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1、2012高中生物新课标苏教版示范教案：第二节DNA的结构和DNA的复制第2课时第二课时 DNA的复制 导入新课师:同学们，已经知道了DNA分子能够储存大量的遗传信息。作为遗传物质与严谨的双链螺旋结构有关，还与其功能有关。而复制是DNA的重要功能，那么，何谓复制,复制的过程如何,有何意义呢,下面我们一起来学习DNA的复制。 ks5u 推进新课师:对真核生物而言，DNA主要存在于细胞的什么部位, 生:DNA主要存在于细胞核内。 师:DNA结构怎样, 生:双链螺旋结构、极性反向平行、碱基互补配对、排列顺序无穷。 师:细胞周期中的分裂间期细胞有何主要变化, 生:DNA分子的复制，有关蛋白质分子的合成。
2、 师:遗传信息储存在什么物质中, 生:DNA分子中。 师:遗传信息如何传递, 生:通过DNA的复制。 师:何谓DNA的复制, 板 书: 一、DNA的复制 生:以亲代DNA分子为摸板合成子代DNA分子的过程称为DNA复制。 师:DNA的复制发生在什么时期, 生:发生在有丝分裂间期和减数分裂的第一次分裂的间期。 师:DNA分子是以什么方式进行复制的, 板 书: 1(DNA分子复制的方式 师:为了证明DNA分子的复制方式，1957年两位科学家设计了一个非常精巧的实验。ks5u 学生活动:阅读文本P“事实2”图文，分析DNA分子半保留复制的实验过程。 57师:(1)该实验采用了什么物理方法, (2)4
3、组实验的具体过程是怎样的,各自出现怎样的结果, (3)实验中，第一组实验的作用是什么, (4)实验中，子一代细菌、子二代细菌究竟是第几组细菌的子代, (5)离心处理后，为什么子一代的DNA只有杂合链带,你能以图示的形式来表示其本质吗, (6)子二代DNA出现了轻链带和杂合链带，说明了什么, 学生活动:结合文本P“事实2”图文事实，分组讨论。 57生甲:该实验采用了同位素标记法与梯度离心法。ks5u 师:同位素标记法在生物实验中经常被使用，主要是用来跟踪某种化学元素所存在的化合物的变化或该化合物在生物体内的变化规律等。在做标记实验时，要注意选择被标记的元素在某种物质中是唯一的，如在噬菌体内标记蛋
4、白质，一般选择S元素，而标记DNA一般选择P元素，因为S元素不存在DNA中，而生物体P元素主要在DNA中。之所以不选择N元素，是由于其在DNA和蛋白质中都存在。通过同位素标记的元素和普通元素的比较可以起到对照作用，来研究某种元素的变化规律，如本实验就是这样。 14生乙:(1)第一组实验是把细菌培养在含有轻同位素(N)的培养基中，在细菌的生长过程中，轻同位素进入含氮碱基，然后掺入新合成的DNA链中。经过多次细胞分裂，细菌细胞的14DNA充分地被N标记上了。然后将细菌细胞破碎，提取DNA，进行氯化铯梯度离心，结果，14NDNA在轻带位置。ks5u 15(2)第二组实验是把细菌培养在含有重同位素(N
5、)的培养基中，在细菌的生长过程中，重同位素进入含氮碱基，然后掺入新合成的DNA链中。经过多次细胞分裂，细菌细胞的DNA1515充分地被N标记上了。然后将细菌细胞破碎，提取DNA，进行氯化铯梯度离心，结果，NDNA在重带位置。 15(3)第三组实验是把细菌培养在含有重同位素(N)的培养基中，在细菌的生长过程中，重同位素进入含氮碱基，然后掺入新合成的DNA链中。经过多次细胞分裂，细菌细胞的DNA1514充分地被N标记上了。然后把这些标记的细胞移入正常的轻同位素(N)的培养基中，经过一次细胞分裂，抽取细菌样本，再提取DNA，进行氯化铯梯度离心，结果，第一代DNA分子则位于轻带和重带之间的中带位置。
6、15(4)第四组实验是把细菌培养在含有重同位素(N)的培养基中，在细菌的生长过程中，重同位素进入含氮碱基，然后掺入新合成的DNA链中。经过多次细胞分裂，细菌细胞的DNA1514充分地被N标记上了。然后把这些标记的细胞移入正常的轻同位素(N)的培养基中，经过两次细胞分裂，抽取细菌样本，再提取DNA，进行氯化铯梯度离心，结果，第二代DNA分子一半位于轻带，一半位于中带。 生丙:实验中，第一组实验的作用是作为第二组、第三组、第四组实验的对照组。 15生丁:实验中，子一代细菌是第二组细菌(NDNA重链带细菌)的子代、子二代细菌是第三1514组细菌(NDNA、NDNA中链带细菌)的子代。 生戊:尝试进行
