高中生物 第三章 第三節(jié) 遺傳信息的傳遞學(xué)案 浙科版必修2

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1、第三節(jié)　遺傳信息的傳遞 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點(diǎn)難點(diǎn) 1.能記住DNA復(fù)制的概念。 2.能說(shuō)出DNA復(fù)制的過(guò)程。 3.會(huì)用堿基互補(bǔ)配對(duì)原則分析DNA復(fù)制的特點(diǎn)。 重點(diǎn)：DNA復(fù)制的過(guò)程。 難點(diǎn)：DNA半保留復(fù)制的理解。 一、探究DNA的復(fù)制過(guò)程 1．材料：大腸桿菌。 2．方法：放射性同位素示蹤法、離心技術(shù)。 3．結(jié)論：DNA復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的。 二、DNA的復(fù)制 1．概念：產(chǎn)生兩個(gè)跟親代DNA完全相同的新DNA分子的過(guò)程。 2．時(shí)間：有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。 3．DNA復(fù)制的過(guò)程 （1）解旋：在解旋酶作用下，DNA分子兩條鏈的配對(duì)堿基之間的

2、氫鍵斷裂，堿基暴露出來(lái)，形成兩條“模板鏈”（母鏈）。 （2）合成子鏈：以每一條母鏈為模板，在DNA聚合酶作用下，利用游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成與母鏈互補(bǔ)的子鏈。 （3）形成子代DNA：延伸子鏈，母子鏈盤(pán)繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。結(jié)果，一個(gè)DNA分子形成兩個(gè)完全相同的子代DNA分子。 4．復(fù)制的條件 模板：親代DNA解旋產(chǎn)生的兩條母鏈。 原料：游離的四種脫氧核苷酸。 酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶。 能量：ATP。 5．復(fù)制的特點(diǎn)：半保留復(fù)制，即子代DNA雙鏈＝一條母鏈＋一條新子鏈。 6．意義：將遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性。 7．DNA準(zhǔn)

3、確復(fù)制的原因 （1）DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能為DNA復(fù)制提供精確的模板。 （2）堿基互補(bǔ)配對(duì)原則保證了復(fù)制的準(zhǔn)確進(jìn)行。 預(yù)習(xí)交流 在DNA復(fù)制過(guò)程中，保證復(fù)制準(zhǔn)確無(wú)誤進(jìn)行的關(guān)鍵步驟是（　?。?。 A．解旋酶破壞氫鍵并使DNA雙鏈解開(kāi) B．游離的脫氧核苷酸與母鏈堿基互補(bǔ)配對(duì) C．與模板鏈配對(duì)的脫氧核苷酸連接成子鏈 D．子鏈與模板鏈盤(pán)繞成雙螺旋結(jié)構(gòu) 答案：B 解析：在DNA復(fù)制過(guò)程中，有解旋、合成子鏈和螺旋化等過(guò)程，但是能保證復(fù)制得到的兩個(gè)DNA分子相同的機(jī)制是在復(fù)制過(guò)程中，嚴(yán)格按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成子鏈。 一、探究DNA的復(fù)制過(guò)程 1．探究DNA的復(fù)制用

4、什么方法？具體探究過(guò)程怎樣？ 答案：同位素示蹤法。 具體探究過(guò)程是： ①用放射性同位素15N標(biāo)記大腸桿菌的DNA。 ②將被標(biāo)記的大腸桿菌轉(zhuǎn)入以14NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)。 ③分別取完成一次細(xì)胞分裂和完成兩次細(xì)胞分裂的大腸桿菌，并將大腸桿菌中的DNA分子分離出來(lái)，進(jìn)行密度梯度超速離心和分析。 2．用15N標(biāo)記大腸桿菌的DNA，然后將標(biāo)記15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，子一代和子二代大腸桿菌的DNA中含15N的情況如何？ 答案：子一代大腸桿菌的DNA中都含有15N，子二代大腸桿菌的DNA中一半含15N。結(jié)果如下圖： 在氮源為14N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大

