高中生物第3章遗传信息的复制与表达第8课时遗传信息的复制教学案北师大版必修2

我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散第8课时遗传信息的复制目标导读1.阅读教材P32内容，了解DNA分子半保留复制的概念。2.结合教材P33“阅读与分析”，了解DNA半保留复制的实验证据。3.分析教材图33，归纳DNA分子的复制过程和特点。4.总结有关DNA复制的计算规律，并探讨DNA复制的生物学意义。重难点击DNA分子的复制过程和特点。一DNA分子半保留复制的证据对DNA分子的复制机理，人们做过几种假设，请结合教材内容讨论以下问题。1对DNA分子复制的推测取出上次课制作的DNA分子结构模型，把DNA的两条多核苷酸链(如图)从碱基的配对处分开。每个小组各负责一条链，根据碱基配对原则，做出现有DNA链的互补链。然后再把两个小组制作好的两个DNA分子放在一起，进行比较。(1)上述过程模拟了DNA分子复制的过程：将DNA分子的双螺旋解开，使互补的碱基之间氢键断裂，以解开的两条单链作为复制的模板，以游离的脱氧核糖核苷酸为原料，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。(2)从上述比较可以发现，两个DNA分子和原DNA分子的碱基序列完全相同，每个新DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条链，这种方式称做半保留复制。2DNA分子复制的实验证据(1)实验方法：放射性同位素标记法和离心技术。(2)实验原理：如果DNA的两条链都用15N标记，那么这样的DNA分子质量大，离心时应该在试管的底部；两条链中都含有14N，那么这样的DNA分子质量小，离心时应该在试管的上部；两条链中一条含有15N，另一条含有14N，那么这样的DNA分子质量居中，离心时应该在试管的中部。(3)实验过程(4)在下图中画出预期的实验结果答案(5)实验结果和预期的一致，说明DNA的复制是以半保留的方式进行的。归纳提炼DNA分子在复制时，以解旋形成的两条链(旧链)为模板，按照碱基互补配对原则吸收脱氧核糖核苷酸与之配对，形成两条子链(新链)，新链与旧链螺旋成一个新的DNA分子，所以称之为半保留复制。活学活用1以DNA的一条链“ATC”为模板，推测经复制后的子链是()A“TAG” B“UAG”C“TAC” D“TUC”问题导析(1)DNA复制中碱基互补配对原则为A与T配对，G与C配对。(2)DNA分子中不含碱基U，这种碱基只在RNA中含有。答案A解析DNA复制按照碱基互补配对原则进行。二DNA分子复制的过程通过以上实验我们了解了DNA分子复制具有半保留复制的特点，如图为DNA分子复制的过程，结合该图，思考下列内容。1概念：是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2时间：DNA分子复制是在细胞分裂间期伴随着染色体的复制而完成的。3场所：在真核生物的细胞中，DNA复制发生的场所有细胞核、线粒体和叶绿体。主要场所是细胞核。4条件：(1)模板：亲代DNA的两条链。(2)原料：四种脱氧核糖核苷酸。(3)能量：ATP等。(4)酶：解旋酶，其作用是将两条螺旋状的长链解开形成单链。实质是破坏了碱基对之间的氢键。DNA聚合酶，其作用是将四种脱氧核糖核苷酸按照一定的顺序连接成和母链互补的子链。5过程(1)解旋：DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。(2)合成子链：分别以解开的每一条DNA链为模板，以细胞中游离的四种脱氧核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在DNA聚合酶和其他大分子蛋白质的作用下，各自合成与母链互补的一段子链DNA。(3)形成子代DNA：每条新链与其互补的母链盘旋成新的DNA双螺旋结构，从而形成两个与亲代DNA完全相同的新的DNA分子。6思考以下问题(1)DNA复制的起点在碱基组成上有什么特点？答案DNA复制起点处，一般AT的含量较高。(2)怎样保证复制产生的两个子代DNA分子和亲代DNA分子完全相同？答案DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。通过碱基互补配对原则保证了复制准确进行。(3)两条子链延伸的方向不同，可能的原因是什么？答案DNA分子中的两条链是反向平行的，因此子链的延伸方向也是相反的。小贴士一般来讲，原核生物的DNA只有一个复制起点，而真核生物的DNA有多个复制起点。归纳提炼活学活用2判断下列说法的正误。(1)DNA复制只发生在有丝分裂间期()(2)DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制()(3)单个脱氧核糖核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子()(4)DNA的复制需要消耗能量()(5)单个脱氧核糖核苷酸借助DNA聚合酶通过氢键彼此连接成DNA链()问题导析(1)DNA复制发生在细胞分裂间期，不只是有丝分裂间期。