(新教材)2019人教版高中生物必修二第3章第3节DNA的复制第4节基因通常是有遗传效应的DNA片段讲义.doc
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1、1/14第第 3 3 节节DNA 的复制的复制第第 4 4 节节基因通常是有遗传效应的基因通常是有遗传效应的 DNA 片段片段课标内容要求课标内容要求核心素养对接核心素养对接1概述概述 DNA 分子通分子通过半保留方式进行复过半保留方式进行复制。制。2 DNA 中碱基的排列中碱基的排列顺序编码遗传信息。顺序编码遗传信息。1生命观念生命观念:准确说出准确说出 DNA 复制的过程和特点复制的过程和特点,明明确确DNA 在前后代可以保持连续性;同时说明基因和在前后代可以保持连续性;同时说明基因和 DNA在结构和功能上的关系。在结构和功能上的关系。2科学思维科学思维:根据碱基互补配对原则进行根据碱基互
2、补配对原则进行 DNA 复制的复制的相关计算;并通过分类相关计算;并通过分类和比较及分析和综合和比较及分析和综合,说出基因说出基因和和 DNA、染色体、脱氧核苷酸、性状等的关系。、染色体、脱氧核苷酸、性状等的关系。3科学探究科学探究:分析探究分析探究 DNA 复制的实验方法复制的实验方法、过程和过程和结论。结论。一、一、DNA 的复制的复制1对对 DNA 复制的推测复制的推测(1)提出者:提出者:沃森和克里克沃森和克里克。(2)假说内容:假说内容:解旋:解旋:DNA 复制时复制时,DNA 双螺旋解开双螺旋解开,互补的碱基之间的互补的碱基之间的氢键氢键断裂。断裂。复制复制模板:模板:DNA 分子
3、解开的分子解开的两条单链两条单链原料:游离的原料:游离的 4 种种脱氧核苷酸脱氧核苷酸原则:原则:碱基互补配对碱基互补配对原则原则特点特点:新合成的每个新合成的每个 DNA 分子中分子中,都保留了原来都保留了原来 DNA 分子中的一条链分子中的一条链,这种复制方式称作这种复制方式称作半保留复制半保留复制。2DNA 半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据(1)实验材料:实验材料:大肠杆菌大肠杆菌。(2)实验方法:运用实验方法:运用同位素标记同位素标记技术和密度梯度离心技术。技术和密度梯度离心技术。(3)实验过程:实验过程:2/14(4)实验预期实验预期两条链被标记情况两条链被标记情况密度大小密
4、度大小离心位置离心位置都是都是15N最大最大靠近试管的靠近试管的底底部部一条一条15N,一条一条14N居中居中位置位置居中居中都是都是14N最小最小靠近试管的靠近试管的上上部部(5)实验结果:实验结果:提取亲代提取亲代 DNA离心离心位置靠近试管位置靠近试管底部底部。繁殖一代后繁殖一代后,提取提取 DNA离心离心位置位置居中居中。繁殖两代后繁殖两代后,提取提取 DNA离心离心1/2 位置位置居中居中,1/2 位置位置更靠上更靠上。(6)实验结论:实验结论:DNA 的复制是以的复制是以半保留的方式进行的半保留的方式进行的。3DNA 复制的过程复制的过程(1)DNA 复制的概念、时间、场所复制的概
5、念、时间、场所概念:以概念:以亲代亲代 DNA 为模板合成子代为模板合成子代 DNA 的过程。的过程。时间:细胞分裂前的时间:细胞分裂前的间期间期。场所:主要是场所:主要是细胞核细胞核。(2)DNA 的复制过程的复制过程3/14(3)特点特点过程:过程:边解旋边复制边解旋边复制。方式:方式:半保留复制半保留复制。(4)准确复制的原因准确复制的原因DNA 独特的独特的双螺旋双螺旋结构结构,为复制提供了精确的模板。为复制提供了精确的模板。通过通过碱基互补配对碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。保证了复制能够准确地进行。(5)意义:将意义:将遗传信息遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞从亲代细胞传递
