1、第二課時 DNA分子的復制 目標導航 預習導引 1 .說出DNA分子的復制過程。 2 .記住DNA分子復制的特點。 3 .解釋米西爾森和斯塔爾證明DNA分子復制方式的實驗。 目標導航 預習導引 一、DNA復制的含義 1 .含義:以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。 2 .時期:細胞有絲分裂間期和減數第一次分裂間期 。 3 .場所:對真核細胞而言,主要在細胞核,細胞質中也有。 目標導航 預習導引 預習交流交流 (1)回憶細胞有絲分裂和減數分裂的過程,說出分裂間期染色體(質)的主要行為和變化。 提示:分裂間期染色體進行復制(包括DNA分子的復制和有關蛋白質的合成),由不含染色單體的染色

2、體變成含2條染色單體的染色體。 (2)你能用一句話概述DNA分子復制與細胞分裂的關系嗎? 提示:DNA分子的復制是細胞分裂的前提和基本條件。 目標導航 預習導引 二、DNA復制方式的探究 1 .方法 同位素標記法和密度梯度離心技術。 2 .原理 含N的雙鏈DNA密度最大,含N 的雙鏈DNA密度最小,一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA分子密度中等。 3 .過程 (1)用同位素15N標記大腸桿菌的DNA。 (2)將被標記的大腸桿菌轉入以含N物質為唯一氮源的培養液中培養。 (3)分別取完成一次細胞分裂和兩次細胞分裂的大腸桿菌,并將其中的DNA分子分離出來,進行密度梯度超速離心和分析。 141

3、514目標導航 預習導引 4.結果 不同DNA分子占全部DNA分子之DNA分子離心后在管中的位置 比 含14N、 只含15N的DNA分子 15不同脫氧核苷酸鏈占全部鏈之比 世 代 N的 只含14N的DNA分子 含15N 的鏈 含14N 的鏈 DNA分子 親代 1 全在下部 1 0 0 1 1 21 21 40 1 23 4全在中部 12120 1 1 20 2 中部, 上部 0 目標導航 預習導引 5.結論 DNA的復制方式為半保留復制。 目標導航 預習導引 三、DNA復制過程 解旋合成子鏈形成子代DNA。 四、DNA復制特點 1 .DNA復制是一個邊解旋邊復制的過程。 2 .由于新合成的DN

4、A分子中,都保留了原DNA的一條鏈,因此,這種復制叫半保留復制。 五、DNA復制條件 DNA分子復制需要的模板是兩條已解開螺旋的DNA單鏈;原料是游離的四種脫氧核苷酸;能量是ATP;還需要酶的催化。 目標導航 預習導引 六、DNA準確復制的原因和意義 1 .原因 (1)DNA分子獨特的雙螺旋結構為復制提供了精確的模板。 (2)通過堿基互補配對,保證了復制能夠精確地進行。 2 .意義 保證了親代與子代之間遺傳信息的連續性。 預習交流交流 哪些生物細胞能進行DNA復制? 提示:進行DNA復制的細胞只能是具有分裂能力的細胞,包括單細胞生物、多細胞生物的分生組織等。 問題導學 當堂檢測 一、DNA分子

5、的復制方式的實驗探究 活動與探究 閱讀第71頁的“ 積極思維”,思考下列問題。 1 .用關鍵詞和流程圖表示實驗的步驟。 提示:標記培養基培養細菌提取DNA樣品密度梯度離心檢測和比較。 2 .科學家曾對DNA分子的復制方式作出了 “ 全保留復制” 的假設(即兩個子代DNA分子中,一個DNA的兩條鏈都是母鏈,而一個DNA的兩條鏈都是新合成的子鏈),對子一代DNA的檢測結果是支持 “ 全保留復制” 還是否定“ 全保留復制”?為什么? 提示:否定“ 全保留復制”,因為如為“ 全保留復制” 會出現1/2的重鏈帶和1/2的輕鏈帶,不會出現雜合鏈帶。 問題導學 當堂檢測 3 .離心處理后,為什么子一代DNA

6、只有雜合鏈帶? 提示:因為復制時DNA的兩條鏈均作模板,每一條母鏈與新合成的子鏈盤旋成雙螺旋結構。由于母鏈中的氮元素均為15N,而子鏈中的氮元素均為N,所以子一代DNA只有雜合鏈。 4 .離心處理后,子二代DNA出現了什么情況?說明什么? 提示:離心處理后,子二代DNA出現了兩種情況:輕鏈帶和雜合鏈帶。 說明DNA復制時兩條鏈均作模板,每一個子二代DNA分子中都有一條母鏈和一條新合成的子鏈,即DNA分子的復制方式為半保留復制。 14問題導學 當堂檢測 遷移與應用 把用N標記的某精原細胞培養在含N的特殊培養液中,在四分體時期每條染色體的狀況是( )。 A.兩條染色單體均不含N B.兩條染色單體均