(2)DNA复制为边解旋边复制。(3)DNA复制为一条母链与一条新合成的子链结合形成一个新的DNA分子。(4)DNA复制过程中解旋和形成磷酸二酯键都需要消耗能量。(5)脱氧核糖核苷酸链是在DNA聚合酶的作用下通过形成磷酸二酯键而连接起来的。答案(1)(2)(3)(4)(5)解析(1)减数分裂前的间期也发生DNA复制。(2)DNA边解旋边复制。(3)DNA半保留复制。(5)单个脱氧核糖核苷酸通过磷酸二酯键连接，不是氢键。三有关DNA分子复制的计算如果用15N标记DNA分子的两条链，让其在含有14N的环境中复制。结合DNA分子半保留复制的特点，完成下面表格：世代DNA分子结构特点DNA中多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的链所占的比例含15N含14N和15N只含14N含15N含14N01全部在下部10021012全部在中部01041/21/2241/2中部，1/2上部01/21/281/43/4381/4中部，3/4上部01/43/4161/87/8根据上表归纳：若培养n代，结果是：1DNA分子数(1)子代DNA分子总数2n个；(2)含15N的DNA分子数2个；(3)含14N的DNA分子数2n个；(4)只含15N的DNA分子数0个；(5)只含14N的DNA分子数2n2个。2多核苷酸链数(1)子代DNA分子中多核苷酸链数2n1条；(2)含15N的多核苷酸链2条；(3)含14N的多核苷酸链2n12条。3消耗的脱氧核糖核苷酸数若某DNA分子碱基总数为m个，含某碱基x个。(1)该DNA分子进行n次复制：需含该碱基的脱氧核糖核苷酸分子数需含互补的碱基的脱氧核糖核苷酸分子数(2n1)x个。需含不互补的碱基的脱氧核糖核苷酸分子数(2n1)(m/2x)个。(2)该DNA分子进行第n次复制：需含该碱基的脱氧核糖核苷酸分子数需含互补的碱基的脱氧核糖核苷酸分子数2n1x个。需含不互补的碱基的脱氧核苷酸分子数2n1(m/2x)个。归纳提炼1子代DNA分子中，含14N的有2n个，只含14N的有(2n2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。2无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个，占总数比例为。3子代DNA分子中，总链数为2n22n1条；含15N的链始终是2条，占总数比例为。做题时，应看准是“DNA分子数”还是“链数”。活学活用3某一个DNA分子中，A为200个，复制数次后，消耗周围环境中含A的脱氧核糖核苷酸3 000个，该DNA分子已经复制了几次()A4次 B3次C5次 D6次答案A解析利用DNA复制规律得知，经过n次复制利用腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数目应为3 000(2n1)200，得n4。四遗传信息复制的重大意义DNA复制保证了子代能得到亲代的全部遗传信息。阅读教材P34P35内容，试归纳遗传信息复制的重大意义。1DNA复制的意义(1)由于DNA分子在结构上的稳定性和复制的忠实性，所以能够准确地将亲代DNA的遗传信息传递给后代，保证了亲子代遗传信息的一致性，使子代的性状与亲代相同或相近。(2)由于DNA分子复制过程可能会出现差错，所以可以产生新的变异，该变异遗传下来，对于生物的多样性和进化具有重要的意义。2DNA体外复制PCR技术(1)原理：模板双链DNA分子在94 左右的条件下分离成单链DNA在55 左右条件下引物与单链的模板DNA结合在耐高热的DNA聚合酶的作用下，在72 左右条件下合成DNA新链，并与模板链螺旋成子代DNA重复以上循环过程。(2)用途用来扩增目的基因片段，进行基因工程操作。在临床医疗诊断、癌症监控、基因突变的检测、法医鉴定等领域有着重要的用途。归纳提炼细胞内DNA复制与PCR技术的比较比较项目细胞内DNA复制PCR技术不同点解旋在解旋酶作用下边解旋边复制94 高温解旋，双链分开酶解旋酶、DNA聚合酶耐高热的DNA聚合酶温度体内温和条件高温相同点需提供DNA复制的模板；以四种脱氧核糖核苷酸为原料；都需要酶的催化活学活用4PCR技术扩增DNA所需要的条件是()目的基因(或模板DNA分子)引物四种脱氧核糖核苷酸DNA聚合酶mRNA核糖体A BC D答案A当堂检测1下列关于DNA复制过程的顺序，正确的叙述是()互补碱基对之间氢键断裂互补碱基对之间氢键合成DNA分子在解旋酶的作用下解旋以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对子链与母链盘旋成双螺旋结构A BC D答案D解析DNA复制的基本过程是：解旋合成子链双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间的氢键断裂，在合成子链时重新形成新的氢键。