DNA的复制.docx
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DNA的复制
课时课题:
第三章第3节DNA的复制共1课时
课型:
新授课
授课时间:
2014年10月24日,星期五,第3、5、6节课
三维目标
知识目标
1.了解DNA复制的概念
2.简述DNA复制的过程,并分析、归纳
出DNA复制过程的特点
3.理解DNA复制在遗传上的意义
能力目标
1.通过介绍试验,引导学生分析、比较、推理、归纳,培养科学的思维。
2.通过引导学生观察拉链和DNA复制的比较,鼓励学生大胆想象、猜测,培养学生自主探索、合作学习、分析问题、解决问题的能力。
情感、态度与价值观
通过分组探究活动,培养学生的
协作意识和科学态度
。
教学重点
DNA分子复制
的条件、过程和特点
教学策略:
1.利用教师提出的问题创设问题情境,让学生在观察、讨论、交流中学习新知识。
本节的主要目的是导入新课,同时说明复制的概念。
2.学生自主探索,大胆猜测和假设,分析DNA的复制方式和过程。
在前面的学习中,学生已经对假说—演绎法有了初步的认识。
这节课教师通过一步步的问题引入,让学生进一步理解假说—演绎法,同时理解DNA的复制方式和过程。
3.利用课本中的相关内容,学生自己看书,归纳总结出复制的相关条件。
4.利用课后练习,巩固DNA的复制过程和条件。
教学难点
对DNA复制过程的探讨
知识点
1.概述DNA分子的复制;
2.探讨DNA复制的生物学意义。
考试点
DNA分子复制的条件、过程和特点。
能力点
用碱基互补配对原则分析DNA复制相关问题。
自主探究点
DNA分子复制的应用。
易错易混点
对细胞分裂与DNA的复制的关系不清楚。
训练点
DNA复制的相关计算。
拓展点
DNA复制的相关计算。
教学方法
合作探究、讨论法演示法、讲授法
【教学过程】
教学内容
教师组织和引导
学生活动
教学意图
问题探讨
〖提示〗两个会徽所用的原料应该选自一块石材;应先制造模型,并按模型制作会徽;应使用电子控制的刻床;刻床应由一名技术熟练的师傅操作,或完全数控等。
(以上可由学生根据自己的经验推测回答,事实是原料确实选自一块石材,但由于时间紧迫,两个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻的)。
验证的最简单的方法是:
将两个印章的图形盖在白纸上进行比较(学生也可能提出更科学、更现代化的方法)。
阅读思考讨论回答
引入新课
〖讲述〗DNA既能作为遗传物质,就必须具有精确的自我复制能力,那它是怎样进行复制的呢?
思考讨论
引起思考引入新课
一、对DNA分子复制的推测
〖引导〗引导学生阅读课文P52,沃森和克里克提出的著名的DNA双螺旋结构模型后,又发表了遗传物质自我复制的假说。
进而总结出“半保留复制”的概念。
〖讲述〗在复制过程中,原来双螺旋的两条链并没有被破坏,它们分成单独的链,每一条旧链作为模板再合成一条新链,这样在新合成的两个双螺旋分子中,一条链是旧的而另外一条链是新的,因此这种复制方式被称为半保留复制。
阅读思考
学新知识
二、DNA半保留复制的实验证据
〖讲述〗我们知道,当假说通过实践检验并被证明是正确的后,才能上升为科学理论。
随着科学技术的发展,放射性同位素示踪技术被应用到DNA分子复制的研究中。
下面我们来探讨一下DNA分子半保留复制的实验证据。
〖讲述〗大家阅读课文P53,结合图3-12,利用物理、化学知识体会科学家实验设计的方法、原理、步骤、结果、结论及它的巧妙之处。
强调:
该实验证明了DNA的复制是以半保留的方式进行的。
看图思考
培养严谨重视实的态度
旁兰思考题1
〖提示〗本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。
在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。
思考回答
拓展思维知识迁移
三、DNA复制的过程
【动画演示】DNA复制的过程
先分步演示,讲解一遍,再连续演示一遍。
【合作学习】学生以小有为单位讨论并回答如下问题:
1、什么是DNA的复制?