6、给子代细胞,从而保持了遗传信息的从而保持了遗传信息的连续性连续性。二、基因通常是有遗传效应的二、基因通常是有遗传效应的 DNA 片段片段1说明说明基因与基因与 DNA 关系的实例关系的实例2DNA 片段中的遗传信息片段中的遗传信息4/14(1)遗传信息:遗传信息:DNA 分子中分子中 4 种碱基种碱基的排列顺序。的排列顺序。(2)特点特点多样性:多样性:碱基排列顺序碱基排列顺序的千变万化。的千变万化。特异性:每一个特异性:每一个 DNA 分子有分子有特定的碱基排列顺序特定的碱基排列顺序。稳定性:稳定性:DNA 分子的结构较稳定。分子的结构较稳定。3与生物体多样性和特异性的关系与生物体多样性和特
7、异性的关系DNA 的多样性和特异性的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。是生物体多样性和特异性的物质基础。判断对错判断对错(正确的打正确的打“”“”,错误的打错误的打“”“”)1证明证明 DNA 复制方式的实验只能用同位素标记复制方式的实验只能用同位素标记 N。()2在证明在证明 DNA 复制方式的实验中复制方式的实验中,从从代开始细菌代开始细菌 DNA 分子中至少有一分子中至少有一条链含条链含14N。()3DNA 复制遵循复制遵循碱基互补配对原则碱基互补配对原则,新合成的新合成的 DNA 分子中两条链均是新分子中两条链均是新合成的。合成的。()4任何生物的基因都是有遗传效应的任何
8、生物的基因都是有遗传效应的 DNA 片段。片段。()5碱基排列顺序的千变万化碱基排列顺序的千变万化,构成了构成了 DNA 分子的多样性。分子的多样性。()答案答案1提示:提示:DNA 的组成元素有的组成元素有 C、H、O、N、P,这几种元素这几种元素都有同位素都有同位素,所以标记任何一种元素都可以。所以标记任何一种元素都可以。23提示提示:DNA 分子的复制方式为半保留复制分子的复制方式为半保留复制,所以子代所以子代 DNA 的两条的两条链中包含了一条母链和一条子链。链中包含了一条母链和一条子链。4提示提示:RNA 病毒病毒(如烟草花叶病毒如烟草花叶病毒、禽流感病毒禽流感病毒、埃博拉病毒等埃博
9、拉病毒等)的的遗传物质是遗传物质是 RNA,其基因是有遗传效应的其基因是有遗传效应的 RNA 片段。片段。5DNA 半保留复制的实验证据分析半保留复制的实验证据分析1实验方法:实验方法:放射性同位素标记法和密度梯度离心法。放射性同位素标记法和密度梯度离心法。2实验原理实验原理:含含15N 的双链的双链 DNA 密度大密度大,含含14N 的双链的双链 DNA 密度小密度小,一一条链含条链含14N、一条链含、一条链含15N 的双链的双链 DNA 分子密度居中。分子密度居中。5/143实验假设:实验假设:DNA 以半保留的方式复制。以半保留的方式复制。4实验预期:实验预期:离心后应出现离心后应出现
10、3 条条 DNA 带。带。(1)重带重带(密度最大密度最大):两条链都为:两条链都为15N 标记的亲代双链标记的亲代双链 DNA。(2)中带中带(密度居中密度居中):一条链为:一条链为14N 标记标记,另一条链为另一条链为15N 标记的子代双标记的子代双链链DNA。(3)轻带轻带(密度最小密度最小):两条链都为:两条链都为14N 标记的子代双链标记的子代双链 DNA。5实验过程实验过程6过程分析过程分析(1)立即取出立即取出,提取提取 DNA离心离心全部重带。全部重带。(2)繁殖一代后取出繁殖一代后取出,提取提取 DNA离心离心全部中带。全部中带。(3)繁殖两代后取出繁殖两代后取出,提取提取