2体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关的酶、4种脱氧核糖核苷酸和ATP,37 下保温。下列叙述中正确的是()A能生成DNA，DNA的碱基比例与4种脱氧核糖核苷酸的比例一致B不能生成DNA，因为缺少DNA模板C能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联D不能生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件答案B解析DNA复制需要的条件是模板、原料、酶、能量等，题目的条件缺少模板，不能生成DNA。3用15N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14N。图中表示这三种DNA分子的比例正确的是()答案D解析15N标记细菌DNA分子，放在含14N的培养基上复制4次形成16个DNA分子。则：只含15N的DNA分子：0个；同时含15N、14N的DNA分子：2个；只含14N的DNA分子：14个。4含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有 31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移至含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2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DNA，经密度梯度离心后得到结果(如图)。由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若、分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置，请回答：(1)G0、G1、G23代DNA离心后的试管分别是图中的： G0 、G1 、G2 。(2)G2代在、3条带中的DNA数的比例是 。(3)图中、两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带 ，条带 。(4)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。答案(1)ABD(2)011(3)31P31P、32P (4)半保留复制遗传特性解析首先应该看懂图解，知道轻、中、重3种DNA划分的标准：由两条链含31P的脱氧核糖核苷酸组成的是轻DNA；由一条含31P的脱氧核糖核苷酸链和另一条含32P的脱氧核糖核苷酸链组成的是中DNA；由两条含32P的脱氧核糖核苷酸链组成的是重DNA。DNA分子的复制是半保留复制，即复制后形成的子代DNA中，每个DNA分子都只含有一条子链，另一条则为母链。根据题意：G0代细胞中的DNA全部是由含31P的脱氧核糖核苷酸组成，是轻DNA；G1代是以G0代细胞中的DNA为模板，以含32P的脱氧核糖核苷酸为原料形成的两个DNA分子，每一个DNA分子中，母链含31P，子链含32P，是中DNA；G2代是以G1代为模板，以含32P的脱氧核糖核苷酸为原料形成的4个DNA分子，有2个DNA分子母链含31P，子链含32P，是中DNA，另2个DNA分子母链、子链都只含有32P，是重DNA。课时作业基础过关知识点一DNA分子半保留复制的证据1实验室模拟生物体DNA的复制必需的一组条件是()酶游离的脱氧核糖核苷酸ATPDNA分子氨基酸适宜的酸碱度适宜的温度RNAA BC D答案D解析DNA的复制过程是重要的生理过程，离不开酶和能量。还需要DNA模板、游离的脱氧核糖核苷酸等基本条件，而酶的作用受温度、酸碱度的影响。2某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是()答案D解析亲代DNA双链用白色表示，DNA复制方式是半保留复制，因此复制一次后得到的两个DNA分子只有白色和灰色，而第二次复制得到的以这两个DNA分子的四条链为模板合成的四个DNA分子中，都含有黑色的DNA子链，故D正确。知识点二DNA分子复制的过程3下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，下列有关叙述错误的是()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答案A解析从图中可以看出有多个复制起点，但由于复制环的大小不同，所以复制起始的时间有先有后。DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与。这种半保留复制的模式不仅保持了前后代的稳定性，而且每次复制都可产生两个DNA分子，提高了复制效率。