第2章 第2节 第2课时 DNA分子的复制(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物必修2（苏教版2019）

第2课时　DNA分子的复制 [学习目标] 1．通过DNA分子的半保留复制的实验证据和DNA分子复制的过程，形成结构与功能统一的观点。 2．通过提出问题、作出假设、演绎推理、实验验证等过程，说明DNA分子复制的方式，体会假说－演绎法的科学研究方法。 知识点一　对DNA分子复制的推测及实验验证 新知梳理　素养奠基 1．对DNA分子复制的推测 (1)全保留复制模型：即亲代的双螺旋形态结构完全不变，其子代只是全新的复制品。 (2)分散复制模型：即亲代的DNA会分散进入子代复制品的每条链中，亲代和子代的DNA都是旧DNA和新DNA的混合体。 (3)半保留复制模型：即以亲代DNA的每条链为模板合成一条互补链，再与互补链组成子代DNA。 2．DNA分子半保留复制方式的实验验证 (1)实验者是美国科学家米西尔森和斯塔尔。 (2)实验过程 (3)实验结果 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。 (4)实验结论：DNA分子的复制是以半保留的方式进行的。 【判断正误】 1．沃森和克里克证明DNA分子复制方式是半保留复制。(×) 2．证明DNA分子半保留复制的实验运用了同位素标记技术和离心技术。(√) 3．证明DNA分子复制方式的实验只能用同位素标记N。(×) 4．在证明DNA分子复制方式的实验中，从Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少有一条链含14N。(√) 5．DNA分子复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。(×) 探究学习　素养形成 1．要想证明DNA分子的复制方式，关键是什么？ 提示：关键是通过实验区分亲代与子代的DNA。 2．在氮源分别为14N和15N的培养基上生长的细菌，其DNA分子分别为14N－DNA(相对分子质量为a)和15N－DNA(相对分子质量为b)。将亲代细菌转移到含14N的培养基上，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下图所示。 (1)Ⅰ代细菌DNA分子的结构是怎样的？ (2)子一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？子二代出现了中带和轻带两条条带，说明了什么？ 提示：(1)Ⅰ代细菌DNA分子中只有一条链被15N标记。 (2)全保留复制；说明DNA不是分散复制，而是半保留复制。 【归纳总结】 1．实验过程图解 2．实验结果 (1)亲代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了一条DNA带。位置在试管底部。 (2)子一代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了一条DNA带。位置在试管中部。 (3)子二代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了两条DNA带。一条在试管中部，一条在试管更靠上部。 3．实验结论 DNA分子的复制是以半保留的方式进行的。 题组通关　素养案例 1．某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是(　　) A．本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术 B．a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的 C．b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N/14N－DNA D．实验结果说明DNA分子的复制方式是半保留复制 解析　本活动中使用了14N和15N，即采用了同位素示踪技术，3个离心管中的条带是经密度梯度离心产生的；a管中只有重带，即15N/15N－DNA，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的；b管中只有中带，即DNA都是15N/14N－DNA；c管中具有1/2中带(15N/14N－DNA),1/2轻带(14N/14N－DNA)，综合a、b、c三支管可推测，a管中为亲代DNA：15N/15N－DNA，b管中为在含14N的培养基上复制一代后的子代DNA：15N/14N－DNA，c管中为在含14N的培养基上复制两代后的子代DNA：1/215N/14N－DNA、1/214N/14N－DNA，据实验结果可说明DNA分子的复制方式是半保留复制。 答案　B 2．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，提取其子代的DNA经离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是(　　) A．第一次分裂的子代DNA应为⑤ B．第二次分裂的子代DNA应为① C．第三次分裂的子代DNA应为③ D．亲代的DNA应为⑤ 解析　亲代DNA为15N/15N，如图⑤；经第一次分裂所形成的子代DNA应均为15N/14N，应如图②所示；第二次分裂的子代DNA为15N/14N和14N/14N，且数量比为1∶1，如图①所示；第三次分裂的子代DNA为15N/14N和14N/14N，且数量比为1∶2如图③所示。 答案　A 知识点二　DNA复制的过程 新知梳理　素养奠基 1．概念：在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为DNA分子半保留复制。 2．准确复制的原因 (1)双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。 (2)碱基互补配对原则保证了复制准确进行。 3．过程图析 4．结果：形成两个与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子。 5．特点：边解旋边复制、半保留复制。 6．意义：将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性。 【判断正误】 1．DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接。(×) 2．DNA复制也需要消耗ATP。(√) 3．DNA复制的原料是四种游离的核糖核苷酸。(×) 4．DNA复制时，严格遵循A－U、C－G的碱基互补配对原则。(×) 5．DNA复制的特点是半保留复制和边解旋边复制。(√) 探究学习　素养形成 1．所有的细胞都存在核DNA分子的复制吗？复制后的两个子代DNA将在细胞分裂的何时分开？ 提示：不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核DNA分子的复制；不分裂的细胞不存在DNA分子复制。