第3節DNA的復制課標要求1．概述DNA復制方式的假說及試驗依據。2．駕馭DNA復制的過程。3．歸納DNA復制的相關計算規律。核心素養1．通過DNA的復制，認同生命的持續與發展觀；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復制過程中相關數量計算，提高邏輯分析和計算實力。(科學思維)3．運用假說—演繹法，探究DNA半保留復制。(科學探究)一、對DNA復制的推想及DNA半保留復制的試驗證據基礎學問·雙基夯實1．對DNA復制的推想(1)半保留復制Ⅰ.提出者：_沃森和克里克__。Ⅱ.假說：a．解旋：DNA復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的_氫鍵__斷裂。b．復制：解開的_兩條單鏈__分別作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據_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。Ⅲ.特點：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，這種復制方式稱作_半保留復制__。(2)全保留復制DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。一個DNA分子復制的結果是得到一個_子代DNA____，一個_親代DNA__。2．DNA半保留復制的試驗證據試驗方法：_同位素標記__技術和離心技術。活|學|巧|練1．沃森和克里克以大腸桿菌為材料，運用同位素標記技術證明DNA復制方式是半保留復制。(×)2．證明DNA為半保留復制的探討過程中運用了假說—演繹法。(√)合|作|探|究閱讀教材P54思索·探討內容，思索并回答以下問題：1．試驗假設：DNA以_半保留__的方式復制。2．試驗原理：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的密度_居中__。3．試驗過程：用含有_15NH4Cl__的培育液培育大腸桿菌，標記大腸桿菌的DNA→將大腸桿菌轉移到含有_14NH4Cl__的培育液中→不同時刻收集大腸桿菌并提取_DNA__，將提取的DNA進行離心處理。4．演繹推理：假設DNA復制方式是半保留復制，預期試驗結果。(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．試驗結果：(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．試驗結論：試驗結果和假設DNA復制方式是半保留復制的預期結果一樣，說明DNA的復制是以_半保留__的方式進行的。7．若將培育后第三代大腸桿菌的DNA提取后進行離心，則靠近試管底部、位置居中和靠近試管的上部的DNA數之比為_0∶2∶6__。8．假設DNA復制方式是全保留復制，預期試驗結果：(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半保留復制的試驗(1)假說：DNA的復制是半保留復制。(2)演繹推理(3)試驗結果(4)試驗結論：DNA的復制方式為半保留復制。典例1如圖所示是探討DNA復制方式的試驗，依據這些試驗結果進行的推論，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標記(甲圖)；(2)轉至含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丙是轉入含14NH4Cl培育基中繁殖一代的結果②乙是轉入含14NH4Cl培育基中繁殖二代的結果③出現丁的結果至少須要60分鐘④戊圖表示復制三代后不再具有15N標記的DNAA．①④ B．①③C．②③ D．①②③解析：由于DNA分子是半保留復制，而丙中全為中帶，所以丙是轉入14NH4Cl培育基中復制一代的結果，①正確；乙中是eq\f(1,2)重帶、eq\f(1,2)中帶，而DNA分子是半保留復制，所以復制后不行能有全重帶的DNA存在，②錯誤；丁中是eq\f(1,2)中帶、eq\f(1,2)輕帶，說明DNA已復制兩次，而復制一次須要30分鐘，所以出現丁的結果至少須要60分鐘，③正確；戊中全為輕帶，表示不具有15N標記的DNA，而DNA分子是半保留復制，15N標記的DNA始終存在，④錯誤。綜上所述，B正確。變式訓練?(2024·重慶十九中月考)DNA的復制方式可能是半保留復制、全保留復制、分散復制。如圖為科學家采納同位素標記技術，利用大腸桿菌探究DNA的復制方式，下列敘述正確的是(D)A．比較試管①和②的結果即可證明DNA復制為半保留復制B．若DNA為半保留復制方式，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行該試驗，且提取DNA更便利D．大腸桿菌在含有15NH4Cl的培育液中生長若干代，大腸桿菌DNA的雙鏈可能都含有15N解析：比較試管①和②的結果，試管中DNA帶分別為重帶和中帶，半保留復制和分散復制，子一代DNA帶都是中帶，所以不能證明DNA復制為半保留復制，A錯誤；若DNA為半保留復制方式，則試管②DNA帶為中帶，試管③中DNA帶應有輕帶和中帶兩條帶，B錯誤；噬菌體是病毒，沒有細胞結構，不能在培育液中獨立生活和繁殖，因而不能代替大腸桿菌進行試驗，C錯誤；蛋白質和核酸等物質都含有N，所以大腸桿菌在含有15NH4Cl的培育液中生長若干代，大腸桿菌的DNA的雙鏈可能都含有15N，D正確。二、DNA復制的過程基礎學問·雙基夯實1．概念：以_親代DNA__為模板合成_子代DNA__的過程。2．發生時間：細胞分裂前的_間期__(在真核生物中)。3．場所(1)真核生物：主要在_細胞核__內，_線粒體__和_葉綠體__內也可以進行。(2)原核生物：主要在_擬核__。(3)DNA病毒：活的宿主細胞內。4．復制過程5．結果：形成兩個_完全相同__的DNA分子。6．特點(1)_邊解旋邊復制__。(2)_半保留__復制。7．精確復制的緣由(1)DNA獨特的_雙螺旋__結構，為復制供應了精確的模板。(2)通過_堿基互補配對__，保證了復制能夠精確地進行。8．