7、含N C.兩條染色單體均不含15N D.一條染色單體只含N,另一條染色單體只含N 解析:每條染色單體含1個雙鏈DNA分子,由于DNA分子進行半保留復制,所以構成每條染色單體DNA分子的兩條鏈中1條為母鏈(含15151415141514N),1條鏈為新合成鏈(含N)。 答案:B 14問題導學 當堂檢測 DNA分子的復制方式的實驗探究 1 .實驗方法 探究DNA分子的復制方式,采用的是同位素示蹤技術和離心處理,根據試管中DNA的分布位置確定復制方式。 2 .有關DNA分子的復制方式的推測 (1)全保留復制模型:作為模板的DNA的兩條母鏈分開,分別復制形成兩條DNA子鏈,此后兩條母鏈彼此結合,恢復原

8、狀,新合成的兩條子鏈彼此互補結合形成一條新的雙鏈DNA分子。 問題導學 當堂檢測 (2)分散復制模型:親代DNA雙鏈被切成雙鏈片段,而這些片段又可以作為新合成雙鏈片段的模板,新、 老雙鏈又以某種方式聚集成“ 雜種鏈” 。 (3)半保留復制:在復制過程中,原來雙螺旋的兩條鏈并沒有被破壞,它們分成單獨的鏈,每一條舊鏈作為模板再合成一條新鏈,這樣在新合成的兩個雙螺旋分子中,每個分子中都有一條舊鏈和一條新鏈。 問題導學 當堂檢測 3.實驗過程 問題導學 當堂檢測 第一步:將大腸桿菌放在含有15N的培養基中生長,獲得實驗用的親代細菌,使親代的DNA雙鏈都標記上15N(兩條鏈均為重鏈),提取DNA進行Cs

9、Cl梯度離心,結果只有一條重帶。 1514第二步:將雙鏈均被N標記的親代DNA放在含N的培養基中生長,讓其再繁殖一代,取子代的DNA進行CsCl梯度離心,實驗結果顯示1514離心管中出現一條中帶(一條鏈含N,另一條鏈含N)。 14第三步:將第二步所得到的大腸桿菌放入含N的培養基中培養,得到子二代,然后提取DNA進行CsCl梯度離心,實驗結果是離心管中有142條帶,即一條輕帶(兩條鏈都含N),另一條為中帶。 4.實驗結論:DNA分子的復制具有半保留復制的特點。 問題導學 當堂檢測 二、DNA分子的復制的過程、特點、條件、結果 活動與探究 1 .在真核生物細胞中,除細胞核外,哪些場所還可進行DNA

10、分子的復制? 提示:線粒體和葉綠體。 2 .DNA分子的復制過程需要哪些酶的參與?這些酶各起什么作用? 提示:解旋酶、DNA聚合酶;解旋酶催化氫鍵的斷開,DNA聚合酶催化磷酸二酯鍵的形成。 3 .結合影響酶活性的條件,分析哪些外界條件會影響DNA分子的復制過程。 提示:溫度、pH等。 問題導學 當堂檢測 4 .總結DNA分子順利復制需要的基本條件。 提示:(1)模板:親代DNA的兩條鏈; (2)原料:四種脫氧核苷酸; (3)酶:解旋酶、DNA聚合酶等; (4)能量:ATP。 5 .用關鍵詞和流程圖表示DNA分子的復制的大致過程。 提示:解旋合成子鏈子鏈與母鏈盤繞成雙螺旋。 6 .分析DNA分子

11、準確復制的原因。 提示:(1)DNA分子獨特的雙螺旋結構提供了精確的模板。 (2)通過堿基互補配對保證了復制的準確進行。 問題導學 當堂檢測 7.DNA分子具有半保留復制、邊解旋邊復制等特點,你能圖示DNA分子的半保留復制嗎? 提示: 問題導學 當堂檢測 遷移與應用 下列關于DNA分子的復制的敘述,正確的是( )。 A.復制均在細胞核內進行 B.復制僅發生在有絲分裂的間期 C.復制過程是先解旋后復制 D.堿基互補配對保證了復制的準確性 解析:DNA分子的復制既發生在細胞核內,又發生在線粒體、葉綠體、原核生物的擬核內,A錯誤。DNA分子的復制發生在細胞有絲分裂的間期和減數第一次分裂的間期,B錯誤

12、。DNA分子的復制過程是邊解旋邊復制,C錯誤。DNA分子的復制過程有堿基互補配對,保證了DNA分子的復制準確無誤地進行,D正確。 答案:D 問題導學 當堂檢測 盤點DNA分子的復制 復制的機理 復制的場所 模板 復制的基本條件 原料 能量 酶 復制的特點 復制的意義 堿基互補配對原則 真核細胞:細胞核(主要)、線粒體、葉綠體;原核細胞:擬核、細胞質;病毒:宿主細胞 親代DNA的兩條鏈 四種游離的脫氧核苷酸 ATP 解旋酶、DNA聚合酶等 半保留復制;邊解旋邊復制;多起點復制 傳遞遺傳信息,使物種保持相對穩定和延續 由于復制差錯導致的基因突變,為生物的進化提供了原材料 問題導學 當堂檢測 三、D

