DNA的复制问题导学学案

时值我国改革开放不久，在青年知识分子中掀起了一股出国热潮，许多同学纷纷出国留洋深造。作为同学中佼佼者的xx同样受到冲击，他也曾心动过、向往过。然而，一本介绍美国农业科学家、诺贝尔和平奖得主——矮秆小麦育种专家布劳格生平事迹的书改变了他的想法。第三章第三节《DNA的复制》问题导学学案一、明确目标，思维启航1．知识目标1）记住DNA复制的概念。2）概述DNA复制的过程，并分析、归纳出DNA复制过程的特点。3）探讨DNA复制在遗传上的意义。2．能力目标1）通过分析科学家探索DNA复制的经典实验，引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学的思维。2）让学生对照学案自读教材，完成相应的练习，培养学生自学能力、观察能力、分析理解能力、总结归纳能力。3．情感目标体验科学家认识DNA复制的思维过程，激发学科学、用科学、爱科学的求知欲。二、问题导学，自主探究根据教学目标，对所学知识提出不同的问题，问题设计要有层次化、循序渐进，使不同层次的学生都有所收获，然后指导学生通过阅读教材自主完成下列题目：（一）对DNA分子复制的推测（通过速读教材，学生独立）1．沃森、克里克提出遗传物质自我复制的假说：复制方式为_________2．假说内容：（1）解旋：DNA分子复制时，DNA分子的______解开，互补碱基之间的_____断裂。（2）复制时，所需的模板为DNA分子解开的_____________；所需的原料为______________；所遵的原则为______，重新形成氢健，结合到作为模板的单链上。（3）DNA分子复制的特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子的_________。（二）DNA半保留复制的实验证据（指导学生看书读图，学生自主完成）1．要分析DNA是全保留还是半保留的，就要区分亲代与子代的DNA。1958年，科学家以____为实验材料，运用____，设计了一个巧妙的实验。2．实验过程：（1）同位素：__、___，标记NH4Cl培养液培养大肠杆菌（2）方法：____________（3）结论：上述实验证明，在新合成的每个DNA分子中，都保留了_________这种复制方式是：___________（三）DNA分子复制的过程（教师巡回指导，学生组内合作完成）1．什么是DNA的复制（DNA复制的概念）？2．时间：____________________________3．场所：_____________模板：___________________4．条件：原料：_________________能量：__________________酶：___________________5．过程：（1）解旋：①需要细胞提供_______；②需要____酶的作用；③结果把双链解开。（2）合成子链：①以解开的每一段____为模板；②以四种________为原料；③在_____酶等酶的作用下；④以____为原则。培养基类型结果在试管中位置亲代子一代子二代时值我国改革开放不久，在青年知识分子中掀起了一股出国热潮，许多同学纷纷出国留洋深造。作为同学中佼佼者的xx同样受到冲击，他也曾心动过、向往过。然而，一本介绍美国农业科学家、诺贝尔和平奖得主——矮秆小麦育种专家布劳格生平事迹的书改变了他的想法。2（3）形成子代DNA分子：每条链与其对应的模板链盘绕成__________结构。6．复制的特点：（1）；（2）________________。7．如何保证复制的准确性：（1）______________（2）_________________。8．结果：___________________________________9．意义：________________________________________________________。三、学情展示，教师点拨：教师主要以问题为引领，通过学生回答、板演等手段展示学生学习成果，在展示过程中，教师要对学生共同存在的问题进行精讲点拨，在教师指导下学生对教学重点二次学习，达到师生互动，学导同步，问题最终解决，完成既定学习目标。（一）DNA分子复制的理解教师点拨一：DNA分子复制的场所有哪些？在自然状态下，生物的DNA均在细胞中复制，真核生物主要在细胞核内，另外还有线粒体和叶绿体两个半自主性细胞器；原核生物主要在拟核区和细胞质中，如质粒；病毒在活的宿主细胞内。教师点拨二：引导学生读懂DNA复制过程示意图教师点拨三：DNA复制有哪些特点？（1）边解旋边复制：解旋合成子链子链与母链盘旋而成双螺旋结构新的DNA分子。（2）半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。（3）多点解旋和复制：DNA分子在复制时，许多点解旋和复制，加快了复制的速度。（补充）教师点拨四：影响DNA复制的因素有哪些？DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影响酶活性和呼吸作用的因素，都会影响DNA复制过程。[特别提醒]DNA复制时，在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对出现差错，引发基因突变。练一练：1、在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在（）A、两条DNA母链之间B、DNA子链与其互补的母链之间C、两条DNA子链之间D、DNA子链与其非互补的母链之间（二）DNA半保留复制的实验证据分析教师点拨一：探究DNA复制的实验过程1．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15N、一条链含14N的双链DNA分子密度居中。2．实验假设：DNA以半保留的方式复制3．实验预期：离心后出现3条DNA带。（1）重带（密度最大，最靠近试管底部）：两条链都为15N标记的亲代双链DNA；（2）杂交带（也称中带，密度位置也居中）：一条链为15N，一条链为14N标记的子代双链DNA（3）轻带（密度最小，离试管底部最远）：两条链都为14N标记的子代双链DNA4．实验过程：时值我国改革开放不久，在青年知识分子中掀起了一股出国热潮，许多同学纷纷出国留洋深造。