2、DNA复制的时间、场所是什么?
3、DNA复制的条件是什么?
4、什么叫“子链”?
复制一次能形成几条子链?
5、简述“子链”形成的过程。
6、DNA复制的特点是什么?
7、DNA精确复制的原因是什么?
8、DNA复制的意义是什么?
师生总结:
1.概念:
指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
DNA的复制实质上是遗传信息的复制。
2.时间:
细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期
3.场所:
细胞核(主要)、线粒体、叶绿体
4.条件:
(1)模板:
解旋的DNA两条单链
(2)原料:
脱氧核苷酸
(3)能量:
ATP
(4)酶:
解旋酶、DNA聚合酶
5.过程:
①解旋提供准确模板:
在ATP供能、解旋酶的作用下,DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂,两条螺旋的双链解开,这个过程叫做解旋。
解开的两条单链叫母链(模板链)。
②合成互补子链:
以上述解开的每一段母链为模板,以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的一段子链。
③子、母链结合盘绕形成新DNA分子:
在DNA聚合酶的作用下,随着解旋过程的进行,新合成的子链不断地延伸,同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构,从而各自形成一个新的DNA分子,这样,1DNA分子→2个完全相同的DNA分子。
6.特点:
①DNA分子是边解旋边复制的;②是一种半保留式复制。
(即在子代双链中,有一条是亲代原有的链,另一条(子链)则是新合成的。
)
7.“准确”复制的原因:
①DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提供模板;
②碱基具有互补配对的能力,能够使复制准确无误。
8.结果:
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
9.意义:
DNA通过复制,使遗传信息从亲代传给了子代,从而保证了物种的相对稳定性,保持了遗传信息的连续性,使种族得以延续。
学生思考相关问题?
通过设问,学生回答,进一步让学生理解和巩固DNA复制的全过程。
DNA分子连续复制演绎的计算规律
已知某一DNA分子用15N标记(0代)将含有该标记DNA分子的细胞(或细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制)若干代后,其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如下表:
世代
DNA分子的结构特点
脱氧核苷酸链的数量变换规律
分子总数
不同DNA分子占全部DNA分子之比
单链总数
不同脱氧核苷酸链占全部链之比
只含15N分子
含14N15N杂种分子
只含14N分子
含15N的链
含14N的链
0
1
1
2
1
1
2
1
4
1/2
1/2
2
4
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
2/2n
1-2/2n
2n+1
1/2n
1-1/2n
学生填表
培养学生的总结能力
小结
1.通过学习必须掌握DNA的复制过程、复制的必需条件及DNA复制在生物学上的重要意义。
为学习生物的遗传和生物的变异奠定基础。
2.目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破等方面
(l)DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一。
(2)把案犯在现场留下的毛发、血等进行分析作为破案的证据,与DNA有关。
【板书设计】
第三节DNA分子的复制
一、DNA复制的假说
二、DNA半保留复制的实验证据
三、DNA复制的过程
概念:
指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
条件:
模板、酶、原料、能量
特点:
①半保留复制②边解旋、边复制
四、DNA复制的意义
五、DNA复制的相关计算
【教学反思】
学生已经具有了DNA双螺旋结构、有丝分裂、减数分裂的基本知识,在此基础上,本课时将要从分子水平来探讨生命的本质,属于肉眼看不到的抽象知识。
高中学生的认知体系基本形成,认知结构迅速发展,认知能力不断完善。
他们能够掌握基本的思维方法,特别是抽象逻辑思维、辩证思维、创造思维有了较大的发展。
观察力、记忆力、想象力有了明显的提高,认知活动的自觉性,认知系统的自我评价和自我控制能力也有了相应的发展。
由于本课时内容具有较深的抽象性,学生们会感到困难,因此在教学中,除了引导学生自主、探索、合作学习以外,还通过启发式教学,设置大量的问题情境,激发学生的好奇心,培养学生提出问题的能力,让学生主动去探究,从而获取相关的知识信息,提高学习能力。
这也符合新课程标准要求。
【学案导学】
第三章第3节DNA的复制
课前预习学案
一、预习目标
预习DNA的复制的基本知识,了解DNA分子复制的条件、过程和特点。
二、预习内容
(一)、对DNA分子复制的推测
半保留复制
思考:
如何验证?
