2019-2020年高中生物第四章遗传的分子基础第二节DNA的结构和DNA的复制第2课时教学案苏教版必修2.doc

2019-2020年高中生物第四章遗传的分子基础第二节DNA的结构和DNA的复制第2课时教学案苏教版必修2学习导航1.阅读教材P71，结合DNA分子的结构特点，了解DNA半保留复制的实验证据。2.结合教材P72，归纳DNA分子的复制过程、特点，探讨DNA复制的生物学意义。重难点击1.DNA分子的复制过程和特点。2.DNA复制的有关计算。生物亲子代之间是通过遗传物质传递遗传信息的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份”来传递给子代？DNA的复制就是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，即1DNA2DNA。新产生的DNA分子是一个全新的DNA分子吗？是否像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？这一节我们就一起来学习DNA复制的过程。一、DNA分子半保留复制的实验证据1实验材料和技术科学家以细菌(约每20分钟分裂一次，产生子代)为实验材料，运用同位素标记技术。2实验的基本步骤(1)用含15N标记的NH4Cl培养细菌。(2)将细菌转移到含14N的普通培养液中培养。(3)在不同时刻收集细菌并提取DNA分子。(4)将提取的DNA进行离心，记录试管中DNA的位置。3实验结果预测：如果DNA的两条链中都含有15N，那么这样的DNA分子质量大，离心时应该在试管的底部；两条链中都含有14N，那么这样的DNA分子质量小，离心时应该在试管的上部；两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么这样的DNA分子质量居中，离心时应该在试管的中部。4实验结果(1)提取亲代DNA离心全部重带。(2)繁殖一代后取出，提取DNA离心全部中带。(3)繁殖两代后取出，提取DNA离心轻带、中带。5结论：DNA复制时总是保留一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做半保留复制。如果用15N标记DNA分子的两条链，让其在含有14N的环境中复制。结合DNA分子半保留复制的特点，完成下面表格：世代DNA分子结构特点DNA中脱氧核苷酸链的特点分子总数细胞中的DNA分子在离心管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子之比链的总数含14N、15N的链所占的比例只含15N含14N和15N只含14N含15N含14N01全部在下部10021012全部在中部01041/21/2241/2中部，1/2上部01/21/281/43/4381/4中部，3/4上部01/43/4161/87/8根据上表，回答下列问题：1复制n次后，子代DNA分子总数和含有15N的DNA分子数分别是多少？答案2n个、2个。2复制n次后，子代DNA分子含14N的DNA分子数和只含14N的DNA分子数分别是多少？答案2n个、2n2个。3复制n次后，子代DNA分子中脱氧核苷酸链数、含15N的脱氧核苷酸链数、含14N的脱氧核苷酸链数分别是多少？答案2n1条、2条、2n12条。4设亲代DNA分子中含有腺嘌呤(A)脱氧核苷酸m个，则：(1)经过n次复制，共需消耗游离的腺嘌呤(A)脱氧核苷酸多少个？m(2n1)个。(2)在第n次复制时，需消耗游离的腺嘌呤(A)脱氧核苷酸多少个？m2n1个。知识整合将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养，复制n次：(1) 产生2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子有2个，含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子数是(2n2)个。(2) 2n个DNA分子有2n1条脱氧核苷酸链，其中：含15N的脱氧核苷酸链数是2条、含14N的脱氧核苷酸链数是(2n12)条。(3)若亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：经过n次复制，共需要消耗该脱氧核苷酸：m(2n1)个。在第n次复制时，需要消耗该脱氧核苷酸：m2n1个。1在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14NDNA(相对分子质量为a)和15NDNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(和)，用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。下列对此实验的叙述不正确的是()A代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15NB代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的C预计代细菌DNA分子的平均相对分子质量为D上述实验结果证明DNA分子的复制方式为半保留复制答案B解析15NDNA在14N的培养基上进行第一次复制后，产生的两个子代DNA分子均含有一条15N的DNA链和一条14N的DNA链。这样的DNA用离心法分离后，应该全部处在试管的中部。代的两个DNA分子再分别进行复制，它们所产生的两个子代DNA分别为全14NDNA分子和14N、15NDNA分子。此时，将该DNA作离心处理，产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的。代细菌DNA分子共有8个，各条单链的相对分子质量之和为(7ab)，平均相对分子质量为。2某一个DNA分子中，A为200个，复制数次后，消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3 000个，该DNA分子已经复制了几次()A3次 B4次 C5次 D6次答案B解析利用DNA复制规律得知，经过n次复制利用腺嘌呤脱氧核苷酸数目3 000(2n1)200，得n4。3用经3H标记的n个噬菌体侵染大肠杆菌，在普通培养基中培养一段时间后，统计得知培养基中共有后代噬菌体m个，其中含有标记元素的噬菌体占的比例为()A. B. C. D.