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学案


第 12 课时
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DNA 的复制

1.证明 DNA 分子是半保留复制的方法和过程(选学)。2.DNA 复制的过程及

特点。3.探讨 DNA 复制的生物学意义。 知识梳理 一、DNA 分子复制的推测及实验证据 1.科学家对 DNA 分子的复制作出了哪些推测? 沃森和克里克提出的遗传物质自我复制的假说——________________:DNA 分子 复制时,DNA 分子的____________将解开,互补碱基之间的________断裂,解开的两 条单链作为复制的 ________,游离的脱氧核苷酸依据 ______________原则,通过形成 __________,结合到作为模板的单链上,结果新合成的每个 DNA 分子中都保留了原来 DNA 分子中的一条链。 2.怎样证明 DNA 分子是半保留复制的?(选学) 科学家以含有________标记的 NH4Cl 培养液培养大肠杆菌,让它繁殖几代后再转 移到 ________的普通培养液中,在不同时期收集大肠杆菌并提取 DNA ,再将提取的 DNA 进行________,记录离心后 DNA 的位置。 离心后试管中出现三条 DNA 带:一条用________表示,其密度最大,靠近试管底 部;一条用________表示,其密度居中,位置也居中;还有一条用________表示,其密 度最小,离试管底部最远。由此证明 DNA 的复制是以____________方式进行的。 二、DNA 分子复制的过程 DNA 分子的复制是一个边________边________的过程,复制需要模板、原料、能 量和______等基本条件。DNA 分子独特的________________结构为复制提供了精确的 模板,通过________________,保证了复制能够准确地进行。 1.关于 DNA 复制的早期推测 在早期的研究中科学家们提出了三个模型, 全保留复制模型、 弥散复制模型和半保 留复制模型。如下图表示:

2.理解 DNA 分子复制的过程和特点。

(1)概念:指以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程。 (2)时间:细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。 (3)条件:以解开的每一段母链为模板,以游离的 4 种脱氧核苷酸为原料,需要能 量、DNA 聚合酶等条件。 (4)过程(特点):边解旋边复制;半保留复制;多起点。 3.DNA 分子精确复制的原因和意义 (1)DNA 能精确复制的原因 ①DNA 独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板;②两条链上的碱基具有互补 配对能力,保证了 DNA 复制能够精确地进行。 (2)意义:将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了遗传信息的连续性。 重难点解析 1、有关 DNA 复制的几个问题 (1)复制的场所:主要是细胞核,但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质 粒)中也可进行 DNA 复制。 (2)外界条件对 DNA 复制的影响:在 DNA 复制的过程中,需要酶的催化和 ATP 功能,凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素,都会影响 DNA 的复制。 (3)一般情况下,DNA 能准确地进行复制,特殊情况下,在外界因素和生物内部 因素的作用下,可能造成碱基配对发生差错,引起基因突变。 2、DNA 分子半保留复制的有关计算 亲代 DNA 分子复制 n 代后: (1)形成的 DNA 分子总数为 2n 个。 (2)其中含有亲代 DNA 分子母链的只有两个, 占子代 DNA 分子总数的比值为 2/2n, 即 1/2n 1。


(3)亲代母链只有两条,占子代 DNA 总的脱氧核苷酸链数的 2/(2n× 2),即 1/2n。 (4)合成的 2n 个 DNA 分子的碱基对的排列顺序是完全一样的。 典型例题

1.如果 DNA 分子上某一片段是基因,则该片段( ①携带遗传信息 ②上面有密码子

)

③能转录产生 mRNA ④能进入核糖体 ⑤能运载氨基酸 A.①③⑤ C.①③⑥ ⑥能控制蛋白质的合成

B.②④⑥ D.②④⑤

解析:选 C,因为密码子存在于 mRNA 上,mRNA 进入核糖体,基因不进

入核糖体,运载氨基酸的是转运 RNA,而不是基因。 答案:C 2.用 15N 同位素标记细菌的 DNA 分子,再将其放入含 14N 的培养基上连续 繁殖 4 代,a、b、c 为三种 DNA 分子:a 只含 15N,b 同时含 14N 和 15N,c 只含
14

N。图中表示这三种 DNA 分子的比例正确的是(

)

