苏教版生物必修2 第4章 第2节 第2课时 DNA分子的复制.docx
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苏教版生物必修2第4章第2节第2课时DNA分子的复制
第2课时 DNA分子的复制
1．阐明DNA分子的复制过程、特点。
（重点）
2．通过探究DNA复制活动，培养抽象思维能力。
（难点）
3．探讨DNA复制的生物学意义。
DNA分子复制的过程及特点
1．DNA分子复制的含义及复制方式的证明
（1）含义
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
（2）DNA复制方式的证明
①方法
同位素示踪法。
②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分子密度居中。
③过程
a．用放射性同位素15N标记大肠杆菌的DNA。
b．将被标记的大肠杆菌转入以含14N物质为唯一氮源的培养液中培养。
c．分别取完成一次细胞分裂和二次细胞分裂的大肠杆菌，并将其中的DNA分子分离出来，进行密度梯度超速离心和分析。
④结果
⑤结论
DNA的复制方式为半保留复制。
2．DNA分子复制的过程
（1）时期：
细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期。
（2）场所：
主要是细胞核。
（3）条件：
①模板：
DNA分子的两条链。
②原料：
游离的4种脱氧核苷酸。
③能量：
ATP。
④酶：
解旋酶、DNA聚合酶等。
（4）过程
（5）特点
①边解旋边复制；②半保留复制。
（6）准确复制的原因和意义
①原因
a．DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；
b．通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。
②意义：
使遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息的连续性。
探讨
：
图中A、B、C分别表示什么过程？
【提示】 A：
解旋；B：
合成子链；C：
形成子代DNA。
探讨
：
碱基互补配对原则是怎样的？
【提示】 A与T、T与A、C与G、G与C配对。
探讨
：
子代DNA分子中是否含有亲代DNA?
【提示】 子代DNA分子是由亲代DNA的一条单链和新合成的子代DNA单链共同组成的。
探讨
：
图中过程是否一定准确无误？
【提示】 不一定，可能出现差异。
1．不同生物的DNA分子复制的场所
病毒：
在活的宿主细胞内
2．DNA复制所需的酶：
是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。
（1）解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。
（2）DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
（3）DNA连接酶的作用是连接DNA片段。
3．DNA复制后两DNA分子的位置
核DNA复制后位于两姐妹染色单体上。
4．子DNA分开的时间及去向
细胞分裂过程中，细胞核中两个子DNA随着丝点分裂姐妹染色单体分开而分开，即两个子DNA分开于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期。
5．DNA分子复制对DNA作为遗传物质的意义
（1）边解旋、边复制，多个起点同时进行，节省时间、效率高。
（2）新DNA分子双链为“一母一子”，因此复制更为精确，使遗传信息更加稳定。
稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。
巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”
1．下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ）
A．在细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期，发生DNA复制
B．DNA通过一次复制后产生4个DNA分子
C．DNA双螺旋结构全部解旋后，才开始复制
D．单个脱氧核苷酸在DNA解旋酶的作用下连接合成新的子链
【解析】 DNA通过一次复制后产生2个DNA分子；DNA分子复制时，边解旋边复制；单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。
【答案】 A
2．如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是（ ）
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
【解析】 图中DNA分子的复制是从多个起点开始的，但并不是同时开始的。
图中DNA分子的复制是边解旋（需解旋酶）边双向复制的。
【答案】 A
DNA半保留复制的实验分析及相关计算
下图表示一个被15N标记的DNA分子在14N的环境中，经过两次有丝分裂时，细胞中染色体和DNA的变化情况。
探讨
：
经过两次有丝分裂，该DNA分子共复制出几条DNA分子？
分别是哪一种？
【提示】 4条，分别是：
15N/14N、14N/14N、15N/14N、14N/14N。
探讨
：
第二次分裂后子细胞中有无含15N的DNA?