答案B解析每个噬菌体共有2条被标记的DNA链，n个噬菌体DNA经复制后被标记的DNA链进入2n个子代噬菌体内，所以被标记的噬菌体所占比例为。二、DNA分子复制的过程1DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂间期。3过程4结果：形成两个完全相同的DNA分子。5特点(1)边解旋边复制。(2)半保留复制。6意义：将遗传信息从亲代传给子代，确保了遗传信息传递的连续性。下图是真核生物DNA复制的示意图，据图分析：1图中有几个DNA的复制起点？它们开始的时间相同吗？答案有3个复制起点，各个起点开始的时间不同(最右边最早)。2每个复制起点的延伸方向是单向的还是双向的？答案是双向的。3在DNA复制的过程中，两条子链延伸的方向是否相同？答案不同，原因是DNA分子中的两条链是反向平行的，因此子链的延伸方向也是相反的。4DNA分子的复制是非常精确的，其原因有哪些？答案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，保证了复制能够准确地进行。知识整合真核生物的DNA复制是多起点双向进行的，复制时两条子链的延伸方向相反；DNA分子精确复制的原因有：一是独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，二是严格按照碱基互补配对进行。4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BDNA通过一次复制后产生四个子代DNA分子C真核生物DNA复制的场所只有细胞核D单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链答案A解析DNA复制发生在细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂间期，是以亲代DNA的两条链为模板，合成两个子代DNA的过程。DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA(水解)酶。真核生物DNA复制的主要场所是细胞核，线粒体、叶绿体内也可进行。5下图表示DNA复制的过程，结合图示，下列有关叙述不正确的是()ADNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开BDNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反C从图示可知，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间DDNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段答案C解析DNA分子复制过程中的解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开；DNA分子的两条链是反向平行的，两条链复制时箭头方向是相反的；图示中复制的起点只有1个，不能体现DNA分子具有多起点复制的特点；DNA聚合酶的作用底物是单个游离的脱氧核苷酸。方法链接巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”1下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A复制均在细胞核内进行B复制仅发生在有丝分裂的间期C复制过程先解旋后复制D碱基互补配对保证了复制的准确性答案D解析只要细胞分裂，DNA就复制，DNA不只存于细胞核内；细胞分裂方式亦不只是有丝分裂；DNA是边解旋边复制，不分先后。2DNA分子复制时，解旋酶作用的部位应该是()A腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键B腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键C脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键D脱氧核糖与磷酸之间的化学键答案B解析DNA复制过程中用到解旋酶和DNA聚合酶，其中解旋酶的作用是把两条螺旋的双链解开，破坏的是A与T、G与C之间的氢键。3细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图为可能的结果，下列叙述错误的是()A第一次分裂的子代DNA应为B第二次分裂的子代DNA应为C第三次分裂的子代DNA应为D亲代的DNA应为答案A解析亲代DNA为15N15N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N14N，应如图所示。4女性子宫瘤最长的DNA分子可达36 mm，DNA复制速度约为4 m/min，但复制过程仅需40 min左右即可完成，这可能是因为()A边解旋边复制B只有一个复制起点，但解旋之后可以向着两个方向复制C以半保留方式复制D复制起点多，分段同时复制答案D解析真核细胞中的DNA分子复制起点多，并且同时复制，所以比较迅速。5如图为高等植物细胞中DNA复制过程模式图，请根据图示过程，回答下列问题：(1)由图示可知，1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子的方式是_。(2)细胞中DNA复制的场所为_；在复制完成后，乙、丙分开的时期为_。(3)把乙(只含14N)放在含15N的培养液中培养，复制2次后子代DNA单链中含15N的DNA单链所占的比例是_。答案(1)半保留复制(2)细胞核、线粒体和叶绿体有丝分裂后期和减数第二次分裂后期(3)课时作业学考达标1沃森和克里克在发表了DNA分子双螺旋结构的论文后，又提出了DNA自我复制的假说。下列有关假说内容的叙述不正确的是()ADNA复制时，双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂B以解开的两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，通过氢键结合到作为模板的单链上C形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链D形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成答案D解析沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制，即形成的DNA分子包括一条母链和一条子链。