意義：將_遺傳信息__從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了_遺傳信息__的_連續性__。活|學|巧|練1．DNA復制時新合成的兩條鏈堿基排列依次相同。(×)2．DNA雙螺旋結構全部解旋后，起先DNA的復制。(×)3．單個脫氧核苷酸在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|究如圖為真核細胞DNA復制過程的模式圖，據圖回答相關問題：1．據圖可知，DNA聚合酶使兩條子鏈從_5′__－端到_3′__－端進行合成。2．合成的兩條子鏈間堿基排列依次是_互補__的。3．DNA復制過程中，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標記，轉移到含14N的培育基中培育，復制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，含14N的DNA有4個，含15N的DNA單鏈有2條，含14N的DNA單鏈有6條。5．DNA分子復制具有精確性，那么在任何狀況下，DNA分子復制產生的子代DNA分子與親代DNA分子都完全相同嗎？為什么？提示：不肯定。DNA分子復制時，會受到各種因素的干擾，堿基序列可能會發生變更，從而使子代DNA分子與親代DNA分子堿基序列不同，導致遺傳信息發生變更。歸|納|提|升DNA復制的起點和方向(1)原核生物：單起點雙向復制(2)真核生物：多起點雙向復制在復制速率相同的前提下，圖中DNA是從其最右邊起先復制的，這種復制方式提高了DNA復制的效率。典例2下圖為某真核細胞中DNA復制過程的模式圖，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催化堿基對之間的連接B．在復制過程中解旋和復制是同時進行的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項錯誤；解旋酶能使雙鏈DNA解開，并且須要消耗ATP供應能量，C項錯誤；新的子鏈與母鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子，D項錯誤。變式訓練?(2024·河南鄭州期末)下圖為DNA復制過程示意圖，下列有關敘述正確的是(D)A．根尖細胞中，DNA復制過程都發生于細胞核內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鏈與c鏈的堿基序列相同解析：DNA復制主要在細胞核中進行，此外在根尖細胞的線粒體中也能進行，A錯誤；該過程表示DNA分子的復制，以4種脫氧核糖核苷酸為原料，B錯誤；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錯誤；DNA分子中兩條鏈反向平行回旋成雙螺旋結構，依據堿基互補配對原則，a鏈和c鏈均與d鏈堿基互補，因此a鏈與c鏈的堿基序列相同，D正確。假設將一個全部被15N標記的雙鏈DNA分子(親代)轉移到含14N的培育液中培育n代，結果如下：從圖中可以得到如下規律：(1)DNA分子數①子n代DNA分子總數為2n個。②含15N的DNA分子數為2個。③含14N的DNA分子數為2n個。④只含15N的DNA分子數為0個。⑤只含14N的DNA分子數為(2n－2)個。(2)脫氧核苷酸鏈數①子代DNA中脫氧核苷酸鏈數＝2n＋1條。②親代脫氧核苷酸鏈數＝2條。③新合成的脫氧核苷酸鏈數＝(2n＋1－2)條。(3)消耗的脫氧核苷酸數①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需消耗游離的該脫氧核苷酸數為m·(2n－1)個。②若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，在第n次復制時，需消耗游離的該脫氧核苷酸數為m·2n－1個。典例3某未被32P標記的DNA分子含有1000個堿基對，其中鳥嘌呤300個，將該DNA分子置于含32P的培育基中連續復制3次。下列有關敘述錯誤的是(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．第三次復制過程中須要消耗腺嘌呤脫氧核苷酸4900個D．子代DNA分子中不含32P的脫氧核苷酸鏈占總鏈數的1/8解析：一個DNA分子中含有腺嘌呤數＝1000－300＝700(個)，則第三次復制過程中須要消耗腺嘌呤脫氧核苷酸數＝700×(23－22)＝2800(個)，C錯誤。1．下列有關探究DNA復制過程的敘述，不正確的是(C)A．本試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．本試驗結果說明白DNA具有半保留復制的特點解析：探究DNA復制的試驗是利用同位素15N標記親代細胞的DNA，使其在含14N的培育液中連續分裂兩次(在分裂前的間期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，即相對分子質量的大小；試驗結果說明白DNA具有半保留復制的特點。2．細菌在含有15N的培育基中繁殖數代后，使細菌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經密度梯度離心后，可能出現如圖①～⑤的結果，下列敘述錯誤的是(A)A．第一次分裂的子代DNA應為⑤B．其次次分裂的子代DNA應為①C．第三次分裂的子代DNA應為③D．親代的DNA應為⑤解析：親代是被15N標記的雙鏈DNA(15N/15N－DNA)，分布于試管底部，經第一次復制所形成的子代DNA中均有一條被15N標記的母鏈，有一條被14N標記的子鏈(15N/14N－DNA)，分布于試管中部，應如題圖②所示。3．一個被15N標記的DNA分子，以含14N的4種脫氧核苷酸為原料，連續復制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的復制方式為半保留復制，連續復制3次形成8個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項正確。學|霸|記|憶1．半保留復制是指新合成的每個DNA分子中，都保留了原來D