3.3 DNA的复制 学案 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学导学案聚焦DNA复制，涵盖复制方式、过程、条件、特点、意义及相关计算。课堂从复制方式的三种推测切入，通过自主学习明确假说，再以梅塞尔森-斯塔尔实验为载体，合作分析实验设计、预期与结果，构建“假说-演绎”学习支架，衔接推测与实证。 资料以科学思维为核心，通过实验证据分析培养演绎推理能力，合作学习环节设计实验预期表格强化探究实践。典型例题与当堂检测结合计算规律，巩固半保留复制特点，渗透结构与功能观的生命观念，提升学生分析解决问题的能力。

3.3 DNA的复制 【学习目标】 1.概述DNA分子通过半保留方式进行复制 2.掌握DNA复制的条件、过程、特点和意义 【能力目标】 通过对探究DNA复制方式实验的分析，学习分析实验的方法 目标一:DNA复制的推测 【自主学习】 1.半保留复制（甲） （1）提出者：沃森和克里克 （2）内容：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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。 （3）结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。丙 乙 甲 2.全保留复制（乙） 指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。 3.分散复制（丙） 在子代DNA两条链中，母链和子链片段镶嵌存在，也叫弥散复制。 目标二:DNA半保留复制的实验证据 【合作学习】 1.实验者：梅塞尔森、斯塔尔 2.实验材料：大肠杆菌 3.实验技术：同位素标记技术、密度梯度离心技术 4.实验原理：15N和14N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。只含14N的双链DNA密度小，一条链含14N，另一条链含15N的双链DNA居中，只含15N的双链DNA密度大。 5.实验过程： 以含有15NH4Cl培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是 标记的。然后将大肠杆菌转移到14NH4Cl的普通培养液中。在 收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中 。 6.实验预期： （1）假设DNA是以半保留方式复制的，对离心后试管中DNA的位置就需要运用 来预测。 大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型 亲代 下部，100% 15N/15N-DNA 第一代 第二代 （2）假设DNA是以全保留方式复制的 大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型 亲代 第一代 第二代 （3）假设DNA是以分散方式复制的 大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型 亲代 第一代 第二代 7.实验结果：科学家完成上述实验的结果是：亲代大肠杆菌的DNA经离心处理后，试管中出现一条DNA带，位置靠近试管的底部，说明其密度最大，是 DNA(用 表示)；将转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条带，但位置居中，说明其密度居中，是 (用 表示)；将第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中，为15N/14N-DNA，另一条带的位置更靠上，说明其密度最小，是 DNA(用 表示)。 8.实验结论： 。 假说 演绎法 9.科学的实验方法 （一）提出问题：DNA是如何复制的? （二）作出假说：推测可能的复制方式 （三）演绎推理：推理、探究几种复制模式下得到子代DNA的可能情况，预测可能实验结果 （四）实验验证、得出结论：实验验证，得到DNA的复制是以半保留的方式进行的结论 【典型例题】 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标记技术和离心技术 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14N/15N－DNA D.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制 目标三:DNA复制 1.DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2.发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。 3.发生场所：主要是细胞核（线粒体、叶绿体） 4.DNA复制过程： (1)解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，氢键断裂。 (2)合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则, 各自合成与母链互补的一条子链。从子链的5' 端向 3' 端延伸。 (3)重新螺旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 5.条件：模板：DNA 分子的两条母链 原料：细胞中游离的4种脱氧核苷酸 酶：解旋酶（作用于氢键）、DNA聚合酶 （作用于磷酸二酯键）等 能量：ATP 6.DNA的复制起点和方向 复制起点：DNA复制是从其特定部位开始的，这一部位叫复制起点。 复制起点一般A、T含量高，因为A、T之间有两个氢键，C、G之间有三个氢键，解开A-T碱基对所需的能量比解开C-G碱基对所需的能量少。 （1）原核生物：单起点双向复制。 （2）真核生物：多起点双向复制。 在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的，原因是它们的复制时间有先后。这种复制方式提高了DNA复制的效率。 复制时，双链DNA在起始点处打开，沿两条张开的单链模板合成DNA新链，尚未解开螺旋的亲代双链DNA的交界处，称为复制叉，两个复制叉之间形成的空间称为复制泡。 7.特点： 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。 边解旋边复制：亲代DNA利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，氢键断裂，部分双螺旋链解旋，然后以解开的　　　　　　每一段母链为模版，各自合成互补的子链，而不是两条母链完全解开后才合成新的子链。 【思考】DNA平均每复制109个碱基对会产生一个错误。 1. 如何保证复制具有如此高的准确性？ 2. DNA进行高精确性的自我复制有何意义？ 答案：1.①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。②碱基具有互补配对的能力，保证了复制能够准确地进行。 2.使遗传信息从亲代传递给子代，保持遗传信息的连续性，使本物种保持相对稳定和延续。 【典型例题】 例2.如图为 DNA 分子复制的两个模型，请据图回答下列问题。 （1） 图 1 中的酶 1 和酶 2 分别是什么酶？分别作用于图 2 中哪个部位？ （2）图 1 中的 a 、 b 、 c 、 d 四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？ 例3.女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为4 μm/min，但复制过程仅需40 min左右即可完成。这是因为DNA分子（ ） 　　A.边解旋边复制 B.复制起点多，分段进行复制 　　C.以半保留方式复制 D.一个复制点双向复制，使子链迅速延伸 例4.下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ） A.在细胞分裂前的间期，发生DNA复制 B.DNA通过一次复制后产生四个DNA分子 C.DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA复制 D.单个脱氧核苷酸在DNA酶作用下连接合成新子链 目标四:DNA复制过程中相关计算规律 假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下： 1.DNA分子数 ①子n代DNA分子总数为　　个。 ②含15N的DNA分子数为　　　　　个。 ③含14N的DNA分子数为　　　个。 ④只含15N的DNA分子数为　　　　个。 ⑤只含14N的DNA分子数为　　　　　个。 2.脱氧核苷酸链数 ①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝　 　条。 ②亲代脱氧核苷酸链数＝　　条。 ③新合成的脱氧核苷酸链数＝ 　　　　　条。 3.消耗的脱氧核苷酸数 ①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为　　　　　个。 ②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为　　　　　个。 　【典型例题】 　例5.一个带有同位素15N标记的DNA分子，以含14N的脱氧核苷酸为原料，连续复制三次，在合成的DNA分子中，带有15N标记的DNA分子占（ ） 　A.12.5% B.25% C.50% D.100% 例6.某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后，共消耗周围环境中的腺嘌呤脱氧核苷酸3000个，则该DNA分子已经复制了几次（ ） 　A.四次 B.五次 C.六次 D.七次 【当堂检测】 1.适宜的研究方法对科学发现非常重要，下列有关叙述错误的是（  ） 　A.摩尔根利用假说—演绎法证明了“基因位于染色体上” 　B.科学家利用放射性同位素15N标记DNA，证明了DNA的半保留复制 　C.赫尔希和蔡斯通过设计对比实验，证明了DNA是噬菌体的遗传物质 　D.沃森和克里克运用模型建构的方法，提出了DNA的双螺旋结构 2．细胞内DNA的半保留复制保证了遗传信息的连续性，下列叙述错误的是（　　） 　A.DNA复制是一个边解旋边复制的过程 　B.碱基互补配对保证了复制能够准确地进行 　C.DNA复制需要模板、原料、酶等，但不需要能量 　D.两个子代DNA分子都由母链和新合成的子链构成 3．下列有关计算结果，正确的是（  ） 　A.某双链DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的38%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么另一条互补链上的G占该链碱基总数的29% 　B.某双链DNA分子共有碱基m个，其中鸟嘌呤占a个，以该DNA为亲代进行DNA复制，则第三次复制中需游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数为2m-4a 　C.将一个双链DNA分子被15N标记的噬菌体去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，则含有14N标记的噬菌体占总数的1/4 　D.某DNA分子的一条单链中(A+T)/(C+G)=0.4，其互补链中（A+T)/(C+G)=2.5 读书不觉已春深，一寸光阴一寸金。第 1 页 共 3 页 学科网（北京）股份有限公司 $