2下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是()ADNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸B在复制过程中，解旋和复制是同时进行的C解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链D两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子答案B解析在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链。边解旋边复制也是DNA复制的一个特点。以解开的每一条单链为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链，最后每条新合成的子链与对应的模板链螺旋，形成两个一样的DNA分子。3下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是()互补碱基对之间氢键断裂互补碱基对之间氢键合成DNA分子在解旋酶的作用下解旋以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对子链与母链盘绕成双螺旋结构A BC D答案D解析DNA复制的基本过程是：解旋合成子链双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间的氢键断裂，在合成子链时重新形成新的氢键。4DNA复制过程中，保证复制准确无误进行的关键步骤是()A解旋酶破坏氢键并使DNA双链分开B游离的脱氧核苷酸与母链碱基互补配对C与模板链配对的脱氧核苷酸连接成子链D子链与母链盘绕成双螺旋结构答案B解析碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性。5已知一条完全标记上15N的DNA分子在含14N的培养基中经n次复制后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为71，则n是()A2 B3 C4 D5答案C解析DNA分子复制是半保留复制，所以无论这个DNA分子复制多少次，总有两个DNA分子各有一条链带有15N标记，因此仅含14N的DNA分子总数应为14个，复制n次后，共得到16个DNA分子；由公式2n16可知DNA分子复制了4次。6在噬菌体侵染细菌的实验中，如果细菌体内的DNA和蛋白质分别含有31P和32S，噬菌体中的DNA和蛋白质分别含有32P和35S，噬菌体DNA在细菌体内复制了三次，那么从细菌体内释放出的子代噬菌体中含有32P的噬菌体和含有35S的噬菌体分别占子代噬菌体总数的()A1/4和1 B3/4和0C1/4和0 D3/4和1答案C解析噬菌体侵染细菌时进入细菌体内的只有噬菌体的DNA，被标记的蛋白质外壳留在外面，新的噬菌体的蛋白质是以细菌的氨基酸为原料重新合成的，因此所有子代噬菌体的外壳都含有32S而不含35S。假如一个含有32P的噬菌体在细菌体内利用31P复制了三次，由于DNA是半保留复制，在产生的8个子代噬菌体中，只有2个含有32P，占所有子代噬菌体的1/4。高考提能7下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是() A复制形成的两个子代DNA分子共4个游离的磷酸基团BDNA复制时只以一条脱氧核苷酸链作为模板CDNA聚合酶催化碱基对之间的连接D复制过程中先全部解旋，再进行半保留复制答案A解析在DNA分子里的磷酸基团，通过磷酸二酯键的形式，连接一条链上两个相邻的脱氧核糖。所以链中的磷酸基团是不游离的。在链的顶端，由于最后一个磷酸基团没办法连接下一个脱氧核糖，因此它是游离的，A正确；DNA复制时两条脱氧核苷酸链都作为模板，B错误；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸形成磷酸二酯键连接起来，C错误；DNA复制过程中边解旋，边进行半保留复制，D错误。8某DNA分子共有x个碱基，其中胞嘧啶为m个，该DNA分子复制3次，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为()A7(xm) B8(xm)C7(x/2m) D8(2xm)答案 C解析在DNA分子中，AT，GC，所以当DNA分子共有x个碱基，其中胞嘧啶为m个时，T应为(x/2 m)个。DNA分子复制3次，得到8个DNA分子，因此，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为(81)(x/2m)7(x/2m)个，故选C。9如图表示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。一般地说，下列各项中正确的是()Aa和c的碱基序列互补，b和c的碱基序列相同Ba链中的比值与d链中同项比值相同Ca链中的比值与b链中同项比值相同Da链中的比值与c链中同项比值不同答案C解析DNA复制的特点是半保留复制，b链是以a链为模板合成的，a链和b链合成一个子代DNA分子。a链中的值等于b链中的值。10将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P 胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到下图、两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析，正确的是()ADNA第二次复制产生的子代DNA有、两种类型，比例为13BDNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因分离定律C复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n1)(ma)/2D复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2nl2条答案D解析由题可知，Ta个，故Cm/2a个，DNA第二次复制，总的DNA有4个，其中类型的DNA有2个，类型的有2个，A错误；基因的分离定律适用于真核生物，B错误；复制n次，需要C的数目是(m/2a)(2n1)，C错误；复制n次，脱氧核苷酸链有2n1条，不含放射性的有2条，故含有放射性的有2n12条，D正确。11DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的。当时推测可能有如图A所示的三种方式。1958年，Meselson和Stahl用密度梯度离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲代链的去向，实验过程是：在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)，在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为15NDNA(亲代)，将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(子代和子代)后离心得到如图B所示的结果。请依据上述材料回答下列问题：(1)如果与对照相比，子代离心后能分出轻和重两条密度带，则说明DNA传递遗传信息的方式是_。如果子代离心后只有1条中密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式是_。如果子代离心后只有1条中密度带，再继续做子代的DNA密度鉴定：若子代离心后能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是_。若子代离心后不能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是_。(2)他们观测的实验数据如下：梯度离心DNA浮力密度(g/mL)表世代实验对照亲代1.7241.710子代1.7171.710子代() 1.717，() 1.7101.710分析实验数据可知：实验结果与当初推测的DNA三种可能复制方式中的_方式相吻合。答案(1)全保留复制全保留复制半保留复制分散复制(2)半保留复制解析(1)由题意可知，如果子代离心后能分出轻和重两条密度带，可得出是全保留复制。如果子代离心后只有1条中密度带，肯定不可能是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制。子代为第二次复制的产物，若是半保留复制会有中和轻密度带；若是全保留复制会有重和轻密度带。若子代能分出轻、中密度带，可推知为半保留复制方式；若没中、轻密度带之分，则可能为分散复制。(2)分析表中的数据，子代为全中；子代为中、轻，可推测该复制方式为半保留复制。12如图为DNA复制的图解，请据图回答下列问题：(1)DNA复制发生在_期。(2)过程称为_。(3)中的子链是_。(4)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复制具有_的特点。(6)具有N个碱基对的一个DNA分子片段中，含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸。该片段完成n次复制需要_个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。该片段完成第n次复制需要_个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。答案(1)有丝分裂间期和减数第一次分裂间(2)解旋(3)、(4)碱基互补配对(5)半保留复制(6)(2n1)(Nm)2n1(Nm)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双链均被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，请据图回答下列问题：(1)第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA储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单链总量作为整体1，其中第二代大肠杆菌的DNA中被15N标记的DNA单链约占总量的_%。答案 (1)以亲代15N标记的DNA分子为模板，通过碱基互补配对原则合成(2)50(3)25解析(1)DNA精确复制的原因：一是以含15N的亲代DNA分子作模板，二是碱基互补配对原则。(2)亲代DNA为标有15N的DNA，第一代DNA为杂合DNA分子(即一条链含15N，一条链含14N)，第二代以两个杂合DNA为模板，以含14N的脱氧核苷酸为原料，共合成4个DNA，其中两个完全标有14N，两个仍为杂合(即含15N)占总量的50%。(3)第二代4个DNA分子中，含15N的链有两条，占总链的比例为2/825%。真题体验14(xx上海，4)某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是()答案D解析因为DNA复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将进入不同的子代DNA分子中，可见A、B项错误；因为第二次复制时得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的，而C项中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链(黑色表示)，因此C项错误、D项正确。15(xx山东，5改编)假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A该过程至少需要3105个鸟嘌呤脱氧核苷酸B噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等C含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为149D含32P与含31P的子代噬菌体的比例为149答案C解析噬菌体的DNA含有10 000个碱基，AT2 000，GC3 000。在噬菌体增殖的过程中，DNA进行半保留复制，100个子代噬菌体含有100个DNA，相当于新合成了99个DNA，至少需要的鸟嘌呤(G)脱氧核苷酸是993 000297 000个，A错；含有32P的噬菌体共有2个，只含有31P的噬菌体共有98个，含31P的噬菌体共有100个，C对，D错。