【提示】 有一半细胞含有15N的DNA。
探讨
：
第二次有丝分裂中期染色体是否被15N标记？
【提示】 由图可知，第二次有丝分裂中期细胞中染色体已经复制（如图e），两条染色单体中有一条含有15N。
1．DNA半保留复制的实验分析
（1）实验预期：
离心后出现3条DNA带。
①重链带（密度最大，最靠近试管底部）：
15N标记的亲代双链DNA（15N/15N）。
②杂合链带（密度居中，位置也居中，也称中带）：
一条链为15N标记、另一条链为14N标记的子代双链DNA（15N/14N）。
③轻链带（密度最小，离试管底部最远）：
两条链都为14N标记的子代双链DNA（14N/14N）。
（2）实验结果分析
亲代的结果说明DNA分子还没有复制；子一代试管中为杂合链带说明DNA复制了一次。
子二代试管中既有杂合链带又有轻链带，说明这时DNA分子复制了两次。
（3）结论：
DNA复制时总是保留一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做半保留复制。
2．一个DNA分子无论复制多少代，DNA原有的两条链不变，一直作为模板，分别进入两个子代DNA分子中。
已知某全部N原子被15N标记的DNA分子作为亲代，转移到含14N的培养基中培养复制若干代，其结果分析如表：
世
代
DNA分子结构特点
DNA中脱氧核
苷酸链的特点
分
子
总
数
细胞中的DNA分子在离心管中的位置
不同DNA分子占全
部DNA分子之比
链的总数
含14N、15N
链占全部
链数之比
仅含15N
含14N、15N
仅含14N
含
15N
含
14N
亲代
1
全部在下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全部在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部，1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部，3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
中部，
1－
上部
0
1－
2n＋1
1－
3．DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
（1）DNA分子数
①子代DNA分子数＝2n个。
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。
③不含亲代链的子代DNA分子数＝（2n－2）个。
（2）脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝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
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则：
①经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·（2n－1）个。
②第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n－1个。
4．与染色体、细胞数目相关的计算
研究DNA分子的半保留复制时，常涉及计算后代带放射性标记的DNA、染色体或细胞所占比例的问题，此时要注意：
（1）一个DNA分子含两条DNA链，只要有一条DNA链带标记该DNA分子便带标记。
（2）每条染色体含一个或两个DNA分子，只要有一条DNA链带标记，该染色体便带标记。
（3）每个细胞含多条染色体，每条染色体的情况是一样的，只需分析一条染色体（减数分裂时只需分析一对同源染色体）即可。
1．某基因片段含有48对碱基，关于其复制的说法，正确的是（ ）
A．该基因片段复制时共需要游离的碱基48个
B．该基因片段中若碱基G占1/4，则该片段中含有24个“A－T”碱基对
C．若该基因片段含有12个碱基A，则该片段第2次复制时，需要游离的C为108个
D．若用32P标记该基因片段，在含31P的环境中连续复制3次，不含32P的片段所占比例为1/4
【解析】 该基因片段共48个碱基对，96个碱基，复制时两条链都为模板，共需要游离的碱基96个，故A项错误；该基因片段中若G占1/4，则G＝C＝24个，那么A＝T＝24个，所以含24个“A—T”碱基对，故B项正确；若该片段含有12个A，则A＝T＝12个，C＝G＝36个，第1次复制需要游离的C＝G＝36个，第2次复制需要C＝G＝36×2＝72个，故C项错误；含32P的基因片段连续复制3次，得到8个DNA分子，其中含32P的有2个，占1/4，不含32P的占3/4，故D项错误。
【答案】 B
2．若用32P标记人的“类胚胎干细胞”的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染色体数分别是（ ）
【导学号：
21920042】
A．中期是46和46、后期是92和46
B．中期是46和46、后期是92和92
C．中期是46和23、后期是92和23
D．中期是46和23、后期是46和23
【解析】 “类胚胎干细胞”进行有丝分裂，根据题意可知，第一次有丝分裂的结果为每个DNA分子一条链含有32P，另一条链含有31P，所以第二次有丝分裂中期染色体总数为46条，每条染色体都有32P标记，其中每条染色体含有两条姐妹染色单体，一条染色单体DNA两条链含有31P，另一条染色单体DNA一条链含有32P，另一条链含有31P；第二次有丝分裂后期，着丝点分裂，染色单体分开，染色体总数为92，其中46条含有32P标记。