5、腸桿菌，其DNA分子均為14NDNA（對(duì)照）；在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其DNA分子均為15NDNA（親代）。將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上，再連續(xù)繁殖兩代（Ⅰ和Ⅱ），用某種離心方法分離得到的結(jié)果如下圖所示。 請(qǐng)分析： （1）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推測(cè)第一代（Ⅰ）細(xì)菌DNA分子中一條鏈含________；另一條鏈含________。 （2）將第一代（Ⅰ）細(xì)菌轉(zhuǎn)移到含15N的培養(yǎng)基上繁殖一代，將所得到細(xì)菌的子DNA用同樣的方法分離，請(qǐng)參照?qǐng)D甲，將DNA分子可能出現(xiàn)在試管中的位置在圖乙中標(biāo)出。 （3）若將15NDNA（親代）的大腸桿菌在14N培養(yǎng)基上連續(xù)復(fù)制3次，則所產(chǎn)生的

6、DNA中全含15N（重DNA）、一條鏈含15N（中DNA）及兩鏈均不含15N（輕DNA）的比例為_(kāi)_____，在這些子DNA中，含15N的鏈占全部子DNA鏈的比例為_(kāi)_______。 答案：（1）15N　14N （2）如下圖 （3）0∶2∶6　1/8 解析：將15N-DNA（親代）的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上，根據(jù)半保留復(fù)制，第一代（Ⅰ）細(xì)菌DNA分子中一條鏈含15N，另一條鏈含14N。將第一代（Ⅰ）細(xì)菌轉(zhuǎn)移到含15N的培養(yǎng)基上繁殖一代，所得到細(xì)菌的子DNA中1/2是中帶，1/2是重帶。若將15NDNA（親代）的大腸桿菌在14N培養(yǎng)基上連續(xù)復(fù)制3次，則所產(chǎn)生的8個(gè)DNA中有

7、0個(gè)全含15N（重DNA），有2個(gè)DNA一條鏈含15N（中DNA）以及6個(gè)DNA的兩鏈均不含15N（輕DNA）。 DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)——氯化銫密度梯度離心實(shí)驗(yàn) （1）氯化銫密度梯度離心 氯化銫超速離心時(shí)，鹽離子由于受到強(qiáng)大的離心力而被拉向離心管底部，同時(shí)溶液中存在的擴(kuò)散作用與離心力相對(duì)抗，使Cs＋與Cl－分散在整個(gè)溶液中，CsCl經(jīng)過(guò)離心后，溶液達(dá)到一種平衡狀態(tài)，擴(kuò)散和沉淀的兩種相對(duì)力量保持平衡，形成一個(gè)連續(xù)的CsCl濃度梯度，溶液的密度在離心管底部最大，頂部最小。如果DNA分子溶解在CsCl中，它們會(huì)逐漸集中在一條狹窄的帶上，則DNA分子的密度恰好與那一點(diǎn)的CsCl密度相等。若

8、用同位素標(biāo)記DNA分子，則使DNA的密度不同，然后利用DNA能吸收紫外線(xiàn)的特點(diǎn)，用光源照射，則在照相底版上就出現(xiàn)了DNA的不同位置。 （2）過(guò)程 （3）結(jié)果 注意：分裂多次的結(jié)果中其實(shí)還有兩條DNA單鏈為14N標(biāo)記的，但因分裂多次，在整個(gè)DNA中含量很少，可以忽略。 二、DNA的復(fù)制 1．DNA復(fù)制發(fā)生在什么時(shí)候？ 答案：DNA復(fù)制發(fā)生在有絲分裂間期或減數(shù)第一次分裂前的間期。 2．DNA復(fù)制的方式是什么？ 答案：DNA復(fù)制的方式是半保留方式，即子代DNA的兩條鏈有一條鏈來(lái)自親代DNA。 3．DNA復(fù)制遵循什么原則？ 答案：堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。 4．DNA復(fù)制的原

