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人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制教案
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这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制教案，共38页。PPT课件主要包含了问题探讨，同位素标记，密度梯度离心技术，同位素标记法，作出假设，演绎推理，亲代DNA，子一代DNA，子二代DNA，密度梯度离心等内容，欢迎下载使用。
《核酸的分子结构》论文节选
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意 的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能 的机制。”讨论：1碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的——对应关系，暗示DNA的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意 的是，我们提出的这种碱基特异性配对方 式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能 的机制。”讨论：2这句话中为什么要用“可能”二字？这反映科学研究具有什么特点?
科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的证据之上。
知识点一、DNA半保留复制的实验证据
请根据教材P54中“证明DNA进行半保留复制的实验”,回答下列相关问题。1.该实验采用了什么研究方法?2.根据离心后三个试管中密度带的分布情况,为什么能判断出DNA的复制方式是半保留复制?3.第二代的试管中两条密度带中的DNA分子数之比为多少?4.分别用实线、虚线(或不同颜色)画出子一代、子二代的DNA示意图。假设是全保留复制又该如何画图?
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上；③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制。
(一)对DNA复制推测
全保留复制：亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。弥散复制：亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。
首要问题，如何区分开模版DNA的母链与新合成的DNA子链？
1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料。
1. 科学家运用了什么技术？
2. 科学家用什么元素标记DNA？
3.怎样把密度不一样的DNA分开呢？
（二）DNA半保留复制的实验证据
在同一元素中，质子数相同、中子数不同的原子为同位素，如160与180, 12C与14C。同 位素的物理性质可能有差异，但组成的化合物 化学性质相同。用物理性质特殊的同位素来标 记化学反应中原子的去向，就是同位素标记法。 同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。 通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学 反应的详细过程。生物学研究中常用的同位素有 的具有放射性,如14C、32P, 3 H、35S等;有的不 具有放射性，是稳定同位素，如15N, 180等。
1958年美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术设计了一个巧妙的实验。
【背景介绍】15N和14N是N元素的两种稳定性同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
密度梯度离心：高密度介质氯化铯经高速离心后，氯化铯会形成一个密度梯度。当加入DNA分子后，经过离心，DNA会停留在与周围的氯化铯密度相同的位置，通过观察DNA在氯化铯梯度中的位置就能区分含15N的DNA和含14N的DNA。
DNA复制是一种半保留式的复制。
如果DNA是半保留复制，复制后得到的子一代DNA和子二代DNA的组成是怎样的?（请同学们绘图表示）
15N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境中进行培养，则亲代、子一代、子二代DNA分别含有哪种N元素？
实验中，复制后的DNA分子混合在一起的，不易分离。怎么解决这个问题？
大肠杆菌在含15NH4Cl 的培养液中生长若干代
15N/14N-DNA (全部中带)
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA (1/2)
实验结果与半保留复制假说吻合
DNA是以半保留的方式进行复制的。
例1 把培养在含轻氮(14N)的环境中的一细菌,转移到含重氮(15N)的环境中,培养相当于复制一轮的时间,然后放回原环境中培养相当于连续复制两轮的时间后,细菌DNA组成分析表明( )A.3/4轻氮型、1/4中间型 B.1/4轻氮型、3/4中间型C.1/2轻氮型、1/2中间型 D.3/4重氮型、1/4中间型
知识点二、DNA分子的复制过程
阅读课本P55~56，思考并回答：1.请完成下列有关DNA复制的表格:
2.根据DNA复制过程完成下列计算。(1)若1个DNA分子含m个腺嘌呤,则复制n次需要多少个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸?(2)让某32P标记的噬菌体侵染只含有31P的大肠杆菌,假设噬菌体的DNA在大肠杆菌中复制了m次,求所得的子代中含有32P标记的噬菌体有多少个?含有31P标记的噬菌体有多少个?(3)用32P标记精原细胞的核DNA,若让其进行两次有丝分裂,那么所得的4个子代细胞中,具有32P标记的细胞有多少个?若让其进行减数分裂,那么所得的4个子代细胞中具有32P标记的细胞又有多少个?
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
真核细胞主要在细胞核中
减数第一次分裂前的间期
①解旋（解旋酶）在细胞提供能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的2条链解开。
注意：解旋酶是使碱基对之间的氢键断裂
②合成子链（DNA聚合酶等）以解开的每一条母链为模板，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在DNA聚合酶等的作用下合成与母链互补的1条子链。
③形成DNA新合成的子链不断延伸，每条新链与其对应的模板链绕成双螺旋结构。
①模板：亲代DNA的两条母链； ②原料：4种脱氧核苷酸： ③能量：ATP; ④酶 ：解旋酶，DNA聚合酶等。
5.DNA分子复制时需何条件？
解旋酶催化（氢键断裂）
（在DNA聚合酶的催化下，利用游离的脱氧核苷酸进行）
以母链为模板进行碱基配对
母链（旧链）子链（新链）
同时进行(边解旋边复制）
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提精确的模板。②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。
7.DNA准确复制的原因?
