(教師用書(shū))2016-2017版高中生物 第3章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第3節(jié) 遺傳信息的傳遞學(xué)案 浙科版必修2

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1、 第三節(jié) 遺傳信息的傳遞 1.記住DNA復(fù)制的概念。 2.說(shuō)出DNA復(fù)制的過(guò)程。(重難點(diǎn)) 3.用堿基互補(bǔ)配對(duì)原則分析DNA復(fù)制的特點(diǎn)。 探 究 DNA 的 復(fù) 制 過(guò) 程 1.實(shí)驗(yàn)方法:同位素示蹤法。 2.實(shí)驗(yàn)原理 (1)含15N的雙鏈DNA密度較大,離心后的條帶應(yīng)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(yīng)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(yīng)分布于離心管的中部。 3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程 (1)大腸桿菌在以15NH4Cl為唯一氮源

2、的培養(yǎng)液中繁殖若干代。 (2)將上述大腸桿菌轉(zhuǎn)到以14NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)。 (3)在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA,即分別取完成一次細(xì)胞分裂和兩次細(xì)胞分裂的大腸桿菌,并將其中的DNA分子分離出來(lái)。 (4)將提取的DNA進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果(如圖示) (1)離心管a:立即取出提取DNA→離心→離心管底部(15N-15N-DNA)。 (2)離心管b:繁殖一代后取出提取DNA→離心→離心管中部(15N-14N-DNA)。 (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(14N-14N-D

3、NA和15N-14N-DNA)。 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制。 探討:該實(shí)驗(yàn)的假說(shuō)是什么? 提示:DNA以半保留的方式復(fù)制。 探討:科學(xué)家用15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)液來(lái)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(jìn)行密度梯度離心,請(qǐng)說(shuō)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(shí)驗(yàn)的過(guò)程 2.預(yù)期該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶,見(jiàn)上圖。 (1)重帶(密度最大):兩條鏈都為15N標(biāo)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(biāo)

4、記的子代雙鏈DNA(15N/14N)。 (3)輕帶(密度最小):兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(14N/14N)。 某研究性學(xué)習(xí)小組以細(xì)菌為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,運(yùn)用同位素示蹤技術(shù)及密度梯度離心法對(duì)有關(guān)DNA復(fù)制的方式進(jìn)行了探究(已知培養(yǎng)用的細(xì)菌大約每20 min分裂一次,產(chǎn)生子代,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)相關(guān)圖示)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)綜合分析本實(shí)驗(yàn)的DNA離心結(jié)果,前三組實(shí)驗(yàn)中,第 組結(jié)果對(duì)得到的結(jié)論起到了關(guān)鍵作用,但需把它與第 組和第 組的結(jié)果進(jìn)行比較,才能說(shuō)明DNA分子的復(fù)制方式。 (2)分析討論 ①若實(shí)驗(yàn)三的離心結(jié)果為:如果DNA位于1/2

5、重帶和1/2輕帶位置,則是 復(fù)制;如果DNA位于全中帶位置,則是 復(fù)制。為了進(jìn)一步得出結(jié)論,該小組設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)四,請(qǐng)分析:如果DNA位于 (位置及比例,下同)帶位置,則是全保留復(fù)制;如果DNA位于 帶位置,則是半保留復(fù)制。 ②若將實(shí)驗(yàn)三得到的DNA雙鏈分開(kāi)后再離心,其結(jié)果 (填“能”或“不能”)判斷DNA的復(fù)制方式。為什么?

6、 。 (3)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論:DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制。若將實(shí)驗(yàn)四的實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)三的結(jié)果中,子一代DNA的“中帶”比以往實(shí)驗(yàn)結(jié)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(biāo)記的DNA,而第三組是第二組B經(jīng)過(guò)一次復(fù)制形成的子代DNA,其離心結(jié)果顯示,新合成的DNA全部為中帶,即一條鏈含被標(biāo)記的15N,一條鏈含未被標(biāo)記的14N。必須將第一組的A(全部輕帶)與

7、第二組的B(全部重帶)進(jìn)行比較,才能說(shuō)明B的子一代的全部中帶的獲得方式是半保留復(fù)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(lái)自B被15N標(biāo)記的DNA,輕帶只能來(lái)自新合成的DNA,因此,可推測(cè)DNA的復(fù)制方式不是一條鏈來(lái)自親代DNA,一條鏈新合成的半保留復(fù)制,而是全保留復(fù)制;若將實(shí)驗(yàn)三得到的子一代DNA雙鏈分開(kāi),則離心結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)輕帶和重帶兩條帶,故不能判斷DNA的復(fù)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(biāo)記。 【答案】 (1)三 一 二 (2)①全保留 

8、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(shí)驗(yàn)結(jié)果都是一樣的 (3)沒(méi)有變化 15N DNA 的 復(fù) 制 1.概念:產(chǎn)生兩個(gè)跟親代DNA完全相同的新DNA分子的過(guò)程。 2.時(shí)間:有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。 3.DNA復(fù)制的過(guò)程 (1)解旋:在解旋酶作用下,DNA分子兩條鏈的配對(duì)堿基之間的氫鍵斷裂,堿基暴露出來(lái),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(bǔ)配對(duì)原則,合成與母鏈互補(bǔ)的子鏈。 (3)形成子代DNA:延伸子鏈,母子鏈盤繞成雙

9、螺旋結(jié)構(gòu)。結(jié)果,一個(gè)DNA分子形成兩個(gè)完全相同的子代DNA分子。 4.復(fù)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(fù)制的特點(diǎn):半保留復(fù)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(duì)真核生物來(lái)說(shuō),DNA復(fù)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(wú)絲分裂也有DNA復(fù)制。 探討:真核生物DNA復(fù)制的場(chǎng)所只有細(xì)胞核嗎?原核生物DNA復(fù)制的場(chǎng)所是什么? 提示:不是,還有線粒體、葉綠體。