9、料是什么？ 答案：四種脫氧核苷酸，即腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。 5．DNA復(fù)制的模板來(lái)自哪里？ 答案：DNA復(fù)制的模板是親代DNA的兩條鏈。 6．DNA復(fù)制需要哪些酶直接參與？ 答案：①解旋酶：斷裂DNA兩條鏈之間的氫鍵。 ②DNA聚合酶：連接單個(gè)脫氧核苷酸成為長(zhǎng)鏈。 7．DNA復(fù)制是個(gè)耗能的過(guò)程，能量由什么直接提供？ 答案：ATP。 下圖所示為DNA分子復(fù)制的片段，圖中a、b、c、d表示各條脫氧核苷酸鏈。一般的說(shuō)，下列各項(xiàng)正確的是（　?。?。 A．a(chǎn)和c的堿基序列互補(bǔ) B．b和c的堿基序列相同 C．a(chǎn)鏈中（A＋T）

10、/（G＋C）的比值與b鏈中同項(xiàng)比值不同 D．a(chǎn)鏈中（A＋T）/（G＋C）的比值與c鏈中同項(xiàng)比值相同 答案：D 解析：本題考查DNA分子復(fù)制的特點(diǎn)，即半保留復(fù)制。在a、b、c、d四條脫氧核苷酸鏈中，其中a和b、d的堿基互補(bǔ)，d和a、c的堿基互補(bǔ)，b和d、a和c的堿基序列相同。在雙鏈DNA分子中A＝T、G＝C，則一條鏈中的（A＋T）或（G＋C）與互補(bǔ)鏈中的（A＋T）或（G＋C）相同，則a鏈中（A＋T）/（G＋C）的比值與b鏈中同項(xiàng)比值相同，與c鏈中同項(xiàng)比值也相同。 1．DNA復(fù)制的計(jì)算 DNA在自我復(fù)制過(guò)程中，最鮮明的特點(diǎn)就是半保留復(fù)制。一個(gè)DNA分子無(wú)論復(fù)制多少代，這個(gè)DNA的兩條

11、鏈不變，一直作為模板，分別進(jìn)入兩個(gè)子代DNA分子中。關(guān)于這方面的計(jì)算，可按下表進(jìn)行。 已知某全部N原子被15N標(biāo)記的DNA分子（0代），轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)（復(fù)制）若干代，其結(jié)果分析如下表： 世代 DNA分子的特點(diǎn) DNA分子中脫氧核苷酸鏈的特點(diǎn) 分子總數(shù) 細(xì)胞中的DNA分子在離心管中的位置 不同DNA分子占全部DNA分子之比 鏈總數(shù) 不同脫氧核苷酸鏈占全部鏈的比例 只含15N的分子 含14N15N的分子 只含14N的分子 含15N的鏈 含14N的鏈 0 1 全在下部 1 0 0 2 1 0 1 2 全在中部 0 1 0 4

12、 2 4 中部，上部 0 8 3 8 中部，上部 0 16 n 2n 中部，1－上部 0 或 1－ 2n＋1 1－ 2.DNA分子復(fù)制前后某種堿基數(shù)量的計(jì)算 若某DNA分子含某堿基x個(gè)，則該DNA分子進(jìn)行n次復(fù)制，需含該堿基的脫氧核苷酸分子數(shù)＝互補(bǔ)的堿基的脫氧核苷酸分子數(shù)＝（2n－1）x。若計(jì)算第n次需該堿基多少個(gè)，其公式應(yīng)為（2n－1）x個(gè)。 1．下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是（　?。?。 A．在細(xì)胞有絲分裂間期，發(fā)生DNA復(fù)制 B．DNA通過(guò)一次復(fù)制后產(chǎn)生四個(gè)DNA分子 C．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部

