学年人教版必修2第3章 第34节 DNA的复制 基因是有遗传效应的DNA片段 学案.docx
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学年人教版必修2第3章第34节DNA的复制基因是有遗传效应的DNA片段学案
第3、4节 DNA的复制 基因是有遗传效应的DNA片段
学习目标
知识概览
1.概述DNA复制方式的假说及实验证据。
2.掌握DNA复制的过程及精确复制的原因。
(重点)
3.理解基因与DNA、染色体的关系。
(重、难点)
4.利用数学方法归纳DNA分子的多样性和特异性。
[自主预习·探新知]
一、DNA的复制
1.对DNA分子复制的推测
(1)提出者:
沃森和克里克。
(2)假说内容:
①解旋:
DNA分子复制时,DNA分子的双螺旋解开,互补碱基之间的氢键断裂。
②复制
③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,这种复制方式称做半保留复制。
2.DNA半保留复制的实验证据
(1)实验材料:
大肠杆菌。
(2)实验方法:
运用同位素示踪技术。
(3)实验过程
用15N标记细菌的DNA
↓
转入以含14N物质为唯一氮源的培养基中
↓一段时间
取细菌,分离DNA,进行密度梯度离心
(4)实验结果
①复制一次产生的DNA分子中,一条链含14N,另一条链含15N,DNA分子密度居中。
②复制两次产生的DNA分子中,有两个DNA分子双链均含_14N,另两个DNA分子中一条链含15N,另一条链含14N。
(5)实验结论:
DNA的复制方式为半保留复制。
3.DNA分子复制的过程
(1)DNA复制的概念、时间、场所
①概念:
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
②时间:
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
③场所:
主要是细胞核。
(2)DNA分子的复制过程
(3)特点
①过程:
边解旋边复制。
②方式:
半保留复制。
(4)准确复制的原因
①DNA分子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的准确进行。
(5)意义:
将遗传信息从亲代传给子代,保持了遗传信息的连续性。
二、基因是有遗传效应的DNA片段
1.基因与DNA关系的实例
2.DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息:
DNA分子中4种碱基的排列顺序。
(2)特点
①多样性:
碱基排列顺序的千变万化。
②特异性:
每一个DNA分子有特定的碱基排列顺序。
③稳定性:
DNA分子的结构较稳定。
3.与生物体多样性和特异性的关系
DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
[基础自测]
1.判断对错
(1)证明DNA复制方式的实验只能用同位素标记N。
( )
(2)在证明DNA复制方式的实验中,从Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少一条链含14N。
( )
(3)DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。
( )
(4)任何生物的基因都是有遗传效应的DNA片段。
( )
提示:
(1)× DNA的组成元素有C、H、O、N、P,这几种元素都有同位素,所以标记任何一种元素都可以。
(2)√
(3)× DNA分子的复制方式为半保留复制,所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。
(4)× RNA病毒(如烟草花叶病毒、禽流感病毒、埃博拉病毒等)的遗传物质是RNA,其基因是有遗传效应的RNA片段。
2.下列关于DNA复制条件的叙述,不正确的是( )
A.DNA复制时只有DNA的一条链作模板
B.以4种游离的脱氧核苷酸为原料
C.DNA复制过程需要消耗能量
D.没有酶的催化,细胞DNA复制无法进行
A [DNA分子利用细胞提供的能量,在解旋酶的作用下将双链解开,以解开的两条链为模板,在DNA聚合酶作用下,利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料,合成与母链互补的子链,每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
]
3.下列关于基因概念的叙述,错误的是( )
【导学号:
77782087】
A.基因是有遗传效应的DNA片段
B.基因是DNA分子上有一定功能的特定的碱基排列顺序
C.基因是DNA分子上任意一个片段
D.基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位
C [基因是有遗传效应的DNA片段,是有一定功能的特定的碱基排列顺序。
由于DNA分子上有很多不能控制生物性状的区段,所以基因不能是DNA分子上的任意一个片段。
]
[合作探究·攻重难]
对DNA分子复制的推测
1.对DNA分子复制的推测
假说
遗传物质自我复制的假说
提出者
沃森和克里克
内容
(1)解旋:
DNA分子复制时,DNA分子的双螺旋解开,配对碱基之间的氢键断裂
(2)复制:
以解开的两条母链作为复制的模板,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
特点
新合成的每个DNA分子中,都保留了原来的DNA分子中的一条链,是半保留复制
2.DNA半保留复制的实验证据分析
(1)实验方法:
放射性同位素标记法和密度梯度离心法。
(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分子密度居中。
