高中生物 第3章 遺傳的分子基礎 第3節(jié) 遺傳信息的傳遞學案 浙科版必修2

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第三節(jié)　遺傳信息的傳遞 1．記住DNA復制的概念。 2．說出DNA復制的過程。(重難點) 3．用堿基互補配對原則分析DNA復制的特點。 探 究 DNA 的 復 制 過 程 1．實驗方法：同位素示蹤法。 2．實驗原理 (1)含15N的雙鏈DNA密度較大，離心后的條帶應分布于離心管的下部。 (2)含14N的雙鏈DNA密度較小，離心后的條帶應分布于離心管的上部。 (3)兩條鏈分別含15N和 14N的雙鏈DNA密度介于雙鏈均含15N的DNA和雙鏈均含14N的DNA之間，離心后的條帶應分布于離心管的中部。 3．實驗過程 (1)大腸桿菌在以15NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)液中繁殖若干代。 (2)將上述大腸桿菌轉到以14NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)。 (3)在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，即分別取完成一次細胞分裂和兩次細胞分裂的大腸桿菌，并將其中的DNA分子分離出來。 (4)將提取的DNA進行密度梯度超速離心和分析，記錄離心后離心管中DNA的位置。 4．實驗結果(如圖示) (1)離心管a：立即取出提取DNA→離心→離心管底部(15N15NDNA)。 (2)離心管b：繁殖一代后取出提取DNA→離心→離心管中部(15N14NDNA)。 (3)離心管c：繁殖二代后取出提取DNA→離心→離心管上部和離心管中部(14N14NDNA和15N14NDNA)。 5．實驗結論：DNA的復制方式為半保留復制。 探討：該實驗的假說是什么？ 提示：DNA以半保留的方式復制。 探討：科學家用15N標記的NH4Cl培養(yǎng)液來培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖兩代，然后收集并提取DNA，再將提取的DNA進行密度梯度離心，請說出離心后試管中DNA的位置。 提示：一半居中，一半位于下層。 1．圖解該實驗的過程 2．預期該實驗的結果 離心后應出現(xiàn)3條DNA帶，見上圖。 (1)重帶(密度最大)：兩條鏈都為15N標記的親代雙鏈DNA(15N/15N)。 (2)雜交帶(密度居中)：一條鏈為15N，另一條鏈為14N標記的子代雙鏈DNA(15N/14N)。 (3)輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA(14N/14N)。 某研究性學習小組以細菌為實驗對象，運用同位素示蹤技術及密度梯度離心法對有關DNA復制的方式進行了探究(已知培養(yǎng)用的細菌大約每20 min分裂一次，產(chǎn)生子代，實驗結果見相關圖示)。請回答下列問題： (1)綜合分析本實驗的DNA離心結果，前三組實驗中，第 組結果對得到的結論起到了關鍵作用，但需把它與第 組和第 組的結果進行比較，才能說明DNA分子的復制方式。 (2)分析討論 ①若實驗三的離心結果為：如果DNA位于1/2重帶和1/2輕帶位置，則是 復制；如果DNA位于全中帶位置，則是 復制。為了進一步得出結論，該小組設計了實驗四，請分析：如果DNA位于 (位置及比例，下同)帶位置，則是全保留復制；如果DNA位于 帶位置，則是半保留復制。 ②若將實驗三得到的DNA雙鏈分開后再離心，其結果 (填“能”或“不能”)判斷DNA的復制方式。為什么？ 。 (3)實驗得出結論：DNA復制方式為半保留復制。若將實驗四的實驗時間改為60 min，離心后密度帶的數(shù)量和位置是否發(fā)生變化？ 。若實驗三的結果中，子一代DNA的“中帶”比以往實驗結果的“中帶”略寬，可能的原因是新合成的DNA單鏈中的N尚有少部分為 。 【解析】　(1)由于第一組A是完全含14N的DNA，第二組B是經(jīng)多代培養(yǎng)后完全被15N標記的DNA，而第三組是第二組B經(jīng)過一次復制形成的子代DNA，其離心結果顯示，新合成的DNA全部為中帶，即一條鏈含被標記的15N，一條鏈含未被標記的14N。必須將第一組的A(全部輕帶)與第二組的B(全部重帶)進行比較，才能說明B的子一代的全部中帶的獲得方式是半保留復制。(2)若子Ⅰ代出現(xiàn)兩條帶，分別是輕帶和重帶，則重帶DNA只能來自B被15N標記的DNA，輕帶只能來自新合成的DNA，因此，可推測DNA的復制方式不是一條鏈來自親代DNA，一條鏈新合成的半保留復制，而是全保留復制；若將實驗三得到的子一代DNA雙鏈分開，則離心結果也會出現(xiàn)輕帶和重帶兩條帶，故不能判斷DNA的復制方式。