11、DNA离心离心1/2 轻带、轻带、1/2 中带。中带。7实验结论:实验结论:DNA 的复制是以半保留的方式进行的。的复制是以半保留的方式进行的。(1)该实验在探究过程中使用的方法是假说该实验在探究过程中使用的方法是假说演绎法。演绎法。(2)该实验也可以用该实验也可以用 P、C 等元素进行标记。等元素进行标记。(3)在实验过程中一定要注意提取在实验过程中一定要注意提取 DNA 的时间的时间, 以大肠杆菌繁殖一次所用的以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。时间为间隔。1 细菌在含细菌在含15N 的培养基中繁殖数代后的培养基中繁殖数代后, 细菌细菌 DNA 的含氮碱基皆含有的含氮碱基皆含有15N,然后
12、再将其移入含然后再将其移入含14N 的培养基中培养的培养基中培养,抽取亲代及子代的抽取亲代及子代的 DNA 离心分离离心分离,如如图图为可能的结果为可能的结果,下列叙述错下列叙述错误的是误的是()6/14A子一代子一代 DNA 应为应为B子二代子二代 DNA 应为应为C子三代子三代 DNA 应为应为D亲代的亲代的 DNA 应为应为C亲代亲代 DNA 全为全为15N,应为应为,复制一次后复制一次后,DNA 一条链为一条链为15N,一条一条链为链为14N,应为应为;复制两次后形成;复制两次后形成 4 个个 DNA,其中其中 2 个全为个全为14N,2 个是一条个是一条链为链为15N,一条链为一条链
13、为14N,应为应为;复制三次后形成;复制三次后形成 8 个个 DNA,其中其中 6 个个 DNA全为全为14N,2 个个 DNA 的一条链为的一条链为14N,一条链为一条链为15N,故故 C 错。错。2下列有关下列有关“探究探究 DNA 的复制过程的复制过程”活动的叙述活动的叙述,正确的是正确的是()A培养过程中培养过程中,大肠杆菌将利用大肠杆菌将利用 NH4Cl 中的中的 N 合成合成 DNA 的基本骨架的基本骨架B 通过对第二代大肠杆菌通过对第二代大肠杆菌 DNA 的密度梯度离心的密度梯度离心, 得出得出 DNA 复制的特点为复制的特点为半保留复制半保留复制C将含将含14N/14NDNA
14、的大肠杆菌放在以的大肠杆菌放在以15NH4Cl 为唯一氮源的培养液中为唯一氮源的培养液中培养培养若干代若干代,所获得的大肠杆菌的所获得的大肠杆菌的 DNA 中都含有中都含有15ND将含将含15N/15NDNA 的大肠杆菌转移到以的大肠杆菌转移到以14NH4Cl 为唯一氮源的培养液为唯一氮源的培养液中繁殖一代后中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌若将提取的子代大肠杆菌 DNA 解旋处理后进行密度梯度离心解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将只出现离心管中将只出现 1 个条带个条带C培养过程中培养过程中,大肠杆菌将利用大肠杆菌将利用 NH4Cl 中的中的 N 合成含氮碱基进而形合成含氮碱基进而形成
15、成DNA 两条链之间的碱基对两条链之间的碱基对, A 错误错误; 通过对亲代通过对亲代、 第一代第一代、 第二代大肠杆菌第二代大肠杆菌 DNA的密度梯度离心的密度梯度离心,对比分析才可得出对比分析才可得出 DNA 复制的特点为半保留复制复制的特点为半保留复制,B 错误错误;根据根据 DNA 的半保留复制的半保留复制,将含将含14N/14NDNA 的大肠杆菌放在以的大肠杆菌放在以15NH4Cl 为唯为唯一氮源的培养液中培养若干代一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的所获得的大肠杆菌的 DNA 中都含有中都含有15N,C 正正确确;将含将含15N/15NDNA 的大肠杆菌转移到以的大肠杆菌
