新教材2025版高中生物第3章基因的本质第3节DNA的复制学案新人教版必修2

第3节DNA的复制课堂互动探究案课程标准概述DNA分子通过半保留方式进行复制素养达成1.通过DNA的复制，认同生命的持续与发展观；理解遗传信息，认同DNA的遗传物质观。(生命观念)2．分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算实力。(科学思维)3．运用假说－演绎法，探究DNA半保留复制。(科学探究)设疑激趣杰克逊是美国杰出的歌手、词曲创作人、舞蹈家、表演家、慈善家，2009年6月25日辞世，享年50岁。多少歌迷为此心碎，多少人对此难以置信，莫非我们真的恒久无法再看到他了吗？一些生命复制技术专家信任，起死回生的复制技术成真，只是时间上的问题而已。要实现复制人的幻想，必需对DNA进行复制。请思索：(1)什么是DNA的复制？(2)DNA复制须要哪些条件？夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂学习主题一对DNA复制的推想活动1科学家在探讨DNA的复制方式时，提出了两种复制模式：全保留复制和半保留复制(如图所示)请据图回答问题：1．用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？2．如何测定子代DNA带有同位素的状况？3．若DNA复制的方式为全保留复制，上述试验结果会怎样？活动2在DNA复制过程中须要解旋酶和DNA聚合酶，这两种酶的作用分别是什么？活动3DNA的复制为什么须要相宜的温度和pH?活动4假如将DNA分子的两条链用15N标记，转移到含14N的培育基中培育，复制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA链、含14N的DNA链各是多少？易错提示(1)该试验在探究过程中运用的方法是假说—演绎法。(2)在试验过程中肯定要留意提取DNA的时间，应以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。1.对DNA复制的推想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复制时，DNA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半保留复制的试验证据分析(1)试验方法：同位素标记法和密度梯度离心法。(2)试验原理：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)试验假设：DNA以半保留的方式复制。(4)试验预期：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)试验过程(6)过程分析①马上取出，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)试验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。1．(合格考)下列有关探究DNA复制过程的说法，不正确的是()A．试验利用了同位素标记法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．试验结果说明白DNA具有半保留复制的特点2．(合格考)细菌在含15N的培育基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培育基中培育，抽取亲代及子代的DNA离心分别，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是()A.子一代DNA应为②B．子二代DNA应为①C．子三代DNA应为④D．亲代的DNA应为⑤3．(等级考，不定项选择)“探究DNA的复制过程”试验中，科学家设计了以NH4Cl为氮源培育大肠杆菌的同位素示踪试验，下列叙述正确的是()A．可先将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培育液中培育B．15N/15N­DNA、15N/14N­DNA、14N/14N­DNA的密度各不相同C．可对每一代大肠杆菌干脆做密度梯度离心，无需破裂细胞处理D．分析子一代与子二代的离心结果可得出DNA分子的复制方式学习主题二DNA的复制活动1阅读教材P55～56，结合图3－10，探究下列问题：1．DNA复制时有几条模板链？新合成的DNA中的两条链全是子链吗？2．DNA复制时，用什么方法识别DNA中哪一条链是母链，哪一条链是子链？DNA复制所形成的子代DNA是否是亲代DNA链和子代DNA链随机结合的？3．若将某一试管中加入缓冲液、ATP、解旋酶、DNA模板和四种脱氧核苷酸，并置于相宜的温度下，能否完成DNA的复制？并分析其缘由。4．若1个DNA含有m个腺嘌呤，则复制n次须要多少游离的腺嘌呤脱氧核苷酸？5．DNA复制具有精确性，那么在任何状况下，DNA复制产生的子代DNA与亲代DNA都完全相同吗？活动2依据图1、图2思索下列问题：1．图1中进行的是什么过程？发生的时期和场所是什么？2．图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中的哪个部位？abcd四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列依次是相同的？3．从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制？为什么？图1所示的特点还有什么？可用什么方法检测母链和子链？4．DNA复制受到各种外界因素的干扰时，碱基序列会发生变更吗？活动3如图为真核生物染色体上DNA复制过程的示意图，请据图分析DNA复制效率较高的缘由。方法技巧巧记DNA的复制——“一所，两期，三步，四条件”“一所”是指复制的场所主要是细胞核；“两期”是指复制的时期主要是有丝分裂前的间期和减数分裂Ⅰ前的间期；“三步”是指“三个步骤”即解旋、形成子链、母链与子链形成新的DNA；“四条件”是指原料、模板、能量和酶。