(3)若將子代繼續(xù)培養(yǎng)，則子n代離心，密度帶仍舊為中帶和輕帶兩條；若實驗結果中子一代中帶略寬，其最可能的原因是新合成的DNA單鏈中仍有部分被15N標記。 【答案】　(1)三　一　二 (2)①全保留　半保留　1/4輕和3/4重　1/2中和1/2重 ②不能　不論是全保留還是半保留，實驗結果都是一樣的 (3)沒有變化　15N DNA 的 復 制 1．概念：產(chǎn)生兩個跟親代DNA完全相同的新DNA分子的過程。 2．時間：有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。 3．DNA復制的過程 (1)解旋：在解旋酶作用下，DNA分子兩條鏈的配對堿基之間的氫鍵斷裂，堿基暴露出來，形成兩條“模板鏈”(母鏈)。 (2)合成子鏈：以每一條母鏈為模板，在DNA聚合酶作用下，利用游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，合成與母鏈互補的子鏈。 (3)形成子代DNA：延伸子鏈，母子鏈盤繞成雙螺旋結構。結果，一個DNA分子形成兩個完全相同的子代DNA分子。 4．復制的條件 模板：親代DNA解旋產(chǎn)生的兩條母鏈。 原料：游離的四種脫氧核苷酸。 酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶。 能量：ATP。 5．復制的特點：半保留復制，即子代DNA雙鏈＝一條母鏈＋一條新子鏈。 6．意義：將遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性。 探討：對真核生物來說，DNA復制只發(fā)生在有絲分裂間期和減數(shù)分裂間期嗎？ 提示：不是，真核生物的無絲分裂也有DNA復制。 探討：真核生物DNA復制的場所只有細胞核嗎？原核生物DNA復制的場所是什么？ 提示：不是，還有線粒體、葉綠體。原核生物DNA復制的場所主要是擬核。 探討：DNA準確復制的原因是什么？ 提示：DNA具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供精確的模板；堿基具有互補配對的能力，能夠使復制準確無誤。 探討：某個DNA片段由500對堿基組成，A＋T占堿基總數(shù)的34%，若該DNA片段復制2次，其需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸分子個數(shù)為多少？ 提示：990 探討：用32P標記了玉米體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入含31P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在第二次細胞分裂中期和后期，一個細胞中的染色體總條數(shù)和被32P標記的染色體條數(shù)分別是多少？ 提示：中期每個細胞含染色體20條，被32P標記的有20條，后期每個細胞含染色體40條，被32P標記的有20條。 1．對DNA復制的理解 (1)DNA復制的場所：主要場所是細胞核，但在擬核、線粒體、葉綠體中也能進行DNA復制。 (2)能夠進行DNA復制的生物：一切以DNA為遺傳物質(zhì)的生物。 (3)真核生物細胞核中DNA復制發(fā)生的時間：在體細胞中發(fā)生在有絲分裂間期；在有性生殖過程中發(fā)生在減數(shù)第一次分裂前的間期。 (4)復制所需的酶是指一個酶系統(tǒng)，不僅僅是指解旋酶和DNA聚合酶，還包括DNA連接酶等。 ①解旋酶的作用是破壞堿基間的氫鍵。 ②DNA聚合酶的作用是連接游離的脫氧核苷酸。 ③DNA連接酶的作用是連接DNA片段。 (5)兩個子代DNA的位置及分開時間：復制產(chǎn)生的兩個子代DNA分子位于一對姐妹染色單體上，由著絲粒連在一起，在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期著絲粒分裂時分開，分別進入兩個子細胞中。 2．DNA復制的有關計算 (1)將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，復制n次，則： ① ② (2)若某DNA分子含某堿基x個，則該DNA分子進行n次復制，需含該堿基的脫氧核苷酸分子數(shù)＝互補的堿基的脫氧核苷酸分子數(shù)＝(2n－1)x。若計算第n次需該堿基多少個，其公式應為(2n－1)x個。 [特別提醒]　解答此類問題時，應看準是“含”還是“只含”，是“DNA分子數(shù)”還是“脫氧核苷酸鏈數(shù)”。 1．