7、板演，以图示的形式分析为何子一代的DNA只有杂合链带。 教师:活动:对学生的分析进行评价，引导学生自主分析为何子一代的DNA只有杂合链带。 师:造成子一代的DNA只有杂合链带的原因可能是由于DNA的复制方式为半保留复制。1514即以DNA分子的两条链中的一条单链(NDNA单链)为模板(母链)，以N的游离的脱氧核糖14核苷酸为原料，合成一条子链(NDNA单链)，一条母链与一条子链形成一个子一代的DNA1514分子，即NDNA、NDNA中链DNA分子。一个DNA分子一次复制结束后可形成两个DNA分子。 师:如何来证明你的推测, 学生活动:小组讨论，提出设计方案，小组代表发言。 生如果将第一代DNA
8、分子用解旋酶处理后再离心，则一部分在重带位置，另一部分在轻1514带位置，这就证明了DNA的复制是半保留复制，其中一条含N，另一条含N。 生己子二代DNA出现了轻链带和杂合链带，更说明了DNA的复制是半保留复制。 板 书: 2(DNA的半保留复制 师:指导学生以图示的方式来表示子二代DNA出现了轻链带和杂合链带的原因。 教师:活动:进行巡视、指导与评价。 学生活动:自主完成图示，与伙伴交流学习成果。 师:什么是DNA半保留复制, 生上述实验证明，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，这种复制方式又被称为DNA半保留复制。 师:那么，DNA的复制究竟是如何进行的呢,
9、DNA复制的时间、场所、模板、条件、原料、过程、产物与产物的去向又是怎样的呢, 课件展示: DNA分子复制的动画课件,着重描述DNA复制的时间、场所、模板、条件、原料、过程、产物与产物的去向等信息要素。 学生活动:观察多媒体信息，结合阅读文本P，思考上述问题。 58师:DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程。 师:DNA分子是如何复制的, 板 书:ks5u 3(DNA分子复制的过程 (1)时间、场所 (2)条件:模板、原料、能量、酶 学生活动:学生小组讨论，代表发言。 生:DNA分子复制过程包括解
10、旋、合成、复旋三个步骤。 (1)解旋:在DNA解旋酶的作用下，由ATP提供能量，打开对应的碱基对之间的氢键，使双链DNA解开成为两条单链。 (2)子链的延伸合成:在DNA聚合酶的作用下，各自以DNA两条链(母链)为模板， ATP为能量，脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则合成一条新的子链。ks5u (3)复旋:在DNA复旋酶的作用下，由ATP提供能量，一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子。即:1DNA?2DNA单链(母)?2条母链，2条子链?(1条母链，1条子链)，(1条母链，1条子链)?2DNA。来源:学*科*网 师:由上述过程可以知道，在以母链为模板合成新的子链的过程中，新合成的子
11、链上脱氧核苷酸的排列顺序与另一条母链上脱氧核苷酸的排列顺序完全相同，故母链与子链螺旋化形成的新DNA分子中碱基对的排列顺序也完全相同;新形成的每个DNA分子中的双链有一条是来自上代DNA的母链，所以叫半保留复制。 师:DNA分子复制发生于什么时期, 生:DNA分子复制发生于细胞周期的分裂间期。 师:DNA分子复制发生于什么场所, 生:主要在细胞核内进行。 师:还有哪些场所可能会发生DNA分子复制呢, 生:真核细胞的线粒体与叶绿体;原核细胞的拟核与细胞质(如质粒的复制);病毒的复制发生于宿主细胞内。 师:DNA分子复制需要什么条件呢, 生:需要ATP提供能量;需要多种酶催化(解旋酶、合成酶、复旋
12、酶);需要适宜的温度与pH提供酶催化的适宜条件;需要A、T、G、C四种大量的脱氧核苷酸为原料;需要DNA的两条单链作为复制的模板。 师:谁为DNA分子复制提供精确的模板呢, 生:DNA分子独特的双螺旋结构。 师:DNA分子复制的模板是什么, 生:DNA分子的两条单链都可以作为复制的模板。 师:DNA分子复制的产物是什么,产物的去向是什么, 生:DNA分子复制的产物是形成两条子链，每条子链与一条母链螺旋形成一个子代DNA分子，共形成两个DNA分子，由一个着丝点连接。在有丝分裂后期或减数分裂的第二次分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体分开，这样两个DNA分子就进入两个子细胞。 师:什么机制保证DNA