误区提示DNA复制相关计算时四个易错点(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区分：前者包括全部的复制，后者只是最终一次复制。(2)碱基数目：留意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA都只有两个。(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。1.全面理解DNA的复制(1)DNA复制的场所：主要是在细胞核。真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。原核生物：拟核、细胞质(如质粒的复制)。病毒：宿主细胞内。(2)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前的间期；在有性生殖过程中发生在减数分裂Ⅰ前的间期。(3)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对间的氢键。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。(4)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，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。(5)DNA复制的方向：5′－端→3′－端(6)复制过程图解2．DNA复制的有关计算将含有15N的DNA分子放在含有14N的培育基上培育，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次复制须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个。1．(合格考)下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的是()A．酶①和酶②均作用于氢键B．该过程的模板链是a、d链C．该过程中的c、d链结构相同D．DNA的复制是半保留复制2．(合格考)下列关于真核细胞中DNA复制的叙述，错误的是()A．子链的延长方向是5′→3′B．复制过程不须要能量的驱动C．复制主要发生在细胞核中D．复制是边解旋边复制的过程3．(等级考)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起先的B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C．真核生物DNA分子复制过程中解旋酶作用于氢键D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率4．(等级考，不定项选择)用一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培育的大肠杆菌，已知噬菌体DNA上有m个碱基对，其中胞嘧啶有n个。下列叙述正确的是()A．大肠杆菌为噬菌体增殖供应原料和酶等B．噬菌体DNA含有(2m＋n)个氢键C．该噬菌体繁殖4次，子代中只有14个含有31PD．噬菌体DNA第4次复制共须要8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸强化落实·学业达标——归纳·提升·素养网络建构eq\a\vs4\al(),主干落实1.DNA复制须要DNA模板、4种脱氧核苷酸做原料以及酶和能量。2．DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。3．DNA独特的双螺旋结构，为复制供应了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。4．DNA通过复制，保持了遗传信息的连续性。高效课堂·实践运用——巩固·达标·反馈1.下列关于人体细胞内DNA复制的叙述，错误的是()A．主要在细胞核内复制B．复制以两条DNA母链为模板C．复制以4种核糖核苷酸为原料D．DNA复制会消耗能量2．某DNA的两条链均被3H标记，将该DNA在不含标记元素的环境中连续复制两次，则所形成的4个子代DNA分子为()3．下列关于DNA复制过程的依次，正确的是()①互补碱基对之间氢键断裂②互补碱基对之间氢键连接③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构A．①③④②⑤B．③①⑤④②C．①④②⑤③D．③①④②⑤4．下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，下列叙述正确的是()A．DNA分子在酶①的作用下水解成脱氧核苷酸，酶②催化碱基对之间的连接B．在复制过程中解旋和复制是同时进行的C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子5．在氮源为14N的培育基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA(比照)；在氮源为15N的培育基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N－DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培育基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分别得到的结果如下图所示：请分析回答：(1)由试验结果可推想第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链含________，另一条链含________。(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培育基上繁殖一代，将所得到细菌的DNA用同样方法分别，请参照甲图，将DNA分子可能出现在试管中的位置在乙图中标出。