6.DNA分子复制的特点:
DNA通过复制，使遗传信息从亲代细胞传给子代细胞，保持了遗传信息的连续性。
8.DNA分子的复制实质(意义)？
1.DNA的复制往往是从多个起点同时进行的，如下图所示：
2．DNA的半不连续复制
(1)DNA半保留复制时，DNA的两条链都能作为模板，同时合成两条新的互补链。DNA的两条链是反向平行的，但是，生物体内所有已知的DNA聚合酶只能催化5′→3′方向的延伸。为了解决DNA在复制时两条链能够同时作为模板合成其互补链这个问题，日本学者冈崎等提出DNA的半不连续复制模型(如上图所示)，以图中b链为模板时，最终合成的互补链实际上是由许多沿5′→3′方向合成的DNA片段连接起来的。
(2)DNA复制时，当以a链为模板时，DNA聚合酶可以沿5′→3′方向连续合成新的互补链，这条新的互补链称为前导链。当以b链为模板时，DNA聚合酶也是沿5′→3′方向合成新链片段，即DNA聚合酶从复制叉的位置开始向复制叉移动方向的相反方向合成适宜长度的新链片段，待复制叉向前移动相应的距离后，DNA聚合酶又重复这一过程，从复制叉的位置开始向复制叉移动方向的相反方向合成另一个类似大小的新链片段，随着复制叉的移动会形成许多不连续的片段，这些片段被称为冈崎片段，最后这些冈崎片段被连接成一条完整的子链，这条子链称为后随链。在生物细胞中，这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制是普遍存在的，称为DNA合成的半不连续复制。
3.DNA复制的相关计算
某DNA分子中，含有p个碱基对，其中腺嘌呤为q个，该DNA分子用15N标记，其复制所需原料含14N，其连续复制n次。过程如下图所示。
(3)消耗脱氧核苷酸数
例2 体外进行DNA复制的实验时,向试管中加入有关的酶、四种脱氧核苷酸和ATP,37 ℃下保温。下列叙述中正确的是( )。A.能生成DNA,DNA的碱基比例与四种脱氧核苷酸的比例一致B.不生成DNA,因为缺少DNA模板C.能生成DNA,DNA的碱基比例不确定,且与酶的来源有一定的关联D.不生成DNA,因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件
3.3DNA的复制一、DNA半保留复制的实验证据二、DNA分子的复制过程
《核酸的分子结构》论文节选
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意 的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能 的机制。”讨论：1碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的——对应关系，暗示DNA的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意 的是，我们提出的这种碱基特异性配对方 式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能 的机制。”讨论：2这句话中为什么要用“可能”二字？这反映科学研究具有什么特点?
科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的证据之上。
知识点一、DNA半保留复制的实验证据
请根据教材P54中“证明DNA进行半保留复制的实验”,回答下列相关问题。1.该实验采用了什么研究方法?2.根据离心后三个试管中密度带的分布情况,为什么能判断出DNA的复制方式是半保留复制?3.第二代的试管中两条密度带中的DNA分子数之比为多少?4.分别用实线、虚线(或不同颜色)画出子一代、子二代的DNA示意图。假设是全保留复制又该如何画图?
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上；③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制。
(一)对DNA复制推测
全保留复制：亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。弥散复制：亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。
首要问题，如何区分开模版DNA的母链与新合成的DNA子链？
1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料。
1. 科学家运用了什么技术？
2. 科学家用什么元素标记DNA？
3.怎样把密度不一样的DNA分开呢？
（二）DNA半保留复制的实验证据
在同一元素中，质子数相同、中子数不同的原子为同位素，如160与180, 12C与14C。同 位素的物理性质可能有差异，但组成的化合物 化学性质相同。用物理性质特殊的同位素来标 记化学反应中原子的去向，就是同位素标记法。 同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。 通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学 反应的详细过程。生物学研究中常用的同位素有 的具有放射性,如14C、32P, 3 H、35S等;有的不 具有放射性，是稳定同位素，如15N, 180等。
1958年美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术设计了一个巧妙的实验。
【背景介绍】15N和14N是N元素的两种稳定性同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
