2019-2020学年高中生物 第三章 遗传的分子基础 第三节 遗传信息的传递学案 浙科版必修2

第三节遗传信息的传递1.概述DNA分子的复制。2.通过“活动：探究DNA的复制过程”，感悟科学实验中蕴含的理性精神与求真意识、批判精神与创新意识，逐步领悟科学的本质特征。[学生用书P47]一、DNA复制的概念产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程。二、DNA复制的过程1．形成“模板链”：在有关酶的作用下，两条链的配对碱基之间的氢键断开，碱基暴露出来，形成了两条模板链。2．合成子链：每一条母链按照碱基互补配对的原则，吸引含有互补碱基的核苷酸，最后相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间形成磷酸二酯键，产生一条新链(子链)。3．形成新的DNA分子：一条“模板链”(母链)与一条新链(子链)形成一个新的DNA分子，即一个双螺旋DNA分子变成了两个双螺旋分子，并且新形成的DNA分子与亲代DNA分子相同。三、DNA复制的特点DNA复制的特点是半保留复制，即新合成的双链DNA分子中，一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。四、DNA复制的意义DNA复制是遗传物质从亲代向子代传递的基础。生殖细胞形成过程中进行DNA的复制，使亲代的遗传信息传递给了子代，从而保持了前后代遗传信息的连续性。完成DNA复制的基本条件是什么？提示：模板、原料、能量和酶等。以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板，经复制后的子链是什么？提示：DNA复制合成子链时，每一条母链按照互补配对的原则，吸引含有互补碱基的核苷酸，最后相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间形成磷酸二酯键，产生一条新链(子链)。所以根据碱基互补配对原则，在DNA分子中A与T配对，C与G配对，模板链为“—A—T—C—”，经复制后的子链为“—T—A—G—”。DNA复制的探究[学生用书P48]1．探究方法：同位素示踪法。2．探究过程3．结果世代DNA分子离心后在管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子之比不同脱氧核苷酸链占全部链之比只含15N的DNA分子含14N、15N的DNA分子只含14N的DNA分子含15N的链含14N的链亲代全在下部10010第二代全在中部0101/21/2第三代1/2中部，1/2上部01/21/21/43/44.结论(1)新合成的子代双链DNA分子中，一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。(2)DNA的复制是以亲代的一条DNA链为模板，按照碱基互补配对原则，合成另一条具有互补碱基的新链。(3)复制出的DNA分子与亲代DNA分子完全相同。5．特点：DNA的复制方式为半保留复制。1．细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA经高速离心分离，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⑤解析：选C。由于DNA分子的复制是半保留复制，因此依据这一特点来分析，⑤为亲代DNA，②为子一代DNA，①为子二代DNA，③为子三代DNA。不可能出现④中的情形。2．在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N­DNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N­DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示，请分析回答下列问题：(1)由实验结果可以推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链是________，另一条链是________。(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得的细菌的DNA用同样的方法分离。请参照A图将DNA分子可能出现在试管中的位置在B图中标出。解析：DNA复制为半保留复制，亲代15N­DNA在14N的培养基中连续复制两次的图示为：答案：(1)15N母链14N新链(2)见图DNA复制的理解[学生用书P48]1．DNA复制相关知识归纳场所真核细胞：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体；原核细胞：拟核、细胞质(细胞溶胶)时间细胞分裂间期模板亲代DNA的两条链原料4种游离的脱氧核苷酸能量ATP酶DNA聚合酶等特点半保留复制，多个复制起点结果一个DNA分子形成了两个DNA分子。新复制出的2个子代DNA分子通过细胞分裂分配到2个子细胞中去(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片断。(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，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。(6)DNA分子的复制往往是从多个起点进行的，如图：2．DNA准确复制的原因DNA分子之所以能自我复制，取决于DNA的双螺旋结构，它为复制提供了模板；同时，由于碱基具有互补配对的特性，因此能确保复制的准确。在复制过程中，脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性，但也可能发生差错，这种稳定性和可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。3．下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A．在细胞有丝分裂前的间期，发生DNA复制B．DNA通过一次复制后产生四个DNA分子C．DNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA的复制D．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链解析：选A。DNA通过一次复制后产生两个DNA分子，复制两次才能产生四个DNA分子。DNA复制过程应该是边解开螺旋边复制。单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。4．如图为真核细胞DNA分子复制过程模式图。据图分析，下列相关叙述中错误的是()A．由图示可知，DNA分子复制的方式是半保留复制B．