(二)、DNA分子复制的过程
1、复制的概念
2、时间:
3、场所:
4、“准确”复制的原理
(三)、DNA复制中的计算问题
1、DNA复制次数与形成的DNA数的关系是2n个(n为复制次数);一个DNA分子中的两条链上的脱氧核苷酸数相等;双链DNA分子符合碱基互补配对原则,即A=T,G=C。
一个DNA分子无论复制几次,形成的新DNA分子中,只有两个DNA分子中含有原来的DNA链。
即:
一个DNA分子复制n次,则:
①复制至n代,DNA分子总数为;
②n代的DNA分子中,含原来DNA母链的DNA分子有个,占子代所有DNA分子总数的;
③n代DNA分子中,含原DNA的母链条,占全部单链的。
三、提出疑惑
同学们,通过你的自主学习,你还有哪些疑惑,请把它填在下面的表格中
疑惑点
疑惑内容
课内探究学案
一、学习目标
1、记住DNA复制的概念
2、简述DNA复制的过程,并分析、归纳出DNA复制过程的特点。
3、知道DNA复制在遗传上的意义
学习重难点:
4、DNA分子结构的主要特点
5、DNA分子复制的条件、过程和特点
二、学习过程
(一)、对DNA分子复制的推测
沃森、克里克提出遗传物质自我复制的假说:
复制方式为_半保留复制_
(二)、DNA半保留复制的实验证据(选学)
1.要分析DNA是全保留还是半保留的,就要区分亲代与子代的DNA。
1958年,科学家以____为实验材料,运用____,设计了实验。
2.实验过程
同位素:
__、___,标记NH4Cl培养液培养大肠杆菌
培养基类型
结果
在试管中位置
亲代
子一代
子二代
方法:
分析:
①离心处理后,为什么子一代DNA只有杂合链带?
②子二代DNA出现了轻链带和杂合链带,说明了什么?
结论:
上述实验证明,在新合成的每个DNA分子中,都保留了____
这种复制方式是:
_____
(三)、DNA分子复制的过程
1、什么是DNA的复制?
2、DNA复制的时间、场所是什么?
3、DNA复制的条件是什么?
4、什么叫“子链”?
复制一次能形成几条子链?
5、简述“子链”形成的过程。
6、DNA复制的特点是什么?
7、DNA精确复制的原因是什么?
8、DNA复制的意义是什么?
三、反思总结
四、当堂检测
1.下列关于DNA复制的叙述,正确的是
A.DNA分子在解旋酶的作用下,水解成脱氧核苷酸
B.在全部解旋之后才开始碱基配对
C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D.复制后,每个新DNA分子中含有一条母链和一条子链
2.DNA分子能自我复制的根本原因(分子基础)是
①DNA具有独特的双螺旋结构②连接两条链的碱基有互补配对能力
③磷酸和脱氧核糖交互排列④DNA有特异性和多样性
A.①②B.②③C.③④D.①④
3.某DNA分子复制三次后,所得到的第四代DNA分子中,含有第一代DNA中脱氧核苷酸链的条数是
A.1条B.2条C.4条D.8条
4.一个被放射性元素32P标记的双链DNA噬菌体侵染细菌,若此细菌破裂后释放出n个噬菌体,则其中具有放射性元素32P的噬菌体占总数的
A.1/nB.1/2nC.2/nD.1/2
5.将一个DNA分子用14N进行标记,在普通培养基上让其连续复制3次,在最后得到的DNA分子中,被标记的DNA的脱氧核苷酸链占DNA总的脱氧核苷酸链的比例是
A.1/32B.1/16C.1/8D.1/4
6.某DNA分子片断含有100个碱基对,其中A为60个,该片段连续复制三次所需C的数量为
A.180个B.280个C.320个D.360个
7.某DNA分子含有腺嘌呤200个,该DNA复制数次后,消耗了周围环境中3000个含腺嘌呤的脱氧核苷酸,则该DNA分子已经复制了多少次?