4下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A在细胞分裂间期，发生了DNA复制BDNA通过一次复制后产生四个DNA分子CDNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制D单个脱氧核糖核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链 答案A解析DNA的复制过程是在细胞分裂间期，伴随着染色体的复制而完成的。DNA复制是一个边解旋边复制的过程，以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，以细胞内游离的4种脱氧核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链。复制结束后，一个 DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。 5女性子宫瘤最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为4 m/min，但复制过程仅需40 min左右即可完成，这可能是因为()A边解旋边复制B只有一个复制起点，但解旋之后可以向着两个方向复制C以半保留方式复制D复制起点多，分段同时复制答案D解析真核细胞中的DNA分子复制起点多，并且同时复制，所以比较迅速。知识点三有关DNA分子复制的计算6某DNA分子共有x个碱基，其中胞嘧啶为m个，该DNA分子复制3次，需游离的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸数为()A7(xm) B8(xm)C7(x/2m) D8(2xm)答案 C解析在DNA分子中，AT，GC，所以当DNA分子共有x个碱基，其中胞嘧啶为m个时，T应为(x/2 m)个。DNA分子复制3次，得到8个DNA分子，因此，需游离的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸数为(81)(x/2m)7(x/2m)个，故选C。7用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是()A含有15N的DNA分子占1/8B含有14N的DNA分子占7/8C复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸600个D复制结果共产生16个DNA分子答案B解析由于DNA的复制是半保留复制，经过四次复制形成16个DNA分子都含有14N，有2个DNA分子中一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子两条链全部含有14N。该DNA分子中含有胞嘧啶60个，由此计算出含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个，复制4次需要腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的数量为40(241)600(个)，选项中A、C、D正确，B错误。能力提升8某个DNA片段由500对碱基组成，GC占碱基总数的34%，若该DNA片段连续复制3次，第三次复制时，需游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸分子个数为()A1 155 B1 320 C2 310 D2 640答案B解析由于GC占总数的34%，所以AT占66%，A与T各占33%，整个DNA片段中含有500对碱基，该DNA片段中腺嘌呤脱氧核糖核苷酸分子个数为33%1 000330(个)，在第三次复制时需新合成8条DNA单链，相当于4个DNA分子，因此需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸分子个数为33041 320(个)。9将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P 胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到下图、两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核糖核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析，正确的是()ADNA第二次复制产生的子代DNA有、两种类型，比例为13BDNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因分离规律C复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n1)(ma)/2D复制n次形成的放射性脱氧核糖核苷酸单链为2nl2条答案D解析由题可知，Ta个，故Cm/2a，DNA第二次复制，总的DNA有4个，其中不含有放射性的DNA有2个，含有放射性的有2个，A错误；基因的分离定律适用于真核生物，B错误；复制n次，需要C(m/2a)(2n1)，C错误；复制n次，脱氧核糖核苷酸链有2n1条，不含放射性的有2条，故含有放射性的有2n12条，D正确。