学年 人教版 选择性必修二 DNA的复制 教案.docx
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学年人教版选择性必修二DNA的复制教案
第3节 DNA的复制
课标要求
核心素养
概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
1.生命观念:
说出DNA复制的过程和特点。
2.科学思维:
根据碱基互补配对原则进行DNA复制的相关计算。
3.科学探究:
分析探究DNA复制的实验方法、实验过程和实验结果。
[学生用书P54]
一、DNA半保留复制的实验证据
1.实验材料:
大肠杆菌。
2.实验技术:
同位素标记技术和离心技术。
3.实验原理
两条链被标记情况
密度大小
离心位置
都是15N
最大
靠近试管的底部
一条15N,一条14N
居中
位置居中
都是14N
最小
靠近试管的上部
4.实验过程
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)繁殖两代后,提取DNA→离心→1/2位置居中、1/2位置更靠上。
6.实验结论:
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
[提醒] 利用密度梯度离心分离不同密度的DNA分子。
二、DNA复制的过程
(1)DNA复制遵循碱基互补配对原则,子代DNA中两条链均是新合成的。
(×)
(2)植物细胞的线粒体和叶绿体中也可发生DNA的复制。
(√)
(3)在一个细胞周期中,DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。
(√)
(4)DNA复制就是以亲代DNA的一条链为模板合成子代DNA的过程。
(×)
(5)DNA复制一旦完成,亲代DNA不再存在,模板链依然存在。
(√)
知识点一 DNA的复制[学生用书P55]
1.对DNA复制的拓展理解
(1)复制的场所
(2)DNA的复制往往是从多个起点同时进行的,如下图所示:
①解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。
②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
2.DNA的半不连续复制
DNA的半不连续复制模型
(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。
[温馨提示]
(1)DNA复制时,解旋酶作用于DNA连接碱基对的氢键。
(2)子代DNA分子的组成:
新合成的子链和模板链。
1.下列关于DNA复制的叙述,正确的是( )
A.在细胞分裂前的间期会发生DNA复制
B.一个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水解酶的作用下连接合成新的子链
答案:
A
2.(2021·山东潍坊高一检测)下图为真核细胞DNA复制过程模式图,相关分析错误的是( )
A.酶①为解旋酶,酶②为DNA聚合酶
B.图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点
C.在复制完成后,甲、乙可在有丝分裂后期、减数分裂Ⅰ后期分开
D.复制结束后形成的两个DNA分子是完全相同的
解析:
选C。
由题图可知酶①作用于DNA的两条母链之间,使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开,为解旋酶,酶②是DNA聚合酶,将游离的脱氧核苷酸结合在一起形成子链DNA,A正确;题图显示了新形成的甲、乙两条DNA分子中均含有一条亲代DNA母链,符合半保留复制的特点,同时题图中显示了DNA边解旋边复制的特点,B正确;细胞分裂间期1个DNA分子复制形成的2个DNA分子由1个着丝粒连接,有丝分裂后期以及减数分裂Ⅱ后期时着丝粒分裂,两个DNA分子也随之分开,减数分裂Ⅰ后期着丝粒不分裂,C错误;复制时以亲代DNA分子的两条链为模板,并遵循碱基互补配对原则,所以复制结束后得到的两个DNA分子完全相同,D正确。
发展素养__长句特训____________与高考接轨
下列为DNA复制的有关图示,A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制,D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。
图中黑点表示复制起点,“→”表示复制方向,“⇨”表示时间顺序。
(1)(科学思维)据图比较大肠杆菌和哺乳动物DNA分子复制的异同点。
①相同点:
___________________________________________________,
②不同点:
_________________________________________________。
(2)(科学思维)C图与A图、F图与D图相同,C、F能被如此准确的复制出来,原因是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示:
(1)①均是边解旋边复制,均是双向复制 ②大肠杆菌是单起点复制;哺乳动物是多起点复制
(2)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,碱基互补配对原则保证了DNA分子复制的准确无误
知识点二 DNA复制的相关计算[学生用书P56]
某DNA分子中,含有p个碱基对,其中腺嘌呤有q个,将该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。
(1)DNA分子数
子代DNA分子数
2n
含15N的DNA分子数
2
含14N的DNA分子数
2n
只含14N的DNA分子数
2n-2
(2)脱氧核苷酸链数
子代DNA中脱氧核苷酸链数
2n+1
含15N的脱氧核苷酸链数
2
含14N的脱氧核苷酸链数
2n+1-2
(3)消耗脱氧核苷酸数
消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数
(2n-1)q
消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数
(2n-1)(p-q)
[温馨提示]
(1)在DNA复制中,无论复制几次,含亲代DNA脱氧核苷酸链的子代DNA分子中都只有两个,亲代脱氧核苷酸链也只有两条。
(2)复制n次和第n次复制的区别:
复制n次是从第1次到第n次复制的总和,第n次复制仅指第n次的这一次复制。
1.将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养,让细胞连续进行有丝分裂,并进行密度梯度离心,则下列说法不正确的是( )
A.细胞经过一次分裂和离心后,DNA位于试管的中层
B.细胞经过两次分裂和离心后,一半DNA位于试管的中层,另一半DNA位于试管的上层
C.细胞经过三次分裂和离心后,3/4的DNA位于试管的中层,1/4的DNA位于试管的上层
D.该实验可以证明DNA的复制是半保留复制
答案:
C
2.下列关于DNA的相关计算中,正确的是( )
A.具有1000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则每一条链上都具有胞嘧啶200个
B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要2n·m个胸腺嘧啶
C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制需要2n-1·m个胸腺嘧啶
D.无论是双链DNA还是单链DNA,A+G所占的比例均是1/2
解析:
选C。
根据碱基互补配对原则,具有1000个碱基对的DNA,A+T+C+G=2000(个),A=T=600个,C=G=400个,但在该DNA分子的每一条链上,所具有的胞嘧啶不一定是200个,A项错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要(2n-1)·m个胸腺嘧啶,B项错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制共需要(2n-1)·m-(2n-1-1)·m=2n-1·m个胸腺嘧啶,C项正确;在双链DNA分子中,A+G所占的比例是1/2,在单链DNA分子中,A+G所占的比例不一定是1/2,D项错误。
画图法解决染色体和DNA复制的问题
第一步:
画出含有染色体的细胞图,并画出相应染色体上的DNA分子。
第二步:
用不同颜色区分特殊链或将有关信息标在线段上。
如下图所示:
第三步:
与题结合,处理问题,必须分清含有同位素标记的是DNA的单链还是双链。
核心知识小结
[要点回眸]
[规范答题]
1.DNA半保留复制实验方法:
同位素标记技术。
2.DNA复制发生在细胞分裂前的间期。
3.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸作原料以及酶和能量。
4.DNA聚合酶使两条子链从5′端到3′端,进行合成。
5.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
6.DNA分子独特的双螺旋结构,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。
[随堂检测][学生用书P57]
1.(2021·江西南昌高一检测)下列关于DNA复制的叙述,正确的是( )
A.DNA复制时,亲代DNA中只有一条链是模板
B.精原细胞略微增大进行DNA复制
C.DNA复制在核糖体上进行
D.DNA复制时,以其周围游离的脱氧核糖核酸为原料
解析:
选B。
DNA复制时,亲代DNA中的两条链都是模板,A项错误;精原细胞略微增大,说明细胞处于分裂前的间期,正在进行DNA复制,B项正确;DNA复制主要在细胞核中进行,蛋白质合成在核糖体上进行,C项错误;DNA复制时,以其周围游离的单体——脱氧核苷酸为原料,D项错误。
2.DNA复制时解旋酶作用于下列哪一结构( )
A.
B.