A.3次B.4次C.5次D.6次
8.1个DNA复制成2个DNA,这两个携带完全相同遗传信息的DNA分子彼此分离发生在
A.细胞分裂间期B.减数第一次分裂后期
C.减数第一次分裂后期和有丝分裂后期D.减数第二次分裂后期和有丝分裂后期
9.含有32P或31P的磷酸,两者化学性质几乎相同,都可参与DNA分子的组成,但32P比31P质量大。
现将某哺乳动物的细胞移至含有31P磷酸的培养基中,连续培养数代后得到G0代细胞。
然后将G0代细胞移至含有32P磷酸的培养基中培养,经过第1、2次细胞分裂后,分别得到G1、G2代细胞。
再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA,经密度梯度离心后得到结果如图。
由于DNA分子质量不同,因此在离心管内的分布不同。
若①、②、③分别表示轻、中、重三种DNA分子的位置,请回答:
G0、G1、G2三代DNA离心后得试管分别是
图中的G0__,G1___,G2___。
⑵G2代在①、②、③三条带中DNA数的比
例是_______。
⑶图中①、②两条带中DNA分子所含的同
位素磷分别是:
条带①_______,条带②___________
⑷上述实验结果证明DNA的复制方式是______。
DNA的自我复制
能使生物的__的_保持相对稳定。
课后练习与提高
1.双链DNA分子的一个片段中,含有腺嘌呤200个,占碱基总数的20%,那么这个片段中含胞嘧啶
A.150个B.200个C.400个D.300个
2.把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌,转移到含重氮(15N)环境中培养相当于复制一次,然后放回原来的环境中培养相当于连续复制两次后,细菌DNA组成分析表明
A.轻氮型,重氮型B.轻氮型,中间型
C.中间型,重氮型D.轻氮型,轻氮型
3.具有100个碱基对的1个DNA分子区段,内含40个胸腺嘧啶,如果连续复制两次,则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数
A.60个B.80个C.20个D.180个
4.
双链DNA分子某片段包含m个碱基,其中胞嘧啶n个,该片段复制两次,需要消耗游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为
A.
B.
C.m-2nD.2(m-2n)
5.用15N同位素标记细菌的DNA分子,再将它们放入含14N的培养基上连续繁殖4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。
下图中这三种DNA分子的比例正确的是
ABCD
6.一个被放射性元素标记的双链DNA噬菌体侵染细菌,若此细菌破裂后释放出n个噬菌体,则其中具有放射性元素的噬菌体占总数的
A.1/nB.1/2nC.2/nD.1/2
7.DNA分子的一条链中(C+T)/(G+A)=1.25,那么其互补链中其比例应是
A.0.4B.0.8C.1.25D.2.5
8.一双链DNA分子,在复制解旋时,一条链上的G变成C,则DNA经n次复制后,发生差错的DNA占
A.1/2B.1/2n-IC.1/2nD.1/2n+I
9.假定某大肠杆菌含14N的DNA分子的相对质量为a,若将其长期培养在含15N的培养基中,便得到含15N的DNA分子,假定其DNA的相对分子质量为b。
现将含15N的DNA分子的大肠杆菌再培养在含14N的培养中,那么,子二代DNA分子的相对质量平均为A.(a+b)/2B.(3a+b)/4C.(2a+3b)/2D.(a+3b)/4
10.生物体内DNA复制发生在
A.有丝分裂和减数分裂的间期
B.有丝分裂的前期和减数分裂第一次分裂中期
C.减数分裂第二次分裂前期
D.有丝分裂中期和减数分裂第二次分裂中期
11.有一对氢键连接的脱氧核苷酸,已查明它的结构有一个腺嘌呤,则它的其它组成应为
A.3个磷酸、3个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶
B.2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胞嘧啶
C.2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶
D.2个磷酸、2个脱氧核糖和1个尿嘧啶
12.根据DNA分子复制的过程回答下列问题:
(1)DNA分子的能够为复制提供精确的模板;它的保证了复制能够准确无误地进行。
(2)DNA的复制一般发生在细胞的和时期。
(3)DNA复制所需的原料是,他们能严格而准确的“对号入座”是因为。
(4)形成的子代DNA分子含有一条和一条,因此,DNA分子的复制方式被称为。
(5)子代DNA分子和亲代DNA分子的碱基对排列顺序是的;而子代DNA的母链与新链之间的碱基排列顺序是的。
(6)如果一个DNA分子连续复制三次,则形成的新DNA分子中,有条新合成的多核苷酸链。
13.将大肠杆菌置于含15N的培养基上培养。
这样,后代大肠杆菌细胞中的DNA均被15N标记。
然后将被15N标记的大肠杆菌作为亲代转到普通培养基中,繁殖两代。
亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的状况如图所示。
(1)第一代大肠杆菌DNA贮存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA贮存的遗传信息完全相同的原因是。
(2)如果将第二代大肠杆菌的DNA分子总量作为整体1,其中带有15N的第二代大肠杆菌DNA分子约占总量的%。
(3)如果将第二代大肠杆菌的DNA含量作为整体1,其中含15N标记的第二代大肠杆菌的DNA含量(脱氧核苷酸单链)约占总量的%
【知识扩展】
DNA芯片
近年来,世界上一些发达国家的研究机构和工业界开始构建一种缩微芯片实验室——DNA芯片。
目的是将生命科学研究中的许多不连续的分析过程,如样品制备、化学反应和分离检测等,通过采用类似集成电路制作过程中的半导体光刻加工的缩微技术,将其移植到一块1cm2见方的玻璃片上,并使其连续化和微型化。
这与当年将数间房屋大小的分离元件计算机缩微成现在只有书本大小的笔记本式电脑有异曲同工之效。
DNA芯片是一种缩小了的生物化学分析器,通过芯片上微加工获得的微米结构和生物化学处理结合,便可将成千上万的与生命相关的信息集成在一小块玻璃芯片上。
采用芯片可进行生命科学和医学中所涉及的各种生物化学反应,以达到对基因、抗原和活体细胞等进行测试分析的目的。
通过分析可得到大量具有生物学、医学意义的信息。
关于DNA芯片的设想可追溯到1989年,当时美国Affymetrix公司的科学家打算用许多分子研制一种硬币般大小的装置。
他们想出一种巧妙的办法,利用光刻法与光化学合成法相结合,在一块平滑的玻璃片上,用不同的分子构建一个高密度网络。
开始,他们把某些蛋白质堆放在玻璃片上,一名叫斯蒂芬·福多的年轻科学家立即看出了采用DNA的可能性,他意识到,芯片上的DNA分子就好像一条条细细的分子“维可牢(velcro)”(“维可牢”是一种尼龙刺粘搭链,两面相合即粘住,一扯即分开,用以替代服装上的纽扣等)可选择性地与某些基因,即DNA的短片段结合,从而检查出变异型基因。
福多在理论上推定,让未知的DNA样品与分布在DNA芯片上已知的DNA序列接触,就能对其作出鉴定。
因为DNA双螺旋的两条单核苷酸链总是遵循“碱基互补”的原则配对,即一条链上的A总是与另一条链上的T相结合,C也总是与G相结合。
因此,当一条链上的碱基序列确定之后,即可推知另一条链上的碱基序列。
这类带有已知DNA序列的芯片就能检测突变基因或碱基的各种改变。
目前,DNA芯片主要有四种加工方法。
(1)美国Affymetrix公司的光引导原位合成法。
(2)美国Incytephaxmaceutical公司的化学喷射法,即将事先合成好的寡核苷酸探针喷射到芯片上的特定位置。
(3)斯坦福大学的接触式点涂法,即利用高度精密机械手所带的移液头与玻璃芯片表面接触而将探针定位点滴到芯片上。
(4)使用4支分别装有A、T、G、C核苷的压电喷头在芯片上的原位DNA探针合成法。
DNA芯片的主要优点是使生化分析全过程自动化,生产成本低、防污染(芯片系一次性使用),分析速度快,而且体积小,重量轻,便于携带。
这类仪器虽刚刚出现,但已开始给生命科学、医学、化学、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品和环境卫生监督等领域带来冲击,甚至革命。
因此,它已广为各国学术界和工业界所重视。
DNA杂交及其在实践中的应用
如何比较两DNA分子碱基顺序差异的大小呢?
