人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制教案

第3章  基因的本质

第3节  DNA的复制

【教学目标】

1、了解沃森和克里克对DNA分子复制方式的早期推测。

2、理解证明DNA半保留复制的实验过程。

3、归纳DNA分子的复制过程。

4、DNA分子复制的特点和意义。

5、DNA复制的有关计算。

【教学重难点】

1、教学重点

DNA分子的复制过程、特点及意义。

2、教学难点

DNA复制的有关计算。

【教学过程】

一、对DNA分子复制的推测

1、沃森和克里克（半保留复制）

遗传物质的自我复制假说：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。

由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称做半保留复制。

2、其他观点：全保留复制

二、半保留复制的实验证据

1、实验设计者：美国生物学家梅塞尔生和斯塔尔

2、实验方法：放射性同位素标记法和密度梯度技术。

实验的关键：区分亲代和子代的DNA。

3、实验原理：

先获得15N标记的大肠杆菌，然后转移到含14N的培养液中，在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再对提取的DNA离心，记录离心管中DNA的位置。

如果DNA的两条都含15N标记，那么这样的DNA密度大，离心时应该在试管的底部；两条链中都含14N，那么这样的DNA密度小，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密度居中，离心时应该在试管的中部。

4、半保留复制的预期结果：

①提取亲代DNA→离心→底部。

②繁殖一代后，提取DNA→离心→居中。

③繁殖两代后，提取DNA→离心→1/2居中，1/2靠上。

【思考】如果是全保留复制，预期结果如何？

①提取亲代DNA→离心→底部。

②不管复制几代，提取DNA→离心→1/2底部，1/2靠上

5、进行实验，得出结论

实验结果和预期的一致，说明DNA的复制是以半保留的方式进行的。

二、DNA分子复制的过程

1、概念：是指以亲代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前的间期。

3、场所：细胞核、线粒体和叶绿体。主要场所是细胞核。

4、条件：（1）模板：亲代DNA的两条链；（2）原料：四种脱氧核苷酸；（3）酶：解旋酶和DNA聚合酶；（4）能量。

5、过程

（1）解旋：DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。

（2）合成子链：以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用细胞中游离的四种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的子链。

（3）形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构，从而形成两个与亲代DNA完全相同的DNA分子。

6、复制的特点：边解旋边复制和半保留复制。

7、DNA分子复制的意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。

8、DNA分子能够准确复制的原因有：（1）DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板；（2）通过碱基互补配对原则保证了复制准确地进行。

9、子链合成方向：5’→3’

三、有关DNA分子复制的计算

一个15N标记DNA分子，在含14N的环境中复制n次。

根据上表归纳：若培养n代，结果是：

1、DNA分子数

子代DNA分子总数＝2n个。

含15N的DNA分子数＝2个。

含14N的DNA分子数＝2n个。

只含15N的DNA分子数＝0个。

只含14N的DNA分子数＝2n－2个。

含15N的DNA分占总数比例为 。

2、脱氧核苷酸链数

子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。

含15N的脱氧核苷酸链数＝2条。

含14N的脱氧核苷酸链数＝（2n＋1－2）条。

含15N的链占总链数比例为＝。

3、消耗的脱氧核苷酸数

设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸a个，则：

①         经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸a·（2n－1）个。

②         在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸a·2n－1个。