【答案】 A
3．含有32P和含31P的磷酸，两者化学性质相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。
将某哺乳动物的细胞放在含有31P的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞，然后将G0代细胞移到含有32P的培养基中培养，经过第一、二次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。
再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到的结果如图所示。
由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。
若①②③分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置，请回答下列问题：
（1）G0、G1、G2三代DNA分子离心后的试管分别是图中的：
G0________；G1________；G2________。
（2）图中①②两条带中DNA分子所含的同位素P分别是：
条带①________，条带②________。
（3）上述实验结果证明DNA的复制方式是________。
DNA的自我复制能使生物的________保持相对稳定。
【解析】 32P是31P的同位素，分子量要比31P大，32P－DNA分子最重，在试管的最下部；31P－DNA分子最轻，在试管的最上部；一条链含32P，另一条链含31P的DNA分子质量居中，位于试管的中间。
分析过程可参考下图（以1个DNA分子为例）。
【答案】
（1）A B D
（2）31P 31P和32P
（3）半保留复制 遗传特性
1．有关DNA复制的叙述，正确的是（ ）
A．有丝分裂分裂期和减数分裂过程中进行复制
B．全部解旋之后才开始碱基配对
C．复制后每个新DNA分子含一条母链和一条子链
D．复制的场所是细胞核和核糖体
【解析】 DNA复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期；DNA复制的特点之一是边解旋边复制；DNA复制方式是半保留复制，即复制后每个新DNA分子含一条母链和一条子链；复制的场所主要是细胞核，此外在线粒体和叶绿体中也能进行DNA的复制。
【答案】 C
2．DNA分子的半保留复制方式使DNA（ ）
A．分子结构具有相对稳定性
B．能精确地进行自我复制，保证代与代之间的连续性
C．能够精确地指导蛋白质合成
D．产生可遗传变异的机会
【解析】 DNA分子的半保留复制方式使DNA能精确地进行自我复制，保证代与代之间的连续性。
【答案】 B
3．在DNA复制过程中，保证复制准确无误进行的关键步骤是（ ）
【导学号：
21920043】
A．解旋酶破坏氢键并使DNA双链分开
B．游离的脱氧核苷酸与母链碱基互补配对
C．与模板链配对的游离脱氧核苷酸连接成子链
D．子链与模板链盘绕成双螺旋结构
【解析】 DNA精确复制的原因一方面是DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，二是通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。
【答案】 B
4．32P标记玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂后的一个细胞中，被32P标记的染色体条数可能是（ ）
①0 ②8 ③10 ④20 ⑤30 ⑥40
A．①③④ B．①②③④
C．④⑤⑥D．①③④⑥
【解析】 在细胞分裂间期，DNA进行复制，而DNA的复制是半保留复制，由于这些细胞在不含32P的培养基中培养，复制形成的DNA一条链含有32P，另一条链不含有32P，因此在第一次分裂结束后，每一个子细胞的每条染色体中DNA的一条链含有32P，另一条链不含有32P；在第二次分裂过程中，间期DNA半保留复制，复制形成的DNA，其中一半的DNA一条链含有32P，另一条链不含有32P；另一半的DNA都不含有32P；在第二次分裂产生的子细胞中，含有32P标记的染色体最多有20条，最少为0条，选项B正确。
【答案】 B
5．某DNA分子共有a个碱基对，其中含胞嘧啶m个，则该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（ ）
A．7（2a－m） B．8（a－m）
C．7（a－m）D．8（2a－m）
【解析】 在DNA分子中，遵循碱基互补配对原则，其中A＝T，G＝C，题中所给C＝m（个），则T＝（2a－2m）/2＝a－m（个）。
该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数＝23×（a－m）－（a－m）＝7（a－m）。
【答案】 C
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.DNA复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂间期。
2.新合成的每一个DNA分子都保留了亲代DNA分子的一条链。
3.DNA分子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精确地进行。
4.DNA分子复制时是边解旋边复制。
5.DNA分子通过复制，将遗传信息传递给子代。
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