13、分子复制精确进行呢, 生:严格遵循碱基互补配对原则。 师:DNA分子复制过程中会发生差错吗, 生:从理论上，任何事物都可能发生差错，但是DNA分子复制过程中是否会发生差错，我们无从而知。来源:Ks5u.Com 师:DNA分子复制过程中会发生差错，这叫做基因突变，具体知识，我们在以后学习，假如有兴趣的同学，可以课后查阅相关资料。 师: DNA分子复制对DNA作为遗传物质有何意义, 生:复制结束后，1个DNA分子就形成了2个完全相同的DNA分子。DNA分子通过复制，使遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息的连续性。 课件展示: DNA分子复制 时间来源:高考 资源网 场所 模板 条件 过程 过
14、程的特点 产物 产物去向 学生活动:自主完成上述表格。 师:一个DNA分子复制几代后的情况如何, 生:因DNA复制采用半保留的方式，所以一个DNA分子经几代复制后的所有DNA中，只有两个DNA分子含有原DNA链。但所有DNA与原DNA所带的信息(脱氧核苷酸的排列顺序)完全相同。(变异除外) 课堂小结(1)在DNA分子复制时边解旋、边合成、边复旋，存在着多个起始点同时进行的现象，这样使得复制可以节省时间、提高效率。 (2)新DNA分子双链为“一母一子”，因此复制更为精确，致使遗传信息更加稳定。稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。 (3)但是，这并不意味着复制时毫
15、无差错，否则，自然界便没有了变异，生物界就不会向前发展。 二、DNA分子的复制 1(DNA分子复制的方式 2(DNA的半保留复制 3(DNA分子复制的过程 (1)时间、场所 (2)条件:模板、原料、能量、酶 探究题目:玉米叶肉细胞中叶绿素的形成是由相应的遗传物质控制的，但也和环境有关。探究环境中哪些因素影响性状的表现, 教师:指导:玉米叶肉细胞中叶绿素的形成是由遗传物质决定的，同时也受到环境因素的影响，如光、营养物质等。现仅从光对叶绿素形成的影响为例，介绍探究过程。 探究目的:探究光对玉米叶肉细胞中叶绿素的形成的影响。 探究步骤: (1)取若干玉米种子，提供适宜的条件，使其萌发长成幼苗。 (2
16、)取正常健壮玉米幼苗若干，分成相同的三组，置于相同的培养皿中培养。 (3)第一组进行连续的光照;第二组不进行光照;第三组作为对照，12小时光照，12小时黑暗。 观察玉米幼苗叶片颜色的变化。 (4)小组讨论，探讨光影响叶片颜色形成的原因。 1(解析:在DNA片段中，A,T，G,C，已知A,a,T，总碱基数为a/b;C,1/2(a/b,2a),(1/2b,1)a。 答案:B来源:高考资源网 2(解析:DNA的复制为半保留复制，复制过程中仅一条链发生了差错，而另一条链不受影响。故发生差错性改变的基因占全部基因的50%。 答案:B 3(解析:进入细菌体内的是标记了的噬菌体，只有一分子的DNA，且做模板
17、，DNA复制所需的原料由细菌提供。所以，最后释放出的200个噬菌体中，只有2个是被标记了的。 答案:B 4(解析:在DNA分子中，A,T，G,C，所以，A，T(单链)/单链总碱基数,A，T(双链)/双链总碱基数，已知DNA一条链所用A、C、T、G碱基模型的数量比为1?2?3?4，则该DNA分子模型中上述碱基模型数量比应为1?2?3?4。 答案:A 5(解析:因为DNA的复制为半保留复制，所以第一代大肠杆菌DNA分子中的一条链是141515NDNA、另一条链是NDNA;第一代的大肠杆菌被转移到含N的培养基上繁殖得到第二1415代，新形成DNA分子，一个为一条链含N，另一条链含N，另一个DNA分子