13、解鏈后，開(kāi)始DNA的復(fù)制 D．單個(gè)脫氧核苷酸在DNA水解酶的作用下連接合成新的子鏈 答案：A 解析：DNA分子的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期，是以親代DNA的兩條鏈為模板，合成兩個(gè)子代DNA分子的過(guò)程。DNA復(fù)制過(guò)程需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA水解酶。DNA是邊解旋邊復(fù)制，而不是雙螺旋全部解鏈后才開(kāi)始DNA的復(fù)制。 2．某DNA分子中含有1 000個(gè)堿基對(duì)（P元素只含32P）。若將DNA分子放在只含31P的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中讓其復(fù)制3次，則子代DNA的相對(duì)分子質(zhì)量平均比親代DNA減少（　?。?。 A．1 000 B．1 500 C．1 7

14、50 D．無(wú)法確定 答案：C 解析：1個(gè)DNA分子復(fù)制3次則生成8個(gè)DNA分子。其中6個(gè)DNA分子全為31P，另2個(gè)DNA分子一條鏈含31P，另一條鏈含32P，所以相對(duì)分子質(zhì)量平均比親代減少＝1 750。 3．先用同位素14C標(biāo)記一個(gè)DNA分子，然后加入含有12C的游離的脫氧核苷酸，在適宜的條件下經(jīng)過(guò)n次復(fù)制后，所得DNA分子中含有12C的脫氧核苷酸單鏈數(shù)與含14C的脫氧核苷酸單鏈數(shù)之比是（　　）。 A．2n∶1 B．（2n－2）∶n C．（2n－1）∶2 D．（2n－1）∶1 答案：D 解析：1個(gè)DNA分子復(fù)制n次后，形成2n個(gè)DNA分子。其中2n－

15、2個(gè)DNA全部為12C。另2個(gè)DNA分子一條鏈含14C，另一條鏈含12C，故含12C的脫氧核苷酸鏈與含14C的脫氧核苷酸鏈數(shù)之比為（2n－1）∶1。 4．實(shí)驗(yàn)室模擬生物體DNA復(fù)制必需的一組條件是（　?。? ①酶?、谟坞x的脫氧核苷酸?、跘TP?、蹹NA分子?、輒RNA?、捱m宜的酸堿度?、哌m宜溫度?、鄑RNA A．①②③④⑤⑧ B．②③④⑤⑦⑧ C．②③④⑤⑥⑦ D．①②③④⑥⑦ 答案：D 解析：DNA的復(fù)制過(guò)程是重要的生理過(guò)程，離不開(kāi)酶和能量，還需要DNA作為模板、游離的脫氧核苷酸等基本條件，而酶的作用受溫度、酸堿度的影響。 5．某個(gè)DNA片段由500對(duì)堿基組

16、成，A＋T占?jí)A基總數(shù)的34%，若該DNA片段復(fù)制2次，共需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸分子個(gè)數(shù)為（　　）。 A．330 B．660 C．990 D．1 320 答案：C 解析：根據(jù)題干中的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出胞嘧啶（C）為C＝1 000×（1－34%）×＝330個(gè)，該DNA分子復(fù)制2次需游離C為330×（22－1）＝990個(gè)。 6．下圖是DNA復(fù)制圖解，請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題。 （1）DNA復(fù)制的時(shí)期是________________________。 （2）DNA準(zhǔn)確復(fù)制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是__________________和__________________。 （

17、3）一個(gè)有15N標(biāo)記的DNA分子，放在沒(méi)有標(biāo)記的環(huán)境中培養(yǎng)，復(fù)制三次后標(biāo)記的DNA分子占DNA分子總數(shù)的________，標(biāo)記的鏈占全部DNA單鏈的________。 （4）一個(gè)DNA分子復(fù)制完畢后，新形成的DNA分子的子鏈________。 A．是DNA母鏈的片段 B．和DNA母鏈之一完全相同 C．和DNA母鏈相同，但T被U所取代 D．和DNA母鏈稍有不同 （5）由（4）題可見(jiàn)，DNA分子復(fù)制又稱(chēng)為_(kāi)_______復(fù)制。 答案：（1）有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期 （2）獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)　堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 （3）　 （4）B （5）半保留 6