教师用书2016_2017版高中生物第3章遗传的分子基础第3节遗传信息的传递学案

第三节遗传信息的传递
1．记住DNA复制的概念。

2．说出DNA复制的过程。

(重难点)
3．用碱基互补配对原则分析DNA复制的特点。

探究DNA的复制过程
1．实验方法：同位素示踪法。

2．实验原理
(1)含15N的双链DNA密度较大，离心后的条带应分布于离心管的下部。

(2)含14N的双链DNA密度较小，离心后的条带应分布于离心管的上部。

(3)两条链分别含15N和14N的双链DNA密度介于双链均含15N的DNA和双链均含14N的DNA 之间，离心后的条带应分布于离心管的中部。

3．实验过程
Cl为唯一氮源的培养液中繁殖若干代。

(1)大肠杆菌在以15NH
4
(2)将上述大肠杆菌转到以14NH
Cl为唯一氮源的培养液中培养。

4
(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，即分别取完成一次细胞分裂和两次细胞分裂的大肠杆菌，并将其中的DNA分子分离出来。

(4)将提取的DNA进行密度梯度超速离心和分析，记录离心后离心管中DNA的位置。

4．实验结果(如图示)
(1)离心管a：立即取出提取DNA→离心→离心管底部(15N­15N­DNA)。

(2)离心管b：繁殖一代后取出提取DNA→离心→离心管中部(15N­14N­DNA)。

(3)离心管c：繁殖二代后取出提取DNA→离心→离心管上部和离心管中部(14N­14N­DNA 和15N­14N­DNA)。

5．实验结论：DNA的复制方式为半保留复制。

[合作探讨]
探讨1：该实验的假说是什么？
提示：DNA以半保留的方式复制。

探讨2：科学家用15N标记的NH
Cl培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖两代，然后
4
收集并提取DNA，再将提取的DNA进行密度梯度离心，请说出离心后试管中DNA的位置。

提示：一半居中，一半位于下层。

[思维升华]
1．图解该实验的过程
2．预期该实验的结果
离心后应出现3条DNA带，见上图。

(1)重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)。

(2)杂交带(密度居中)：一条链为15N，另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)。

(3)轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。

某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究(已知培养用的细菌大约每20min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示)。

请回答下列问题：
(1)综合分析本实验的DNA离心结果，前三组实验中，第组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第组和第组的结果进行比较，才能说明DNA 分子的复制方式。

(2)分析讨论
①若实验三的离心结果为：如果DNA位于1/2重带和1/2轻带位置，则是复制；如果DNA位于全中带位置，则是复制。

为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：如果DNA位于(位置及比例，下同)带位置，则是全保留复制；如果DNA 位于带位置，则是半保留复制。

②若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。

为什么？。

(3)实验得出结论：DNA复制方式为半保留复制。

若将实验四的实验时间改为60min，离心后密度带的数量和位置是否发生变化？。

若实验三的结果中，子一代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为。

【解析】(1)由于第一组A是完全含14N的DNA，第二组B是经多代培养后完全被15N 标记的DNA，而第三组是第二组B经过一次复制形成的子代DNA，其离心结果显示，新合成的DNA全部为中带，即一条链含被标记的15N，一条链含未被标记的14N。

必须将第一组的A(全部轻带)与第二组的B(全部重带)进行比较，才能说明B的子一代的全部中带的获得方式是半保留复制。

(2)若子Ⅰ代出现两条带，分别是轻带和重带，则重带DNA只能来自B被15N 标记的DNA，轻带只能来自新合成的DNA，因此，可推测DNA的复制方式不是一条链来自亲代DNA，一条链新合成的半保留复制，而是全保留复制；若将实验三得到的子一代DNA双链分开，则离心结果也会出现轻带和重带两条带，故不能判断DNA的复制方式。

(3)若将子代继续培养，则子n代离心，密度带仍旧为中带和轻带两条；若实验结果中子一代中带略宽，其最可能的原因是新合成的DNA单链中仍有部分被15N标记。

【答案】(1)三一二
(2)①全保留半保留1/4轻和3/4重1/2中和1/2重
②不能不论是全保留还是半保留，实验结果都是一样的
(3)没有变化15N
DNA的复制
1．概念：产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程。

