分子的復制首先要在解旋酶的作用下使雙鏈間的氫鍵斷裂,C正確;真核生物的DNA分子復制具有多個起點,這種復制方式加速了復制進程,提高了復制速率,D正確。
答案:A
4.解析:噬菌體侵染細菌時,只有DNA進入細菌并作為模板控制子代噬菌體的合成,其DNA的復制及表達需要大腸桿菌提供原料、酶和ATP等,A正確;DNA上有m個堿基對,其中胞嘧啶有n個,T有(m-n)個,因此氫鍵個數(shù)=2(m-n)+3n=(2m+n)個,B正確;子代噬菌體中有16個含31P,C錯誤;噬菌體DNA第4次復制共需要腺嘌呤脫氧核苷酸=(m-n)·24-1=8(m-n)個,D正確。
答案:ABD
高效課堂·實踐運用
1.解析:由于DNA主要分布在細胞核內,所以DNA的復制主要發(fā)生在細胞核內,A正確;DNA復制時分別以兩條鏈為模板進行復制,B正確;DNA的基本組成單位為脫氧核苷酸,所以復制時以4種脫氧核苷酸為原料,C錯誤;DNA復制時需消耗能量(ATP),D正確。
答案:C
2.解析:DNA是半保留復制,一個雙鏈均被3H標記的DNA復制兩次后形成的4個DNA中,只有兩個DNA被3H標記。
答案:C
3.解析:DNA復制的基本過程是:解旋→合成子鏈→雙鏈螺旋化,在解旋時互補堿基對之間的氫鍵斷裂,在合成子鏈時形成新的氫鍵。
答案:D
4.答案:(1)14N 15N
(2)如圖
(3)0∶2∶6 2∶16(或1∶8)
(4)2/3 1 50%
假說
遺傳物質自我復制的假說
提出者
沃森和克里克
內容
(1)解旋:DNA復制時,DNA的雙螺旋解開,配對堿基之間的氫鍵斷裂。
(2)復制:以解開的兩條母鏈作為復制的模板,游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補配對原則,通過形成氫鍵結合到作為模板的單鏈上
特點
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,是半保留復制
網(wǎng)絡建構
主干落實
1.DNA復制需要DNA模板、4種脫氧核苷酸原料以及酶和能量。
2.DNA復制的特點是邊解旋邊復制和半保留復制。
3.DNA獨特的雙螺旋結構,為復制提供了精確的模板;通過堿基互補配對,保證了復制能夠準確地進行。
4.DNA通過復制,保持了遺傳信息的連續(xù)性。
這是一份生物必修2《遺傳與進化》第4節(jié) 基因通常是有遺傳效應的DNA片段學案,共12頁。學案主要包含了思考·討論,重點筆記,圖文聯(lián)動,問題探討,練習與應用,任務驅動,過程評價等內容,歡迎下載使用。
這是一份生物必修2《遺傳與進化》第2節(jié) DNA的結構導學案及答案,共18頁。學案主要包含了重點筆記,問題探討,思考·討論,探究·實踐,練習與應用,任務驅動,過程評價等內容,歡迎下載使用。
這是一份必修2《遺傳與進化》第1節(jié) DNA是主要的遺傳物質學案,共29頁。學案主要包含了重點筆記,問題探討,思考·討論,練習與應用,任務驅動,過程評價等內容,歡迎下載使用。
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