1、第第 8 课时课时 遗传信息的复制遗传信息的复制 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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、 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
9、 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 14N 0 1 全部在下部 1 0 0 2 1 0 1 2 全部在中部 0 1 0 4 1/2 1/2 2 4 1/2 中部，1/2 上部 0 1/2 1/2 8 1/4 3/4 3 8 1/4 中部，
10、3/4 上部 0 1/4 3/4 16 1/8 7/8 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2n 1 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
11、 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(2n 1) 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2n 1 x 个。 需含不互补的碱基的脱氧核苷酸分子数2n 1 (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2 2n。 3子代
12、 DNA 分子中，总链数为 2n22n 1 条；含 15N 的链始终是 2 条，占总数比例为 2 2n 1 1 2n。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 P34
13、P35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
14、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)
15、引物 四种脱氧核糖核苷酸 DNA 聚合酶 mRNA 核糖体 A B C D 答案 A 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 B C 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
16、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
17、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
18、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)A B D (2)011 (3)31P 31P、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
19、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；G 2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。