13、NA分子的復制過程中的相關計算 活動與探究 假設將1個全部被N標記的DNA分子(親代)轉移到含N的培養基中培養n代。 1.子代DNA分子總數、含N的DNA分子數、含N的DNA分子數、只含15N的DNA分子數、只含14N的DNA分子數分別是多少? 提示:(1)子代DNA分子總數=2個 (2)含15N的DNA分子數=2個 (3)含N的DNA分子數=2 個 (4)只含N的DNA分子數=0個 (5)只含N的DNA分子數=(2-2)個 14n1514nn15141514問題導學 當堂檢測 2 .子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數、含N的脫氧核苷酸鏈數、含14N的脫氧核苷酸鏈數分別是多少? 提示:(1)子代D

14、NA分子中脫氧核苷酸鏈數=2(2)含15N的脫氧核苷酸鏈數=2條 (3)含N的脫氧核苷酸鏈數=(2 -2)條 3 .設親代DNA分子中含有某種脫氧核苷酸m個,則: (1)經過n次復制,共需消耗游離的該種脫氧核苷酸的個數是多少? (2)在第n次復制時,共需消耗游離的該脫氧核苷酸的個數是多少? 提示:(1)經過n次復制,共需消耗游離的該種脫氧核苷酸m (2n- 1)個。 (2)在第n次復制時,共需消耗游離的該脫氧核苷酸m 2 個。 n- 114n+1n+115條 問題導學 當堂檢測 遷移與應用 某DNA分子共a個堿基,其中胞嘧啶m個,則該DNA分子復制3次,需要游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸數為( )。

15、 A.7( a-m ) C.7( a/ 2 -m ) B.8( a-m ) D.8(2 a-m ) 解析:DNA堿基總數a個,含胞嘧啶m個, DNA含鳥嘌呤=胞嘧啶=m個,腺嘌呤=胸腺嘧啶=(1/2)(a-G-C)=(1/2)(a-2 m )=a/ 2 -m。 復制3次,形成8個DNA分子,共有胸腺嘧啶脫氧核苷酸 8 (a/ 2 -m )個,其中原有的DNA分子已含有胸腺嘧啶脫氧核苷酸(a/ 2 -m )個,故新形成的DNA分子共需要胸腺嘧啶脫氧核苷酸 7(a/2 -m )個。 答案:C 問題導學 當堂檢測 DNA分子復制n次后的計算 1 .做題時應看準子代DNA中,是“ 含母鏈的DNA”、“

16、 只含母鏈的DNA”、“ 含子鏈的DNA”、“ 只含子鏈的DNA”中的哪一種問法。 2 .做題時應看準子代DNA中,是“DNA分子數” 、“DNA分子單鏈數” 中的哪一種問法。 3 .計算DNA分子的復制對游離的原料的消耗量時,應明確是n次復制總共消耗的量,還是第n次復制消耗的量,問法不同,結果不同。 問題導學 當堂檢測 1 2 3 4 5 1.下列關于DNA分子的復制的敘述,正確的是( )。 A.無絲分裂一般不發生DNA分子的復制 B.DNA分子的復制是邊解旋邊復制的 C.一個DNA分子通過復制形成另一個新的DNA分子 D.DNA分子的復制時需要解旋酶、DNA酶 解析:凡細胞分裂,都要進行D

17、NA分子的復制,否則難以保證遺傳穩定性。DNA分子的復制是典型的半保留復制,通過復制由一個DNA分子變為兩個DNA分子,復制過程中需要解旋酶和DNA聚合酶。 答案:B 問題導學 當堂檢測 1 2 3 4 5 2.女性子宮肌瘤細胞中最長的DNA分子可達36 mm,DNA分子的復制速度約為4 m/min,但復制過程僅需40 min左右即完成。 這是因為DNA分子( )。 A.邊解旋邊復制 B.每個復制點雙向復制,使子鏈迅速延伸 C.以半保留方式復制 D.復制起點多,分段同時復制 解析:該題應根據長度、速度和時間進行推算。DNA分子長36 mm,復制速度為4 m/min,則復制時間大約是3610 m

18、 4 m/min=910 min,而實際上只需40 min左右,所以可推測原因是復制起點多,分段同時復制。 答案:D 33問題導學 當堂檢測 1 2 3 4 5 3.某DNA分子中含有1 000個堿基對(P元素只是P)。若將該DNA分子放在只含P的脫氧核糖核苷酸的培養液中讓其復制兩次,則子代DNA分子的相對分子質量平均比原來( )。 A.減少1 500 C.增加1 000 B.增加1 500 D.減少1 000 31323132解析:復制兩次后形成4個DNA分子,8條單鏈中有6條含P,2條含P,6 000相對分子質量平均減少4=1 500。 答案:A 問題導學 當堂檢測 1 2 3 4 5 4.在一個細胞周期中,DNA分子的復制過程中的解旋發生在( )。 A.兩條DNA母鏈之間 B.DNA子鏈與其互補的母鏈之間 C.兩條DNA子鏈之間 D.DNA子鏈與其非互補母鏈之間 解析:DNA解旋是氫鍵的斷裂,發生于兩條母鏈之間。 答案:A 問題導學 當堂檢測 1 2 3 4 5 5.用15N標記含有100個堿基對的DNA分