2．时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

3．DNA复制的过程
(1)解旋：在解旋酶作用下，DNA分子两条链的配对碱基之间的氢键断裂，碱基暴露出来，形成两条“模板链”(母链)。

(2)合成子链：以每一条母链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。

(3)形成子代DNA：延伸子链，母子链盘绕成双螺旋结构。

结果，一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子。

4．复制的条件
模板：亲代DNA解旋产生的两条母链。

原料：游离的四种脱氧核苷酸。

酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶。

能量：ATP。

5．复制的特点：半保留复制，即子代DNA双链＝一条母链＋一条新子链。

6．意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

[合作探讨]
探讨1：对真核生物来说，DNA复制只发生在有丝分裂间期和减数分裂间期吗？
提示：不是，真核生物的无丝分裂也有DNA复制。

探讨2：真核生物DNA复制的场所只有细胞核吗？原核生物DNA复制的场所是什么？
提示：不是，还有线粒体、叶绿体。

原核生物DNA复制的场所主要是拟核。

探讨3：DNA准确复制的原因是什么？
提示：DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。

探讨4：某个DNA片段由500对碱基组成，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次，其需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为多少？
提示：990
探讨5：用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入含31P的培养基中培养，在第二次细胞分裂中期和后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P 标记的染色体条数分别是多少？
提示：中期每个细胞含染色体20条，被32P标记的有20条，后期每个细胞含染色体40条，被32P标记的有20条。

[思维升华]
1．对DNA复制的理解
(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 片段。

(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。

2．DNA 复制的有关计算
(1)将含有15
N 的DNA 分子放在含有14
N 的培养基上培养，复制n 次，则：
①子代DNA 共2n
个15
N 的DNA 分子：2个
15N 的DNA 分子：014N 的DNA 分子：2n 个
14N 的DNA 分子：（2n
－2）个
②脱氧核
苷酸链共2
n ＋1
15
N 的脱氧核苷酸链：2条14
N 的脱氧核苷酸链：（2
n ＋1
－2）条
(2)若某DNA 分子含某碱基x 个，则该DNA 分子进行n 次复制，需含该碱基的脱氧核苷酸分子数＝互补的碱基的脱氧核苷酸分子数＝(2n
－1)x 。

若计算第n 次需该碱基多少个，其公式应为(2
n －1
)x 个。

[特别提醒]
解答此类问题时，应看准是“含”还是“只含”，是“DNA 分子数”还是
“脱氧核苷酸链数”。

1．体外进行DNA 复制的实验，向试管中加入有关的酶、4种脱氧核苷酸和ATP，37℃下保温。

下列叙述中正确的是(
)
A．能生成DNA，DNA 的碱基比例与4种脱氧核苷酸的比例一致B．不能生成DNA，因为缺少DNA 模板
C．能生成DNA，DNA 的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联D．不能生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件
【解析】DNA 复制需要的条件是模板、原料、酶、能量等，题目的条件缺少模板，不能生成DNA。

【答案】
B
2．某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有A个。

下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述，错误的是()
【导学号：35930024】A．在第一次复制时，需要(m－A)个
B．在第二次复制时，需要2(m－A)个
C．在第n次复制时，需要2n－1(m－A)个
D．在n次复制过程中，总共需要2n(m－A)个
【解析】本题的关键是看清选项，A、B、C选项都是第几次复制，因而可先计算出DNA 分子中胞嘧啶的数目，胞嘧啶C＝(m－A)个。

若DNA连续复制n次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目＝(2n－1)(m－A)个，所以选项D错误。

若DNA连续复制n次，其中第n次需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目＝2n－1(m－A)个。

【答案】D
1．下列关于DNA复制的叙述，正确的是()
A．在细胞有丝分裂间期，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】DNA复制发生在细胞分裂的间期。

一个DNA分子复制一次得到两个DNA分子；DNA分子边解旋边复制；单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成新的子链，DNA酶则是将DNA分子水解为单个脱氧核苷酸。

【答案】A
2．用15N标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖四代，a、b、c 为三种DNA分子；a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，如下图，这三种DNA分子的比例正确的是()
【解析】假设亲代DNA分子为n个，则繁殖四代后，DNA分子总数为16n个。

其中只含15N的DNA分子为0个，同时含14N和15N的DNA分子的有2n个，只含14N的DNA分子有14n 个，它们呈现的比例为D图所示。

【答案】D
3．如下图所示为DNA的复制图解，请据图回答下列问题：
(1)DNA的复制发生在期。

(2)②过程称为。

(3)③过程中的子链是。

(4)③过程必须遵循原则。

(5)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有的特点。

(6)将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，则含14N的DNA细胞占细胞总数的，含15N的DNA细胞占细胞总数的。

【解析】DNA的复制发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。

DNA复制时，先将两条链之间的氢键打开，形成两条单链，即解旋；然后以两条单链为模板，按照碱基互补配对原则，再各形成一条新链，最后母链和新合成的子链进行螺旋化，形成新的DNA分子。

DNA分子复制的方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和一条与母链互补的子链，DNA分子中的两条母链一直往后代传递。

复制n次后产生的子代DNA分子为2n个，本题中含有15N标记的子代DNA分子为2个，所占比例为2/2n。

【答案】(1)有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间(2)解旋(3)Ⅱ、Ⅲ(4)碱基互补配对(5)半保留复制(6)100%12.5%
课堂小结：
网络构建核心回扣
1.复制是指产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA
分子的过程。

2.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸作原料以
及酶和能量。

3.DNA复制的特点是半保留复制和边解旋边复制。

4.DNA复制是遗传物质从亲代向子代传递的基础。