C.A—UD.G—C
解析:
选D。
解旋酶作用于DNA分子碱基对之间的氢键。
3.下图表示DNA复制的片段,图中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链,下列叙述正确的是( )
A.a链和c链的碱基序列互补
B.该过程需要的原料是核糖核苷酸
C.DNA复制时遵循碱基互补配对原则
D.a链上A=T,C=G
解析:
选C。
DNA复制的特点是半保留复制,b链是以a链为模板合成的,c链是以d链为模板合成的,a链和b链的碱基互补,c链和d链的碱基互补,由于a、d链是亲代DNA的两条链,碱基互补,所以a链和c链、b链和d链的碱基序列相同,A错误。
DNA复制,需要的原料是脱氧核苷酸,B错误。
DNA复制时遵循碱基互补配对原则,在双链DNA中,A=T、C=G,单链中不一定如此,C正确,D错误。
4.下图表示DNA复制的过程。
结合图示判断,下列有关叙述错误的是( )
A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键,使两条链解开
B.DNA的复制具有双向进行的特点,生成的两条子链的延伸方向相反
C.DNA的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D.DNA复制形成的两条子链都是连续合成的
解析:
选D。
DNA复制过程的第一步是解旋,需要用解旋酶破坏DNA双链之间的氢键,使两条链解开,A项正确;由题图可知,DNA的复制具有双向进行的特点,生成的两条子链的延伸方向相反,B项正确;DNA的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段,C项正确;由题图可知,DNA复制合成两条子链时,前导链的合成是连续的,后随链的合成是不连续的,D项错误。
5.在氮源分别为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分别为14N/14NDNA(拟核DNA相对分子质量为a)和15N/15NDNA(拟核DNA相对分子质量为b)。
将一个15N标记的亲代大肠杆菌(15N/15NDNA)转移到含14N的培养基上,让其连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。
下列关于此实验的叙述不正确的是( )
A.Ⅰ代大肠杆菌DNA分子中一条链含14N,另一条链含15N
B.Ⅱ代大肠杆菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4
C.预计Ⅲ代大肠杆菌拟核DNA分子的平均相对分子质量为(7a+b)/8
D.上述实验结果证明DNA的复制方式为半保留复制
解析:
选B。
将一个亲代大肠杆菌(15N/15NDNA)转移到含14N的培养基上后,由于DNA的复制方式为半保留复制,15N/15NDNA在含14N的培养基上进行第一次复制后,产生的两个子代DNA分子均为14N/15NDNA,这样的DNA用离心法分离后,应该分布在中带位置。
Ⅰ代大肠杆菌的两个DNA分子再分别进行复制,产生的四个子代DNA分子中,有两个为14N/14NDNA分子,另外两个为14N/15NDNA分子,此时进行离心处理,DNA应该分布于轻带和中带位置,且含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/2。
Ⅲ代大肠杆菌拟核DNA分子共有8个,其相对分子质量之和为7a+b,平均相对分子质量为(7a+b)/8。
6.一个用15N标记的DNA分子有1200个碱基对,其中腺嘌呤700个。
该DNA在不含15N的溶液中复制2次,则( )
A.复制完成后,含15N的腺嘌呤共有1400个
B.复制完成后,不含15N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为3∶1
C.复制过程中,共消耗胞嘧啶1500个
D.复制完成后,含15N的DNA分子的2条链都含15N
解析:
选C。
该DNA分子有1200个碱基对,腺嘌呤700个,由于在不含15N的溶液中复制,所以复制完成后含15N的腺嘌呤仍是700个,A错误;DNA的复制方式是半保留复制,复制完成后,不含15N的DNA分子有2个,含15N的DNA分子也有2个,故其数量之比为1∶1,B错误;在该DNA中有胞嘧啶(1200×2-700×2)/2=500(个),复制2次共需要胞嘧啶500×3=1500(个),C正确;含15N的DNA分子只有1条链被15N标记,D错误。
7.(2021·江苏南京高一检测)下图为真核生物DNA的结构(图甲)及发生的生理过程(图乙),请据图回答下列问题:
(1)图甲为DNA的结构示意图,其基本骨架由________和________(填序号)交替排列构成,④为____________。
(2)从图乙可看出,该过程是从________(填“单”或“多”)个起点开始复制的,从而________复制速率;图乙中所示的酶为________酶,作用于图甲中的________(填序号)。
(3)若用1个被32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,释放出300个子代噬菌体,其中含有32P的噬菌体所占的比例是________。
(4)若图甲中的亲代DNA含有100个碱基对,将一个该DNA分子放在含有用32P标记的脱氧核苷酸培养液中复制一次,则子代一个DNA分子的相对分子质量比亲代增加________。
答案:
(1)① ② 胞嘧啶脱氧核苷酸
(2)多 提高 解旋 ⑨ (3)1/150 (4)100
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