10用经3H标记的n个噬菌体侵染大肠杆菌，在普通培养基中培养一段时间后，统计得知培养基中共有后代噬菌体m个，其中含有标记元素的噬菌体占的比例为()A. B.C. D.答案B解析每个噬菌体共有2条被标记的DNA链，n个噬菌体DNA经复制后被标记的DNA链进入2n个子代噬菌体内，所以被标记的噬菌体所占比例为。11DNA分子片段复制的情况如图所示，图中a、b、c、d表示多核苷酸链的片段。如果没有发生变异，下列说法不正确的是()Ab和c的碱基序列可以互补Ba和c的碱基序列可以互补Ca中(AT)/(GC)的比值与b中(AT)/(GC)的比值相同Da中(AG)/(TC)的比值与d中(AG)/(TC)的比值一般不相同答案B解析a和d互补，b和c互补，如果不发生变异，a和c及b和d的碱基组成相同。某条多核苷酸链上(AT)/(GC)的比值与其互补链上的比值相同，而(AG)/(TC)的比值与其互补链上的比值一般不相同，所以C项和D项中的说法均正确。12某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上ATGC1234，则该DNA分子()A含有4个游离的磷酸基B连续复制2次，需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸210个C4种碱基ATGC3377D碱基排列方式共有4100种答案C解析一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基。由一条链上ATGC1234，计算得出一条链上100个碱基中A、T、G、C的数量依次是10、20、30、40，另一条链上A、T、G、C的数量则依次是20、10、40、30。故该DNA中腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数为102030(个)，连续复制2次，需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数(221)3090(个)，4种碱基的比例是ATGC(1020)(2010)(3040)(4030)303070703377。含200个碱基的DNA在不考虑每种碱基比例关系的情况下，可能的碱基排列方式共有4100种，但因碱基数量比例已确定，故碱基排列方式肯定少于4100种。13.如图是DNA分子复制的图解，请据图回答：(1)图中的1表示 过程，需要 酶的作用。(2)图中的2过程表示以母链为模板进行的碱基的 ，参与配对的物质是游离在周围环境中的 。(3)图中的3过程表示形成两个新的 分子，这一过程包括子链中脱氧核糖核苷酸的 与 交互连接以及子链与母链在空间结构上的 化。参与此过程的酶有 等。(4)分析DNA复制过程所需条件应是：场所一般在 内；模板是 ，原料是 ；酶需要 、 等；能量由 提供。(5)DNA复制，一般是严格的 复制，DNA复制的遗传学意义是为 在上下代之间的 准备了物质基础。遗传信息的传递使亲代生物的性状可在子代得到表现，例如(试举一例) 。答案(1)解旋解旋(2)互补配对四种脱氧核糖核苷酸(3)DNA 脱氧核糖磷酸螺旋DNA聚合酶(4)细胞核原DNA母链脱氧核糖核苷酸解旋酶DNA聚合酶ATP(5)半保留遗传信息传递子女长得像父母解析(1)图中1表示解旋过程，需要解旋酶的作用。解旋酶的作用是打开两条链之间的氢键。(2)图中2表示以母链为模板进行碱基互补配对的过程，参与配对的物质是周围环境中游离的四种脱氧核糖核苷酸。(3)图中3过程表示形成两个新的DNA分子，这一过程包括子链中脱氧核糖核苷酸的脱氧核糖与磷酸交替连接以及子链与母链在空间结构上的螺旋化，参与此过程的酶有DNA聚合酶等。(4)DNA主要分布在细胞核中，复制的场所主要是细胞核。基本条件有模板(原DNA母链)、原料(游离的脱氧核糖核苷酸)、酶(解旋酶、DNA聚合酶等)、能量(ATP)。(5)DNA复制为半保留复制，确保亲子代之间遗传信息的连续性。14下面是DNA复制的有关图示，AC表示大肠杆菌的DNA复制。DG表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起始点，“”表示复制方向。(1)若A中含48 502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/分，则此DNA分子复制完成约需30 s，而实际上只需约16 s。根据AC图分析，是因为 。(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长，若按AC的方式复制，至少8 h，而实际上约6 h左右。根据DG图分析，是因为 。(3)AC、DG均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是 的。(4)C与A相同，G与D相同，C、G能被如此准确地复制出来，是因为 。答案(1)复制是双向进行的(2)