密度梯度离心：高密度介质氯化铯经高速离心后，氯化铯会形成一个密度梯度。当加入DNA分子后，经过离心，DNA会停留在与周围的氯化铯密度相同的位置，通过观察DNA在氯化铯梯度中的位置就能区分含15N的DNA和含14N的DNA。
DNA复制是一种半保留式的复制。
如果DNA是半保留复制，复制后得到的子一代DNA和子二代DNA的组成是怎样的?（请同学们绘图表示）
15N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
如果亲代DNA是15N的，放在14N的环境中进行培养，则亲代、子一代、子二代DNA分别含有哪种N元素？
实验中，复制后的DNA分子混合在一起的，不易分离。怎么解决这个问题？
大肠杆菌在含15NH4Cl 的培养液中生长若干代
15N/14N-DNA (全部中带)
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA (1/2)
实验结果与半保留复制假说吻合
DNA是以半保留的方式进行复制的。
例1 把培养在含轻氮(14N)的环境中的一细菌,转移到含重氮(15N)的环境中,培养相当于复制一轮的时间,然后放回原环境中培养相当于连续复制两轮的时间后,细菌DNA组成分析表明( )A.3/4轻氮型、1/4中间型 B.1/4轻氮型、3/4中间型C.1/2轻氮型、1/2中间型 D.3/4重氮型、1/4中间型
知识点二、DNA分子的复制过程
阅读课本P55~56，思考并回答：1.请完成下列有关DNA复制的表格:
2.根据DNA复制过程完成下列计算。(1)若1个DNA分子含m个腺嘌呤,则复制n次需要多少个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸?(2)让某32P标记的噬菌体侵染只含有31P的大肠杆菌,假设噬菌体的DNA在大肠杆菌中复制了m次,求所得的子代中含有32P标记的噬菌体有多少个?含有31P标记的噬菌体有多少个?(3)用32P标记精原细胞的核DNA,若让其进行两次有丝分裂,那么所得的4个子代细胞中,具有32P标记的细胞有多少个?若让其进行减数分裂,那么所得的4个子代细胞中具有32P标记的细胞又有多少个?
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
真核细胞主要在细胞核中
减数第一次分裂前的间期
①解旋（解旋酶）在细胞提供能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的2条链解开。
注意：解旋酶是使碱基对之间的氢键断裂
②合成子链（DNA聚合酶等）以解开的每一条母链为模板，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在DNA聚合酶等的作用下合成与母链互补的1条子链。
③形成DNA新合成的子链不断延伸，每条新链与其对应的模板链绕成双螺旋结构。
①模板：亲代DNA的两条母链； ②原料：4种脱氧核苷酸： ③能量：ATP; ④酶 ：解旋酶，DNA聚合酶等。
5.DNA分子复制时需何条件？
解旋酶催化（氢键断裂）
（在DNA聚合酶的催化下，利用游离的脱氧核苷酸进行）
以母链为模板进行碱基配对
母链（旧链）子链（新链）
同时进行(边解旋边复制）
①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提精确的模板。②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。
7.DNA准确复制的原因?
6.DNA分子复制的特点:
DNA通过复制，使遗传信息从亲代细胞传给子代细胞，保持了遗传信息的连续性。
8.DNA分子的复制实质(意义)？
1.DNA的复制往往是从多个起点同时进行的，如下图所示：
2．DNA的半不连续复制
(1)DNA半保留复制时，DNA的两条链都能作为模板，同时合成两条新的互补链。DNA的两条链是反向平行的，但是，生物体内所有已知的DNA聚合酶只能催化5′→3′方向的延伸。为了解决DNA在复制时两条链能够同时作为模板合成其互补链这个问题，日本学者冈崎等提出DNA的半不连续复制模型(如上图所示)，以图中b链为模板时，最终合成的互补链实际上是由许多沿5′→3′方向合成的DNA片段连接起来的。
(2)DNA复制时，当以a链为模板时，DNA聚合酶可以沿5′→3′方向连续合成新的互补链，这条新的互补链称为前导链。当以b链为模板时，DNA聚合酶也是沿5′→3′方向合成新链片段，即DNA聚合酶从复制叉的位置开始向复制叉移动方向的相反方向合成适宜长度的新链片段，待复制叉向前移动相应的距离后，DNA聚合酶又重复这一过程，从复制叉的位置开始向复制叉移动方向的相反方向合成另一个类似大小的新链片段，随着复制叉的移动会形成许多不连续的片段，这些片段被称为冈崎片段，最后这些冈崎片段被连接成一条完整的子链，这条子链称为后随链。在生物细胞中，这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制是普遍存在的，称为DNA合成的半不连续复制。
3.DNA复制的相关计算
某DNA分子中，含有p个碱基对，其中腺嘌呤为q个，该DNA分子用15N标记，其复制所需原料含14N，其连续复制n次。过程如下图所示。
(3)消耗脱氧核苷酸数
例2 体外进行DNA复制的实验时,向试管中加入有关的酶、四种脱氧核苷酸和ATP,37 ℃下保温。下列叙述中正确的是( )。A.能生成DNA,DNA的碱基比例与四种脱氧核苷酸的比例一致B.不生成DNA,因为缺少DNA模板C.能生成DNA,DNA的碱基比例不确定,且与酶的来源有一定的关联D.不生成DNA,因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件
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