复制后的两个子的DNA分子将在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时，随两个染色单体的分离而分开，分别进入两个子细胞中。 2．根据图1、图2思考下列问题： (1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶，各有什么作用？分别作用于图2中的哪个部位(用字母表示)? (2)图1中的abcd四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？ (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？ (4)DNA复制效率高是因为半保留复制还是边解旋边复制？ (5)DNA的复制需要消耗ATP吗？为什么需要适宜的温度和pH? 提示：(1)酶1是解旋酶，作用是将两条脱氧核苷酸链打开；酶2是DNA聚合酶，作用是将单个的脱氧核苷酸连接起来。解旋酶作用于f，DNA聚合酶作用于e。 (2)a和c的碱基排列顺序相同，b和d的碱基排列顺序相同。 (3)是。因为两条母链进入到两个子代DNA分子中，新形成的子代DNA分子中只有一条链是亲代的母链。图中还能看出DNA分子是边解旋边复制。 (4)是因为边解旋边复制。 (5)需要；因为DNA复制过程需要酶，而酶的活性受温度和pH的影响。 3．DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA? 提示：DNA复制n次形成2n个DNA，第n次复制形成2n－1个DNA。 【归纳总结】 1．DNA复制的场所 (1)真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核。 (2)原核生物：拟核、细胞质(如质粒的复制)。 (3)病毒：宿主细胞内。 2．真核生物细胞核中DNA复制发生的时间 分裂前的间期。 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间的氢键。 (2)DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。 (3)DNA连接酶的作用是连接DNA片段。 4．DNA复制知识拓展 (1)复制起始点指复制是从DNA分子的特定部位开始的。原核生物每个DNA分子只有一个复制起始点。 (2)由于真核生物DNA相对较长，常利用多起点的方式进行复制，有多个复制起点。这样可以加快复制的速度。 (3)生物界存在如下两种复制方向 ①从起始点向一个方向进行，通常称为单向复制。 ②从起始点向两个方向进行，通常称为双向复制。大多数生物染色体的DNA及病毒环形DNA等的复制是双向的，并且是对称的。 5．DNA指纹模式图的获得及其应用 (1)应用DNA指纹技术，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成DNA指纹图。 (2)由于每个人的DNA指纹模式图是独一无二的，因而此技术被广泛应用于刑侦领域、亲子鉴定、遗骸鉴定等。 6．DNA复制的相关计算 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＝2n个。 ②含有亲代DNA链的子代DNA分子＝2个。 ③不含亲代DNA链的子代DNA分子＝(2n－2)个。 (2)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链＝2n＋1条。 ②亲代脱氧核苷酸链＝2条。 ③新合成的脱氧核苷酸链＝(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，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。 ②第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸＝m·2n－1个。 7．与染色体、细胞数量相关的计算 (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，只要有一条DNA链带标记，该染色体便带标记。 (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(减数分裂时只需分析一对同源染色体)即可。 题组通关　素养案例 1．如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述不正确的是(　　) A．由图示得知，DNA复制的方式是半保留复制 B．解旋酶能使双链DNA解开，且需要消耗ATP C．从图中可以看出合成两条子链的方向都是5′到3′ D．DNA聚合酶的作用位点为两条脱氧核苷酸链之间的氢键 解析　由图示可知，新合成的每个DNA中，都保留了原来DNA中的一条链，因此DNA复制的方式是半保留复制，A正确；解旋酶使DNA双链解开，该过程需要消耗ATP，B正确；DNA复制的时候只能从5′端向3′端延伸，C正确；DNA聚合酶的作用位点为一条链中相邻的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，D错误。 答案　D 2．一个无标记DNA分子在15N的环境中复制，若子一代DNA的一条单链出现差错，则子二代DNA中，差错DNA单链和含15N的DNA分子分别占(　　) A．1/3,1　　　　　　　　B．1/4,1 C．1/3,1/2　　　　　　D．1/4,1/2 解析　一条初始DNA分子有两条链，没被标记，在15N的环境中复制两次后，形成4个DNA分子，全部被15N标记。若子一代DNA一条单链出现差错，则子二代DNA中会有两条单链出现差错，因此选B。 答案　B [科技情境] 下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“”表示时间顺序。 (1)据图比较大肠杆菌和哺乳动物DNA分子复制的异同点。 ①相同点：________________________________ ②不同点：________________________________ (2)C图与A图、F图与D图相同，C、F能被如此准确的复制出来，原因是什么？ 提示：(1)①均是边解旋边复制，均是双向复制 ②大肠杆菌是单起点复制；哺乳动物是多起点复制 (2)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证了DNA分子复制的准确无误。 [课堂小结] 1．生命观念：DNA复制能够准确无误的进行是与其结构与特性紧密联系的。规则的双螺旋结构能够为DNA的复制提供精确的模板，碱基互补配对原则保证了复制的准确无误。在DNA复制过程中，需要细胞代谢为其提供能量，并需要多种酶的催化。 2．科学探究和科学思维：科学家利用同位素标记技术和离心技术设计实验，运用假说－演绎的方法对实验结果进行演绎推理，证明DNA是通过半保留的方式进行复制。 3．社会责任：DNA复制的准确无误并不是绝对的，在某些因素的影响下有可能会出现差错，因此要养成健康生活的习惯。 学科网（北京）股份有限公司 $$