(3)若将15N－DNA(亲代)的大肠杆菌在14N培育基上连续复制3次，则所产生的子代DNA中全含15N(重DNA)，一条链含15N(中DNA)及两条链均不含15N(轻DNA)的比例为________，在这些子代DNA中，含15N的链与全部子代DNA链的比例为________。(4)若一个DNA分子的一条单链中A＋疑难解答·全程培优——释疑·解惑·教材教材第53页►【问题探讨】1．提示：半保留复制。2．提示：不确定性；严谨性。教材第54页►【思索·探讨】1．15N/14N－DNA1/214N/14N－DNA1/215N/14N－DNA2．第一代出现的结果是1/214N/14N－DNA1/215N/15N－DNA其次代出现的结果是3/414N/14N－DNA1/415N/15N－DNA。教材第55页►【旁栏思索题】全保留复制。教材第56页►【练习与应用】一、概念检测1．(1)×DNA的复制随着染色体的复制而完成。(2)×DNA的复制发生在细胞分裂前的间期。2．BDNA复制主要发生在真核生物的细胞核内，另外线粒体、叶绿体及原核生物的拟核等也可发生复制，A错误；碱基互补配对原则保证了复制的精确性，B正确；1个DNA分子复制1次产生2个DNA分子，C错误；游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，D错误。3．C二、拓展应用1．提示：可能有31.6×108×2×10－9≈6个碱基会发生错误。产生的影响可能很大，也可能没有影响。2．提示：真核生物中DNA的复制是从多个起点起先的，这种复制方式提高了复制效率。第3节DNA的复制夯基提能·分层突破学习主题一【师问导学】活动11．提示：同位素标记技术。2．提示：对DNA进行离心，视察其在离心管中的分布。3．提示：①亲代大肠杆菌：提取DNA→离心→全部是重带。②繁殖一代后取出：提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。③繁殖两代后取出：提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。活动2提示：解旋酶的作用是将两条脱氧核苷酸链打开，DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸连接到3′－端。活动3提示：因为DNA复制过程须要酶的参加，而酶的活性受温度和pH的影响。活动4提示：2个、4个、2条、6条。【过程评价】1．解析：探究DNA复制的试验中，用15N标记亲代细胞的DNA，在含14N的培育液中连续分裂两次(在每次分裂前的间期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所含同位素的状况，即相对分子质量的大小。试验结果说明白DNA具有半保留复制的特点。答案：C2．解析：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。答案：C3．解析：DNA分子的元素组成包括C、H、O、N、P，可将大肠杆菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培育液中获得双链被15N标记的DNA分子，A正确；离心后15N/15N­DNA为重密度带、15N/14N­DNA为中密度带、14N/14N­DNA为轻密度带，故三者的密度各不相同，B正确；须要将每一代大肠杆菌破裂，释放出DNA分子进行密度梯度离心，会出现密度带，C错误；子一代均为中密度带，子二代1/2中密度带、1/2轻密度带，说明DNA分子的复制方式是半保留复制，D正确。答案：ABD学习主题二【师问导学】活动11．提示：①两条模板链(亲代DNA分子解开螺旋的两条链)。②不是，是一条母链和一条子链。2．提示：①同位素标记法。②不是，是亲代DNA链与其互补的子链结合形成的子代DNA。3．提示：不能。复制条件不完全，缺少DNA聚合酶等。4．提示：需m·(2n－1)个。因为1个DNA复制n次，共形成2n个DNA，其中有两条脱氧核苷酸链为母链，不须要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸。5．提示：不肯定。DNA复制时，会受到各种因素的干扰，碱基序列可能会发生变更，从而使后代DNA与亲代DNA碱基序列不同，导致遗传信息发生变更。活动21．提示：DNA复制；有丝分裂间期和减数分裂Ⅰ前的间期。真核生物DNA复制的场全部细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物DNA复制的场所主要是拟核。2．提示：酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的碱基排列依次相同，b和d的碱基排列依次相同。3．提示：可以，因为两条母链进入到两个子代DNA中，新形成的子代DNA中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA是边解旋边复制的；可采纳同位素标记法检测母链和子链。4．提示：碱基序列可能会发生变更，使后代DNA与亲代DNA不同，遗传信息也发生变更。活动3提示：(1)从多个起点起先进行复制；(2)边解旋边复制；(3)每个起点都是同时向两个方向进行复制。【过程评价】1．解析：图中酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶，前者作用于氢键，后者作用于磷酸二酯键，A项错误；该过程中a、b链为模板链，c、d链分别是以a、b链为模板合成的子链，c、d链碱基互补，B、C项错误；DNA的复制是半保留复制，D项正确。答案：D2．解析：DNA复制时，DNA聚合酶不能从头起先合成DNA，而只能从引物的3′端延长DNA链，因此DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延长，A正确；复制过程须要消耗能量，须要能量的驱动，B错误；真核细胞中DNA主要分布在细胞核中，因此复制主要发生在细胞核中，C正确；DNA的边解旋边复制是DNA复制的特点，即复制是边解旋边复制的过程，D正确。答案：B3．解析：分析题图可知，图中的三个复制起点复制的DNA片段的长度不同，