16、转移到以14NH4Cl 为唯一氮源的培养液中繁为唯一氮源的培养液中繁殖一代后殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌若将提取的子代大肠杆菌 DNA 解旋处理后进行密度梯度离心解旋处理后进行密度梯度离心,离心离心管中将出现轻、重管中将出现轻、重 2 个条带个条带,D 错误。错误。看准亲代和培养液的标记情况看准亲代和培养液的标记情况(1)若亲代若亲代 DNA 用用15N 标记标记,在在14N 的培养液中培养的培养液中培养,则离心时则离心时,亲代在底亲代在底部部,子一代居中子一代居中,子二代一半居中子二代一半居中,一半靠上。一半靠上。(2)若亲代若亲代 DNA 用用14N 标记标记,在在15N 的培养液中培
17、养的培养液中培养,则离心时则离心时,亲代在上亲代在上7/14部部,子一代居中子一代居中,子二代一半居中子二代一半居中,一半在底部。一半在底部。DNA 复制复制1DNA 复制过程的分析复制过程的分析(1)复制的场所复制的场所在自然状态下在自然状态下,生生物的物的 DNA 均在均在细胞中复制细胞中复制原核生物原核生物拟核(主要)拟核(主要)细胞质(如质粒)细胞质(如质粒)真核生物真核生物细胞核(主要)细胞核(主要)线粒体线粒体叶绿体叶绿体病毒:在活的宿主细胞内病毒:在活的宿主细胞内(2)复制的结果:复制的结果:DNA 分子复制一次形成两个完全相分子复制一次形成两个完全相同的同的 DNA 分子分子,
18、且与且与亲代亲代 DNA 分子相同分子相同,每个子代每个子代 DNA 分子中一条为母链分子中一条为母链,另一条为新合成的子另一条为新合成的子链。链。(3)子代子代 DNA 分子的组成:新合成的链与对应的模板链。分子的组成:新合成的链与对应的模板链。(4)两个子代两个子代 DNA 的位置及分开时间:复制产生的两个子代的位置及分开时间:复制产生的两个子代 DNA 分子位于分子位于一对姐妹染色单体上一对姐妹染色单体上, 由着丝粒连在一起由着丝粒连在一起, 在有丝分裂后期或减数分裂在有丝分裂后期或减数分裂后期着后期着丝粒分裂时分开丝粒分裂时分开,分别进入两个子细胞中。分别进入两个子细胞中。2DNA 复
19、制的有关计算复制的有关计算将含有将含有15N 的的 DNA 分子放在含有分子放在含有14N 的培养基上培养的培养基上培养,复制复制 n 次次,则:则:(1)DNA 分子数分子数子代子代 DNA 分子数分子数2n个。个。含有亲代含有亲代 DNA 链的子代链的子代 DNA 分子数分子数2 个。个。不含亲代链的子代不含亲代链的子代 DNA 分子数分子数(2n2)个。个。(2)脱氧核苷酸链数脱氧核苷酸链数子代子代 DNA 分子中脱氧核苷酸链数分子中脱氧核苷酸链数2n1条。条。亲代脱氧核苷酸链数亲代脱氧核苷酸链数2 条。条。新合成的脱氧核苷酸链数新合成的脱氧核苷酸链数(2n12)条。条。(3)消耗的脱氧
20、核苷酸数:若一亲代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分子含有某种脱氧核苷酸 m 个个,经过经过 n 次复制需要消耗该脱氧核苷酸次复制需要消耗该脱氧核苷酸 m(2n1)个;第个;第 n 次复制次复制,消耗该脱氧核消耗该脱氧核苷酸数为苷酸数为 m2n1。8/14应用实践应用实践:1.如图为真核细胞如图为真核细胞 DNA 复制过程的模式图复制过程的模式图,据图回答相关问题据图回答相关问题:(1)据图可知据图可知,DNA 聚合酶使两条子链从聚合酶使两条子链从 5端到端到 3端端,还是从还是从 3端到端到 5端进端进行合成?行合成?提示:提示:从从 5端到端到 3端进行。端进行
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