(3)实验假设:
DNA以半保留的方式复制。
(4)实验预期:
离心后应出现3条DNA带。
①重带(密度最大):
两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②中带(密度居中):
一条链为14N标记,另一条链为15N标记的子代双链DNA。
③轻带(密度最小):
两条链都为14N标记的子代双链DNA。
(5)实验过程
(6)过程分析
①立即取出,提取DNA→离心→全部重带。
②繁殖一代后取出,提取DNA→离心→全部中带。
③繁殖两代后取出,提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
(7)实验结论:
DNA的复制是以半保留方式进行的。
易错提醒:
(1)该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。
(2)该实验也可以用P、C等元素进行标记。
(3)在实验过程中一定要注意提取DNA的时间,以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。
[活学活用]
1.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再将其移入含14N的培养基中培养,抽取亲代及子代的DNA离心分离,如图①~⑤为可能的结果,下列叙述错误的是( )
A.子一代DNA应为② B.子二代DNA应为①
C.子三代DNA应为④D.亲代的DNA应为⑤
C [亲代DNA全为15N,应为⑤,复制一次后,DNA一条链为15N,一条链为14N,应为②;复制两次后形成4个DNA,其中2个全为14N,2个是一条链为15N,一条链为14N,应为①;复制三次后形成8个DNA,其中6个DNA全为14N,2个DNA的一条链为14N,一条链为15N,故C错。
]
2.下列有关探究DNA复制过程的说法不正确的是( )
A.实验利用了同位素示踪法
B.细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次
C.密度梯度超速离心后,DNA在试管中的位置与相对分子质量无关
D.实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点
C [探究DNA复制的实验利用15N标记亲代细胞的DNA,在含14N的培养液中连续分裂两次(在每次分裂的间期DNA都复制一次),分别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA,进行密度梯度超速离心,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。
]
DNA分子的复制
1.对DNA复制的理解
(1)DNA复制的场所:
主要场所是细胞核,但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)能够进行DNA复制的生物:
一切以DNA为遗传物质的生物。
(3)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间:
在体细胞中发生在有丝分裂间期;在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。
(4)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。
②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。
(5)两个子代DNA的位置及分开时间:
复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上,由着丝点连在一起,在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开,分别进入两个子细胞中。
2.DNA复制的有关计算
将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养,复制n次,则:
(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,经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m(2n-1)个;第n次复制,消耗该脱氧核苷酸数为m·2n-1。
【方法技巧】 巧借模式图解答与DNA复制有关问题
学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律,如下图所示:
注意:
开始被15N标记的DNA分子作为0代还是第1代决定了世代数与子代所占比例的计算。
[活学活用]
真核细胞中DNA复制如下图所示,下列表述错误的是( )
【导学号:
77782088】
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
C [多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成,提高复制效率,A正确。
DNA为半保留复制,每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代,B正确。
DNA解旋酶破坏碱基对的氢键,使DNA双链解旋,DNA聚合酶形成磷酸二酯键,C错误。
碱基对之间严格的碱基互补配对原则,保证遗传信息准确地从亲代DNA传向子代DNA,D正确。
]
基因与性状
1.全方位理解“基因”
(1)本质上,基因是有遗传效应的DNA片段。
(2)结构上,基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。