我们很容易想到的是如同人类基因组计划那样进行碱基测序,然后再进行比较。
但这样做工作量太大,耗资多,费时长。
如人类基因组计划动用大量人力物力,历时数年,才把人类对对染色体上DNA的碱基排列顺序全部检测完毕!
事实上,如果我们仅仅是比较两DNA分子差异大小,则不必检测具体碱基顺序,最简单的方法是进行DNA杂交。
那么什么叫DNA杂交,DNA杂交在实践中具体又有哪些应用呢?
下面结合中学生物教学特点简述这个问题。
一、何为DNA分子杂交
所谓DNA分子杂交,是指把不同来源的DNA分别加热到100℃或调节pH到大于13时,DNA会变性解离成单链,再把两种来源的DNA单链放到一起,在60℃保持相当长时间,互补的DNA单链就会重新形成双螺旋结构,我们把它叫杂合双链,这即是两个DNA具有相同碱基对排列顺序的部分;而不互补的则仍为游离的单链,即具有不同的碱基对排列顺序的部分。
最后通过一定的方法可以检测出其中单、双链的多少,从而比较两生物DNA碱基对排列顺序差异的大小。
一般地说,杂合双链区越多,DNA碱基对顺序相同的越多,反之则越少。
可见,通过DNA杂交,我们只需检测杂合双链区的多少,而无需检测具体的DNA碱基序列,所以工作量就大大减少了。
二、DNA分子杂交的应用
1.将不同种生物的DNA分子进行杂交,可以说明生物之间亲缘关系的远近
高中生物实验修订本中叙述了利用DNA杂交方法,把不同生物的DNA分子进行比较,从而说明两种生物之间亲缘关系的远近。
例如,把人、黑猩猩和长臂猿的某些DNA进行杂交,发现人的DNA和黑猩猩的DNA杂交后形成的杂交DNA杂合双链区多于人的DNA与长臂猿杂交形成的杂合双链区,即人与黑猩猩的DNA更相似,这就说明人与黑猩猩的亲缘关系要近于人与长臂猿的亲缘关系。
DNA杂交技术是人们从分子生物学角度为生物进化提供的一个非常可靠的证据。
2.将同种生物的DNA杂交,可用于亲子鉴定和痕迹检验等
不同种生物的DNA有差异,同种生物的DNA有没有差异呢?
根据DNA遗传规律,只有自我复制的DNA才是完全相同的,不同个体的DNA多多少少总存在一定的差异。
例如,人类不同种族、不同民族的DNA碱基顺序中大约有万分之一是不一样的。
所以DNA杂交不仅可以用于不同种生物个体之间,也可应用于同种生物不同个体之间。
如在医学实践中,能准确进行亲子鉴定的是DNA检测,检测方法并非检测出全部碱基顺序,而是进行DNA杂交,即把所要检测的两人的卫星DN
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