18、的两条链都15含N。 1415答案:(1)NDNA、NDNA (2)1/2位于中带、1/2位于重带。 1(DNA分子的复制 (一)情感与态度：所谓复制就是新合成的DNA分子与原来的DNA分子结构一致。能够“自我”复制是遗传物质的重要特征之一。染色体能够复制，基因能够复制，归根到底是DNA能够复制。DNA分子的复制发生在细胞的有丝分裂或减数分裂的第一次分裂前的间期。这时候，一个DNA分子双链之间的氢键断裂，两条链彼此分开，各自吸收细胞内的核苷酸，按照碱基配对原则合成一条新链，然后新旧链联系起来，各自形成一个完整的DNA分子。复制完毕时，原来的一个DNA分子，即成为两个DNA分子。因为新合成的每条
19、DNA分子都含有一条原来的链和一条新链，所以这种复制方式称为半保留复制。应该指出，研究工作表明，在复制过程中，DNA的两条母链并不是完全解开以后才合成新的子链，而是在DNA聚合酶的作用下，边解开边合成的，并且这种复制需要RNA作为引物，待DNA复制合成后，由核酸酶切掉引物，经DNA聚合酶的修补和连接酶的“焊接”把它们连接成完整的DNA链。(下图为DNA双螺旋的复制) 圆心角：顶点在圆心的角叫做圆心角.(3)若条件交代了某点是切点时,连结圆心和切点是最常用的辅助线.（切点圆心要相连）双链解螺旋，在各条旧链上由三磷酸核苷构成单位建立起新的多核苷酸链。这就产生出两个相同的双螺旋，各由一条旧链和一条新
20、链组成。DNA复制时，要有一个专一性的酶DNA聚合酶起作用。 (1)DNA的解旋 亲代DNA分子，利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，氢键断裂，部分双螺旋链解旋为两条平行双链(图1)。 (3)若条件交代了某点是切点时,连结圆心和切点是最常用的辅助线.（切点圆心要相连）(2) RNA引物的生成 以单股DNA为模板，在引物酶作用下，合成小段(由几十个核苷酸组成)RNA引物(图2)。 (3)DNA的生成 以单股DNA为模板，在DNA聚合酶作用下，在RNA引物末端合成DNA(图3)。 (4)切掉引物生成冈崎片段 在核酸酶作用下切掉引物。在DNA聚合酶作用下，将引物部位换上DNA，此时的DNA片段(由
21、1 0002 000个核苷酸组成)称为冈崎片段(1968年日本科学家冈崎等人首先提出的)。 扇形的面积S扇形=LR2(5)DNA片段的连接 在连接酶作用下，将冈崎片段连接起来(图5)，形成一条完整的新的DNA链，新链与旧链构成DNA双链。 7.同角的三角函数间的关系：tanA不表示“tan”乘以“A”；DNA分子的复制过程示意图 53.264.1生活中的数3 P24-29关于DNA分子的复制功能，现已在人工合成DNA分子的实验中获得完全的证实。1956年，美国生物化学家科恩伯格(A. Kornberg,1918,)以天然的大肠杆菌噬菌体174的DNA为引子(即按照它的分子结构)，用4种核苷酸作
22、为原料，加入适当的能源ATP，在大肠杆菌DNA聚合酶的作用下，已经能在试管中成功地把游离的核苷酸合成为174的DNA。这个半人工合成的DNA具有生物活性，用它来侵染大肠杆菌，能够在寄主体内繁殖。DNA分子能够人工复制是有重大的生物学意义的。但是，必须指出，DNA分子的人工复制不能脱离细胞内的其他物质和条件，如需要原料(4种核苷酸)、能量(ATP)、酶的作用等等。因此，它必然要受整个生活细胞的制约。严格地说，那种认为DNA能够脱离其他物质和条件进行“自我”复制的看法是不确切的。 应用题2(DNA分子的特性 DNA分子具有稳定性、多样性和特异性。 （2）交点式：y=a(x-x1)(x-x2)稳定性
23、:DNA分子的双螺旋结构是相对稳定的。这是因为在DNA分子双螺旋结构的内侧，通过氢键形成的碱基对，使两条脱氧核苷酸长链稳固地并联起来。另外，碱基对之间纵向的相互作用力也进一步加固了DNA分子的稳定性。各个碱基对之间的这种纵向的相互作用力叫做碱基堆集力，它是芳香族碱基电子间的相互作用引起的。现在普遍认为碱基堆集力是稳定DNA结构的最重要的因素。再有，双螺旋外侧负电荷的磷酸基团同带正电荷的阳离子之间形成的离子键，可以减少双链间的静电斥力，因而对DNA双螺旋结构也有一定的稳定作用。 多样性:DNA分子由于碱基对的数量不同，碱基对的排列顺序千变万化，因而构成了DNA分子的多样性。例如，一个具有4 000个碱基对的DNA分子所携带的遗传信息是44 000种，2 408即10种。 特异性:不同的DNA分子由于碱基对的排列顺序存在着差异，因此，每一个DNA分子的碱基对都有其特定的排列顺序，这种特定的排列顺序包含着特定的遗传信息，从而使DNA分子具有特异性。