體外進行DNA復制的實驗，向試管中加入有關的酶、4種脫氧核苷酸和ATP，37 ℃下保溫。下列敘述中正確的是(　　) A．能生成DNA，DNA的堿基比例與4種脫氧核苷酸的比例一致 B．不能生成DNA，因為缺少DNA模板 C．能生成DNA，DNA的堿基比例不確定，且與酶的來源有一定的關聯(lián) D．不能生成DNA，因為實驗中缺少酶催化的適宜的體內(nèi)條件 【解析】　DNA復制需要的條件是模板、原料、酶、能量等，題目的條件缺少模板，不能生成DNA。 【答案】　B 2．某DNA分子含m對堿基，其中腺嘌呤有A個。下列有關此DNA在連續(xù)復制時所需的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)目的敘述，錯誤的是(　　) 【導學號：35930024】 A．在第一次復制時，需要(m－A)個 B．在第二次復制時，需要2(m－A)個 C．在第n次復制時，需要2n－1(m－A)個 D．在n次復制過程中，總共需要2n(m－A)個 【解析】　本題的關鍵是看清選項，A、B、C選項都是第幾次復制，因而可先計算出DNA分子中胞嘧啶的數(shù)目，胞嘧啶C＝(m－A)個。若DNA連續(xù)復制n次，則需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)目＝(2n－1)(m－A)個，所以選項D錯誤。若DNA連續(xù)復制n次，其中第n次需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)目＝2n－1(m－A)個。 【答案】　D 1．下列關于DNA復制的敘述，正確的是(　　) A．在細胞有絲分裂間期，發(fā)生DNA復制 B．DNA通過一次復制后產(chǎn)生四個DNA分子 C．DNA雙螺旋結構全部解鏈后，開始DNA的復制 D．單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈 【解析】　DNA復制發(fā)生在細胞分裂的間期。一個DNA分子復制一次得到兩個DNA分子；DNA分子邊解旋邊復制；單個脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成新的子鏈，DNA酶則是將DNA分子水解為單個脫氧核苷酸。 【答案】　A 2．用15N標記細菌的DNA分子，再將它們放入含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)繁殖四代，a、b、c為三種DNA分子；a只含15N，b同時含14N和15N，c只含14N，如下圖，這三種DNA分子的比例正確的是(　　) 【解析】　假設親代DNA分子為n個，則繁殖四代后，DNA分子總數(shù)為16n個。其中只含15N的DNA分子為0個，同時含14N和15N的DNA分子的有2n個，只含14N的DNA分子有14n個，它們呈現(xiàn)的比例為D圖所示。 【答案】　D 3．如下圖所示為DNA的復制圖解，請據(jù)圖回答下列問題： (1)DNA的復制發(fā)生在 期。 (2)②過程稱為 。 (3)③過程中的子鏈是 。 (4)③過程必須遵循 原則。 (5)子代DNA分子中只有一條鏈來自親代DNA分子，由此說明DNA的復制具有 的特點。 (6)將一個細胞的DNA用15N標記，放入含14N的4種脫氧核苷酸培養(yǎng)液中，連續(xù)分裂4次，則含14N的DNA細胞占細胞總數(shù)的 ，含15N的DNA細胞占細胞總數(shù)的 。 【解析】　DNA的復制發(fā)生在有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。DNA復制時，先將兩條鏈之間的氫鍵打開，形成兩條單鏈，即解旋；然后以兩條單鏈為模板，按照堿基互補配對原則，再各形成一條新鏈，最后母鏈和新合成的子鏈進行螺旋化，形成新的DNA分子。DNA分子復制的方式為半保留復制，子代DNA分子中有一條母鏈和一條與母鏈互補的子鏈，DNA分子中的兩條母鏈一直往后代傳遞。復制n次后產(chǎn)生的子代DNA分子為2n個，本題中含有15N標記的子代DNA分子為2個，所占比例為2/2n。 【答案】　(1)有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間　(2)解旋　(3)Ⅱ、Ⅲ　(4)堿基互補配對　(5)半保留復制　(6)100%　12.5% 課堂小結： 網(wǎng)絡構建 核心回扣 1.復制是指產(chǎn)生兩個跟親代DNA完全相同的新DNA分子的過程。 2.DNA復制需要DNA模板、4種脫氧核苷酸作原料以及酶和能量。 3.DNA復制的特點是半保留復制和邊解旋邊復制。 4.DNA復制是遺傳物質(zhì)從親代向子代傳遞的基礎。