人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制学案设计

这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制学案设计，共10页。学案主要包含了DNA复制的过程等内容，欢迎下载使用。
1．概述DNA复制方式的假说及实验依据。
2．掌握DNA复制的过程。
3．归纳DNA复制的相关计算规律。
核心素养
1．通过DNA的复制，认同生命的延续与发展观；理解遗传信息，认同DNA的遗传物质观。(生命观念)
2．分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力。(科学思维)
3．运用假说—演绎法，探究DNA半保留复制。(科学探究)
一、对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
基础知识·双基夯实
1．对DNA复制的推测
(1)半保留复制
Ⅰ.提出者：_沃森和克里克__。
Ⅱ.假说：
a．解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的_氢键__断裂。
b．复制：解开的_两条单链__分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根据_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。
Ⅲ.特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式称作_半保留复制__。
(2)全保留复制
DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。一个DNA分子复制的结果是得到一个_子代DNA____，一个_亲代DNA__。
2．DNA半保留复制的实验证据
实验方法：_同位素标记__技术和离心技术。
活|学|巧|练
1．沃森和克里克以大肠杆菌为材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。( × )
2．证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法。( √ )
合|作|探|究
阅读教材P54思考·讨论内容，思考并回答以下问题：
1．实验假设：DNA以_半保留__的方式复制。
2．实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA的密度_居中__。
3．实验过程：
用含有_15NH4Cl__的培养液培养大肠杆菌，标记大肠杆菌的DNA→将大肠杆菌转移到含有_14NH4Cl__的培养液中→不同时刻收集大肠杆菌并提取_DNA__，将提取的DNA进行离心处理。
4．演绎推理：假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果。
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得_15N/15N－DNA__。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得_15N/14N－DNA__。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得_15N/14N－DNA和14N/14N－DNA__。
5．实验结果：
(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管_底部__。
(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置_居中__。
(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置_居中__,1/2位置_更靠上__。
6．实验结论：
实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以_半保留__的方式进行的。
7．若将培养后第三代大肠杆菌的DNA提取后进行离心，则靠近试管底部、位置居中和靠近试管的上部的DNA数之比为_0∶2∶6__。
8．假设DNA复制方式是全保留复制，预期实验结果：
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得15N/15N－DNA。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得_15N/15N－DNA和14N/14N－DNA__。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得_15N/15N－DNA和14N/14N－DNA__。
归|纳|提|升
假说—演绎法分析DNA半保留复制的实验
(1)假说：DNA的复制是半保留复制。
(2)演绎推理
(3)实验结果
(4)实验结论：DNA的复制方式为半保留复制。
典例1 如图所示是研究DNA复制方式的实验，根据这些实验结果进行的推论，正确的是( B )
菌种：大肠杆菌
培养条件与方法：
(1)在含15NH4Cl的培养基中培养若干代，使DNA均被15N标记(甲图)；
(2)转至含14NH4Cl的培养基中培养，每30分钟繁殖一代；
(3)取出每代DNA样本，并离心。
①丙是转入含14NH4Cl培养基中繁殖一代的结果 ②乙是转入含14NH4Cl培养基中繁殖二代的结果 ③出现丁的结果至少需要60分钟 ④戊图表示复制三代后不再具有15N标记的DNA
A．①④ B．①③
C．②③ D．①②③
解析： 由于DNA分子是半保留复制，而丙中全为中带，所以丙是转入14NH4Cl培养基中复制一代的结果，①正确；乙中是eq \f(1,2)重带、eq \f(1,2)中带，而DNA分子是半保留复制，所以复制后不可能有全重带的DNA存在，②错误；丁中是eq \f(1,2)中带、eq \f(1,2)轻带，说明DNA已复制两次，而复制一次需要30分钟，所以出现丁的结果至少需要60分钟，③正确；戊中全为轻带，表示不具有15N标记的DNA，而DNA分子是半保留复制，15N标记的DNA一直存在，④错误。综上所述，B正确。
变式训练❶ (2023·重庆十九中月考)DNA的复制方式可能是半保留复制、全保留复制、分散复制。如图为科学家采用同位素标记技术，利用大肠杆菌探究DNA的复制方式，下列叙述正确的是( D )
A．比较试管①和②的结果即可证明DNA复制为半保留复制
B．若DNA为半保留复制方式，则试管③中有轻带和重带两条带，宽度比例为1∶1
C．可用噬菌体代替大肠杆菌进行该实验，且提取DNA更方便
D．大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，大肠杆菌DNA的双链可能都含有15N
解析： 比较试管①和②的结果，试管中DNA带分别为重带和中带，半保留复制和分散复制，子一代DNA带都是中带，所以不能证明DNA复制为半保留复制，A错误；若DNA为半保留复制方式，则试管②DNA带为中带，试管③中DNA带应有轻带和中带两条带，B错误；噬菌体是病毒，没有细胞结构，不能在培养液中独立生活和繁殖，因而不能代替大肠杆菌进行实验，C错误；蛋白质和核酸等物质都含有N，所以大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，大肠杆菌的DNA的双链可能都含有15N，D正确。
二、DNA复制的过程
基础知识·双基夯实
1．概念：以_亲代DNA__为模板合成_子代DNA__的过程。
2．发生时间：细胞分裂前的_间期__(在真核生物中)。
3．场所
(1)真核生物：主要在_细胞核__内，_线粒体__和_叶绿体__内也可以进行。
(2)原核生物：主要在_拟核__。
(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。
4．复制过程
5．结果：形成两个_完全相同__的DNA分子。
6．特点
(1)_边解旋边复制__。
(2)_半保留__复制。
7．准确复制的原因
(1)DNA独特的_双螺旋__结构，为复制提供了精确的模板。
(2)通过_碱基互补配对__，保证了复制能够准确地进行。