解析:只含 15N 的 DNA 分子复制 4 次,产生 16 个 DNA 分子,其中只含 15N 的是 0 个,同时含 14N 和 15N 的有 2 个,只含 14N 的有 14 个。 答案:D 3.下列关于 DNA 复制的叙述,正确的是( A.在细胞有丝分裂间期,发生 DNA 复制 B.DNA 通过一次复制后产生四个 DNA 分子 C.DNA 双螺旋结构全部解链后,开始 DNA 的复制 D.单个脱氧核苷酸在 DNA 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两个 DNA 分子;DNA 的复制是边解旋边 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
随堂练习 知识点一 DNA 分子复制的推测及实验证据 1.在实验室里,让一个 DNA 分子(称为第一代)连续复制三次,那么,在第四代 DNA 分子中,含有第一代 DNA 分子链的 DNA 分子占 A.100% B.75% C.50% D.25% ( ) ( )

)

2.DNA 分子的半保留复制是指 A.DNA 分子中的一条链进行复制,另一条链不复制 B.DNA 分子中的一半进行复制,另一半不复制 C.每一个子代 DNA 分子均保留了其亲代 DNA 分子中的一条单链

D.DNA 分子复制后,一条链仍为亲代 DNA 分子,另一条链为子代 DNA 分子 知识点二 DNA 分子复制的过程 3.在 DNA 复制过程中,保证复制准确无误进行的关键步骤是 ( )

A.解旋酶破坏氢键并使 DNA 双链解开 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 4.科研人员欲利用从生物体细胞内提取的一个 DNA 分子和标记了放射性同位素 3H 的 4 种脱氧核苷酸,在实验室里合成新的 DNA 分子。 (1)除了上述几种物质外,还需______和__________。 (2)在第二代所有 DNA 分子中含 3H 的单链和第三代中不含 3H 的单链各有______ 条和______条。 (3)如果在 DNA 分子的 100 个脱氧核苷酸碱基对中有 30 个 T,那么以其为模板所 复制的一个新的 DNA 分子中应有______个 G。 (4)由上述实验结果可知 DNA 的复制方式是__________。 知识点三 DNA 分子半保留复制的有关计算 5.某 DNA 分子复制三次后,所得到的第四代 DNA 分子中,含有第一代 DNA 中脱氧 核苷酸链的条数是 ( ) A.1 条 B.2 条 C .4 条 D.8 条

6.DNA 分子某片段包含 m 个碱基,其中胞嘧啶 n 个。该片段复制 2 次,需要游离的 胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为 A.(m-2n)/2 C.m-2n B.(3m-6n)/2 D.2m-4n ( )

答案

知识梳理

一、1.半保留复制 双螺旋 氢键 模板 碱基互补配对 氢键 2.15N
14

N 离心

15

N/15N

15

N/14N

14

N/14N 半保留

二、解旋 复制 酶 双螺旋 碱基互补配对 随堂练习 1.D [一个 DNA 分子复制三次以后,共形成 8 个 DNA 分子,含有第一代 DNA 分子 链的只有两个,所以有第一代 DNA 分子链的 DNA 分子占 1/4,即 25%,故选 D。] 2.C [DNA 分子复制时,总以 DNA 分子解旋后的两条母链为模板,且模板链与新形 成的子链间构成双螺旋结构,故新 DNA 分子总保留原 DNA 分子的一条链,因此称为半保 留复制。] 3.B [在 DNA 复制过程中,有解旋、合成子链和螺旋化等过程,但是能保证复制得 到的两个 DNA 分子相同的机制是在复制过程中,严格按照碱基互补配对原则合成子链。] 4.(1)酶 能量(ATP) (2)6 2 (3)70 (4)半保留复制

解析 DNA 复制时以解开的每一段母链为模板,以游离的脱氧核苷酸为原料,同时还 需要能量(ATP)和 DNA 聚合酶等酶的参与。由于新合成的每个 DNA 分子中都保留了原来 DNA 分子中的一条链,因此,这种复制方式被称为半保留复制。 5.B [1 个亲代 DNA 分子复制 n 代后,新形成的 DNA 分子中只有两条含亲代母链。] 6.B [含 m 个碱基的 DNA 分子复制 2 次需要游离的脱氧核苷酸 22× m-m=3m 个, 又因其含胸腺嘧啶 1/2-n/m,所以需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸 3m× (1/2-n/m)=(3m -6n)/2 个。]



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