从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的C．子链合成的方向是一定的D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP解析：选D。由图示可以看出，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，DNA分子复制的方式为半保留复制；由图中的箭头可知，两条链上DNA聚合酶移动的方向是相反的；子链合成的方向是一定的，即只能从5′端向3′端延伸；图示解旋的过程中只有解旋酶的作用，而没有DNA聚合酶的参与。判断DNA复制要三看一看模板是否为DNA；二看原料是否为脱氧核苷酸；三看产物是否为DNA。DNA复制的相关计算[学生用书P49]DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：1．DNA分子数(1)子代DNA分子数＝2n个。(2)含有亲代链的子代DNA分子＝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)亲代脱氧核苷酸链数＝2条。(2)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1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(2n－1)m个。5．(2017·浙江4月选考)若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第2次分裂中期。下列叙述正确的是()A．每条染色体中的两条染色单体均含3HB．每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3HC．每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3HD．每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H解析：选A。第2次分裂中期时有一半DNA分子只有一条脱氧核苷酸链含3H，另一半DNA分子两条脱氧核苷酸链均含3H，故B、C、D均错。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，如图所示：6．用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含有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．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个C．含有14N的DNA分子占7/8D．复制结果共产生16个DNA分子解析：选C。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次，可得到24个DNA分子，其中含有14N的DNA分子占100%，C错误；含有15N的DNA分子占2/16，因为DNA分子复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中，A正确；1个DNA分子经过4次复制，共产生24＝16个DNA分子，D正确；在含有100个碱基对的DNA分子中，若有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤个数为(100×2－60×2)/2＝40个，则连续复制4次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40×(24－1)＝600个，B正确。与DNA复制过程相关计算的误区辨析(1)在一个含有n个碱基对的DNA分子中，双链中碱基对的排列和单链中碱基的排列最多均为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)运用DNA半保留复制特点，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)在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。核心知识小结[要点回眸][规范答题]1.DNA复制发生在细胞分裂的间期．．．．．。2.DNA复制需要DNA．．．模板、．．．4．种脱氧核苷酸做．．．．．．．原料以及酶和能量．．．．．．．．。3.DNA复制的特点是边解旋边．．．．复制．．和半保留复．．．．制．。4.DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板．．；通过碱基互补配对．．．．．．，保证了复制能够准确地进行。[随堂检测][学生用书P50]1．下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A．产物是RNA分子B．场所主要是细胞溶胶C．原料是氨基酸D．方式是半保留复制解析：选D。DNA复制方式为半保留复制，合成的子代DNA分子包括一条新链和一条母链。2．如图所示是研究DNA复制方式的实验，根据这些实验结果进行的推论，正确的是()菌种：大肠杆菌培养条件与方法：(1)在含15N的培养基中培养若干代，使DNA均被15N标记(甲图)。(2)转至14N的培养基中培养，每30分钟繁殖一代。(3)取出每代DNA样本，并离心分层。①丙是转入14N培养基中复制一代的结果②乙是转入14N培养基中复制二代的结果③出现丁的结果至少需要60分钟④戊图表示复制三代后不再具有15N标记DNAA．①④B．①③C．②③D．①②③解析：选B。①由于DNA分子复制是半保留复制，而丙中DNA全在中部，所以丙是转入14N培养基中复制一代的结果，正确；②乙中是1/2在下部、1/2在中部，而DNA分子复制是半保留复制，所以复制后不可能有在下部的DNA存在，错误；③丁中是1/2在中部、1/2在上部，说明DNA已复制两次，而复制一次需要30分钟，所以出现丁的结果至少需要60分钟，正确；④戊中全部在上部，表示不具有15N标记的DNA；而DNA分子的复制是半保留复制，15N标记的DNA两条链一直存在，错误。3.(2019·浙江1月学考)假设T2噬菌体的DNA含1000个碱基对，其中胞嘧啶占全部碱基的30%。一个32P标记的T2噬菌体侵染细菌，释放出50个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A．子代噬菌体中最多有2个32P标记的噬菌体B．噬菌体增殖过程所需的原料、模板、酶等全部由细菌提供C．用含32P的培养基可直接培养出32P标记的T2噬菌体D．产生这些子代噬菌体共消耗了9800个胸腺嘧啶脱氧核苷酸答案：A4．在试管中合成DNA的实验过程是：先把高能磷酸基团接到四种脱氧核苷酸上，然后将这四种磷酸脱氧核苷酸放入一支试管中，还要加入从某