8．意义：将_遗传信息__从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了_遗传信息__的_连续性__。
活|学|巧|练
1．DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同。( × )
2．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。( × )
3．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。( × )
4．解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键。( × )
合|作|探|究
如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：
1．据图可知，DNA聚合酶使两条子链从_5′__－端到_3′__－端进行合成。
2．合成的两条子链间碱基排列顺序是_互补__的。
3．DNA复制过程中，解旋酶的作用是_将DNA双螺旋的两条链解开__；DNA聚合酶的作用是_将单个的脱氧核苷酸连接到3′－端__。
4．如果将DNA分子的两条链用15N标记，转移到含14N的培养基中培养，复制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA单链、含14N的DNA单链各是多少？
提示：含15N的DNA有2个，含14N的DNA有4个，含15N的DNA单链有2条，含14N的DNA单链有6条。
5．DNA分子复制具有准确性，那么在任何情况下，DNA分子复制产生的子代DNA分子与亲代DNA分子都完全相同吗？为什么？
提示：不一定。DNA分子复制时，会受到各种因素的干扰，碱基序列可能会发生改变，从而使子代DNA分子与亲代DNA分子碱基序列不同，导致遗传信息发生改变。
归|纳|提|升
DNA复制的起点和方向
(1)原核生物：单起点双向复制
(2)真核生物：多起点双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，这种复制方式提高了DNA复制的效率。
典例2 下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是( B )
A．DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷酸，酶②催化碱基对之间的连接
B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C．解旋酶能使双链DNA解开，并且不需要消耗ATP
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
解析： 酶①是解旋酶作用于氢键，酶②是DNA聚合酶催化脱氧核苷酸的连接，A项错误；解旋酶能使双链DNA解开，并且需要消耗ATP提供能量，C项错误；新的子链与母链通过氢键形成一个新的DNA分子，D项错误。
变式训练❷ (2023·河南郑州期末)下图为DNA复制过程示意图，下列有关叙述正确的是( D )
A．根尖细胞中，DNA复制过程都发生于细胞核内
B．该过程以4种核糖核苷酸为原料
C．酶1可使磷酸二酯键断开，酶2可催化磷酸二酯键的形成
D．a链与c链的碱基序列相同
解析： DNA复制主要在细胞核中进行，此外在根尖细胞的线粒体中也能进行，A错误；该过程表示DNA分子的复制，以4种脱氧核糖核苷酸为原料，B错误；酶1表示的是解旋酶，解旋酶的作用是使氢键断裂，酶2表示DNA聚合酶，可催化磷酸二酯键的形成，C错误；DNA分子中两条链反向平行盘旋成双螺旋结构，根据碱基互补配对原则，a链和c链均与d链碱基互补，因此a链与c链的碱基序列相同，D正确。
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
从图中可以得到如下规律：
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为2n个。
②含15N的DNA分子数为2个。
③含14N的DNA分子数为2n个。
④只含15N的DNA分子数为0个。
⑤只含14N的DNA分子数为(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
典例3 某未被32P标记的DNA分子含有1 000个碱基对，其中鸟嘌呤300个，将该DNA分子置于含32P的培养基中连续复制3次。下列有关叙述错误的是( C )
A．所有子代DNA分子都含32P
B．含32P的子代DNA分子中，可能只有一条链含32P
C．第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸4 900个
D．子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8
解析： 一个DNA分子中含有腺嘌呤数＝1 000－300＝700(个)，则第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数＝700×(23－22)＝2 800(个)，C错误。
1．下列有关探究DNA复制过程的叙述，不正确的是( C )
A．本实验利用了同位素标记法
B．细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次
C．密度梯度离心后，DNA在试管中的位置与相对分子质量无关
D．本实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点
解析： 探究DNA复制的实验是利用同位素15N标记亲代细胞的DNA，使其在含14N的培养液中连续分裂两次(在分裂前的间期DNA都复制一次)，分别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA，进行密度梯度离心，DNA在试管中的位置取决于DNA分子所含同位素的情况，即相对分子质量的大小；实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点。
2．细菌在含有15N的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入含有14N的培养基中培养，提取其子代的DNA经密度梯度离心后，可能出现如图①～⑤的结果，下列叙述错误的是( A )
A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
解析： 亲代是被15N标记的双链DNA(15N/15N－DNA)，分布于试管底部，经第一次复制所形成的子代DNA中均有一条被15N标记的母链，有一条被14N标记的子链(15N/14N－DNA)，分布于试管中部，应如题图②所示。
3．一个被15N标记的DNA分子，以含14N的4种脱氧核苷酸为原料，连续复制3次，则含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链的比例是( D )
A．1/2 B．1/4
C．1/6 D．1/8
解析： DNA的复制方式为半保留复制，连续复制3次形成8个DNA分子，含15N的脱氧核苷酸链只有2条，则其占全部脱氧核苷酸链的比例是2/16＝1/8，D项正确。
学|霸|记|忆
1．半保留复制是指新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
2．全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
3．DNA复制的条件有DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量。
4．解旋是指在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开的过程。
5．DNA复制的方向是5′－端→3′－端。
6．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
7．保证DNA复制能够准确进行的原因是DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
8．DNA复制的意义：通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。