作为同学中佼佼者的xx同样受到冲击，他也曾心动过、向往过。然而，一本介绍美国农业科学家、诺贝尔和平奖得主——矮秆小麦育种专家布劳格生平事迹的书改变了他的想法。35．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。6．实验结论：DNA是以半保留方式复制的。[特别提醒]①该实验在探究过程中采用假说----演译法；②该实验也可以用P、S等元素进行标记；③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。练一练：2、一个被放射性元素标记的双链DNA噬菌体侵染细菌，若此细菌破裂后释放出n个噬菌体，则其中具有放射性元素的噬菌体占总数的（）A、1/nB、1/2nC、2/nD、1/2（四）DNA复制过程中的相关计算教师精讲部分1．DNA分子数、DNA链数及所占比例和脱氧核苷酸与DNA链之间数量关系的计算世代DNA分子的特点DNA分子中脱氧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分子之比链总数不同脱氧核苷酸链占全部链之比只含15N分子含14N、15N杂交分子含14N分子含15N的链含14N的链01全在下部10021012全在中部01041/21/2241/2中部1/2上部01/21/281/43/4381/4中部3/4上部01/43/4161/87/8n2n2/2n中部1-2/2n上部02/2n（或1/2n-1）1-2/2n2n+11/2n1-1/2n2．脱氧核苷酸链数的计算（1）子代DNA分子中脱氧核苷酸总链数=2n+1条；（2）亲代脱氧核苷酸链数=2n条；（3）新合成的脱氧核苷酸链数=2n+1－2条；3．所需脱氧核苷酸数的计算若一亲代DNA分子含某种脱氧核苷酸m个，则：（1）经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n－1)个。时值我国改革开放不久，在青年知识分子中掀起了一股出国热潮，许多同学纷纷出国留洋深造。作为同学中佼佼者的xx同样受到冲击，他也曾心动过、向往过。然而，一本介绍美国农业科学家、诺贝尔和平奖得主——矮秆小麦育种专家布劳格生平事迹的书改变了他的想法。4（2）第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n－1个4．与染色体、细胞数目相关的计算研究DNA分子的半保留复制时，常涉及到计算后代带放射性标记的DNA、染色体或细胞所占比例的问题，此时要注意：（1）一个DNA分子含两条DNA链，只要有一条DNA链带标记该DNA分子便带标记；（2）每条染色体含一个或两个DNA分子，只要一条DNA链带标记便带标记；（3）每个细胞含多条染色体，每条染色体的情况是一样的，只需分析一条染色体即可。[特别提醒]①在一个含有n个碱基对的DNA分子中，双链中碱基的排列和单链中碱基的排列数目最多均为4n种；②运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子所占的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；看准是“含”还是“只含”；还应注意培养液中化学元素的不同。③解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料；④计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。练一练：3、已知某DNA分子含有1000个碱基对，其中一条链上A：G：T：C=1：2：3：4。该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是（）A、600个B、900个C、1200个D、1800个四、经典透析，要点突破1．DNA复制的特点、过程及条件例1：蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是（）A、每条染色体中都只有一条单体被标记；B、每条染色体的两条单体都被标记；C、只有半数的染色体中一条单体被标记；D、每条染色体的两条单体都不被标记。[解析]完成一个细胞周期后，一条染色体只有一个DNA，这一DNA一条链为正常链，一条链为标记。再复制一次后得到两个DNA，一个DNA两条链全部正常链，另一DNA一条链为正常链，另一条链为标记链，这两个DNA分子位于同一染色体的姐妹染色体上。[答案]A解题规律：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的间期和减数第一次分裂的间期；“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分子；“四个条件”是指原料、模板、能量和酶。例2：已知灰免的DNA分子有A、B两条链，将A链上某一区域放大后如图所示，结合本节所学知识回答下列问题：（1）DNA分子在细胞中进行复制时，首先在_______酶的作用下DNA双链解开。（2）若DNA在复制过程中，A链上的一个碱基发生改变，由AT，该DNA分子经过3次复制后所产生的异常DNA分子所占的比例为________。解析：（1）细胞内DNA分子复制过程中，氢键的断裂需要解旋酶；（2）解答DNA分子复制时，应先画出DNA分子复制流程示意图如下：AB时值我国改革开放不久，在青年知识分子中掀起了一股出国热潮，许多同学纷纷出国留洋深造。作为同学中佼佼者的xx同样受到冲击，他也曾心动过、向往过。然而，一本介绍美国农业科学家、诺贝尔和平奖得主——矮秆小麦育种专家布劳格生平事迹的书改变了他的想法。5再分析可知当一条链上的一个碱基发生改变后，以这条链为模板复制成的DNA分子均异常，以另一条链为模板复制成的DNA分子均正常，故后代异常DNA分子所占比例为1/2。答案：（1）解旋；（2）1/2。2．DNA分子复制有关的计算例3：假如某一DNA分子中含有1000个碱基对，将该DNA分子放在用32P标记的脱氧核苷酸的培养液中培养让其复制n次，则子代DNA分子的平均分子量比原来增加（）A、1000B、2000C、1000×（2n－1）/（2n－1）D、1000×（2n－1）/2