(3)功能上,基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
(4)位置上,基因在染色体上呈线性排列。
2.染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系
3.基因、染色体、蛋白质、性状的关系
(1)对于真核细胞来说,染色体是基因的主要载体;线粒体和叶绿体是基因的次要载体。
(2)对于原核细胞来说,基因存在于拟核中的DNA分子或质粒上,DNA是裸露的,并没有与蛋白质一起构成染色体,因此,没有染色体这一载体。
[活学活用]
1.下列有关基因的叙述,正确的是( )
A.基因是控制生物性状的结构单位和功能单位
B.人体细胞内的基因全部位于染色体上
C.经测定,一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中,包含了m个基因,则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对长度
D.基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息,只能通过减数分裂传递给后代
A [基因是有遗传效应的DNA片段,是控制生物性状的结构单位和功能单位。
人体细胞内的基因主要在染色体上,线粒体DNA分子上也有少量基因。
一个DNA分子上有许多个基因,但并非基因与基因紧密相连,那些没有遗传效应的DNA片段并不是基因,因此C项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对长度。
有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代,无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。
]
2.由80个碱基组成的DNA分子片段,可由其碱基对组成不同的序列而携带不同的遗传信息,其种数最多可达( )
【导学号:
77782089】
A.4120 B.1202
C.440D.260
C [DNA分子中特定的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息。
在DNA分子内部碱基对的排列顺序有多种。
因为DNA分子的两条链上的碱基是遵循碱基互补配对原则结合的,所以一条链的碱基序列决定了另一条链的碱基序列。
根据数学的排列知识,n个不同碱基对的排列有4n种,40个碱基对排列的种类就有440种之多。
]
[当堂达标·固双基]
1.下列有关真核生物基因的说法,正确的有( )
A.基因的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸
B.基因存在于细胞核、核糖体等结构中
C.DNA分子上每一个片段都是一个基因
D.基因的分子结构首先由摩尔根发现
A [基因存在于细胞核、线粒体、叶绿体等结构中,B错误;DNA分子上具有遗传效应的片段为基因部分,C错误;基因的分子结构首先由沃森、克里克发现,D错误。
]
2.DNA分子能够自我复制的结构基础是( )
A.DNA具有独特的双螺旋结构
B.配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链
C.磷酸和脱氧核苷酸交替排列的顺序稳定不变
D.DNA分子具有多样性和特异性
A [DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,而碱基互补配对原则保证了复制能准确无误地进行。
]
3.某一个DNA分子中,A为200个,复制n次后,消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个,该DNA分子已经复制了几次( )
【导学号:
77782090】
A.4次 B.3次
C.5次D.6次
A [利用DNA复制规律可知,经过n次复制利用腺嘌呤脱氧核苷酸数目3000=(2n-1)·200,得n=4。
]
4.一个被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( )
A.1/2B.1/4
C.1/6D.1/8
D [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,则含15N的脱氧核苷酸链只有2条,占全部脱氧核苷酸链的比例是2/16=1/8,选项D正确。
]
5.如图表示真核细胞内某物质的合成过程,请回答以下问题:
(1)图示表示________过程,主要在________进行,需要的原料是____________。
(2)DNA分子解旋时,需要________和________,破坏碱基对之间的氢键。
(3)一个细胞周期中,所示过程在每个起点起始________次。
[解析]
(1)
(2)DNA分子复制时,首先在解旋酶作用下,由ATP提供能量使碱基对之间的氢键断裂。
需要脱氧核苷酸作为原料,还需要DNA聚合酶参与,形成新的DNA分子。
(3)在一个细胞周期中,DNA分子只在分裂间期复制一次。
[答案]
(1)DNA复制 细胞核 脱氧核苷酸
(2)解旋酶 能量 (3)一
[核心语句归纳]
1.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
2.DNA复制需模板、原料、能量和酶等基本条件。
3.DNA通过复制,保持了遗传信息的连续性。
4.基因是具有遗传效应的DNA片段。
5.DNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息。
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