10、原核生物DNA復(fù)制的場(chǎng)所主要是擬核。 探討:DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因是什么? 提示:DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu),能為復(fù)制提供精確的模板;堿基具有互補(bǔ)配對(duì)的能力,能夠使復(fù)制準(zhǔn)確無(wú)誤。 探討:某個(gè)DNA片段由500對(duì)堿基組成,A+T占?jí)A基總數(shù)的34%,若該DNA片段復(fù)制2次,其需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸分子個(gè)數(shù)為多少? 提示:990 探討:用32P標(biāo)記了玉米體細(xì)胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈,再將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)入含31P的培養(yǎng)基中培養(yǎng),在第二次細(xì)胞分裂中期和后期,一個(gè)細(xì)胞中的染色體總條數(shù)和被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)分別是多少? 提示:中期每個(gè)細(xì)胞含染色體20條,被32P標(biāo)記的有20條,后期每

11、個(gè)細(xì)胞含染色體40條,被32P標(biāo)記的有20條。 1.對(duì)DNA復(fù)制的理解 (1)DNA復(fù)制的場(chǎng)所:主要場(chǎng)所是細(xì)胞核,但在擬核、線粒體、葉綠體中也能進(jìn)行DNA復(fù)制。 (2)能夠進(jìn)行DNA復(fù)制的生物:一切以DNA為遺傳物質(zhì)的生物。 (3)真核生物細(xì)胞核中DNA復(fù)制發(fā)生的時(shí)間:在體細(xì)胞中發(fā)生在有絲分裂間期;在有性生殖過(guò)程中發(fā)生在減數(shù)第一次分裂前的間期。 (4)復(fù)制所需的酶是指一個(gè)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(gè)子代DN

12、A的位置及分開(kāi)時(shí)間:復(fù)制產(chǎn)生的兩個(gè)子代DNA分子位于一對(duì)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(shí)分開(kāi),分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞中。 2.DNA復(fù)制的有關(guān)計(jì)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(fù)制n次,則: ① ② (2)若某DNA分子含某堿基x個(gè),則該DNA分子進(jìn)行n次復(fù)制,需含該堿基的脫氧核苷酸分子數(shù)=互補(bǔ)的堿基的脫氧核苷酸分子數(shù)=(2n-1)x。若計(jì)算第n次需該堿基多少個(gè),其公式應(yīng)為(2n-1)x個(gè)。 [特別提醒] 解答此類問(wèn)題時(shí),應(yīng)看準(zhǔn)是“含”還是“只含”,是“DNA分子數(shù)”還是“脫氧核苷酸鏈數(shù)”。 1.體

13、外進(jìn)行DNA復(fù)制的實(shí)驗(yàn),向試管中加入有關(guān)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?yàn)槿鄙貲NA模板 C.能生成DNA,DNA的堿基比例不確定,且與酶的來(lái)源有一定的關(guān)聯(lián) D.不能生成DNA,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中缺少酶催化的適宜的體內(nèi)條件 【解析】 DNA復(fù)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(duì)堿基,其中腺嘌呤有A個(gè)。下列有關(guān)此DNA在連續(xù)復(fù)制時(shí)所需的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)目的敘述,錯(cuò)誤的是(  ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)

14、:35930024】 A.在第一次復(fù)制時(shí),需要(m-A)個(gè) B.在第二次復(fù)制時(shí),需要2(m-A)個(gè) C.在第n次復(fù)制時(shí),需要2n-1(m-A)個(gè) D.在n次復(fù)制過(guò)程中,總共需要2n(m-A)個(gè) 【解析】 本題的關(guān)鍵是看清選項(xiàng),A、B、C選項(xiàng)都是第幾次復(fù)制,因而可先計(jì)算出DNA分子中胞嘧啶的數(shù)目,胞嘧啶C=(m-A)個(gè)。若DNA連續(xù)復(fù)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(gè),所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。若DNA連續(xù)復(fù)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(gè)。 【答案】 D 1.下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述,正確的是(  ) A.在細(xì)胞有

15、絲分裂間期,發(fā)生DNA復(fù)制 B.DNA通過(guò)一次復(fù)制后產(chǎn)生四個(gè)DNA分子 C.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解鏈后,開(kāi)始DNA的復(fù)制 D.單個(gè)脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈 【解析】 DNA復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞分裂的間期。一個(gè)DNA分子復(fù)制一次得到兩個(gè)DNA分子;DNA分子邊解旋邊復(fù)制;單個(gè)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(gè)脫氧核苷酸。 【答案】 A 2.用15N標(biāo)記細(xì)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(shí)含14N和15N,c只含14N,如下圖,這三種DNA分子的比例正確

16、的是(  ) 【解析】 假設(shè)親代DNA分子為n個(gè),則繁殖四代后,DNA分子總數(shù)為16n個(gè)。其中只含15N的DNA分子為0個(gè),同時(shí)含14N和15N的DNA分子的有2n個(gè),只含14N的DNA分子有14n個(gè),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(fù)制圖解,請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題: (1)DNA的復(fù)制發(fā)生在 期。 (2)②過(guò)程稱為 。 (3)③過(guò)程中的子鏈?zhǔn)? 。 (4)③過(guò)程必須遵循 原則。 (5)子代DNA分子中只有一條鏈來(lái)自親代DNA分子,由此說(shuō)明DNA的復(fù)制具有

17、 的特點(diǎn)。 (6)將一個(gè)細(xì)胞的DNA用15N標(biāo)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(xì)胞占細(xì)胞總數(shù)的 ,含15N的DNA細(xì)胞占細(xì)胞總數(shù)的 。 【解析】 DNA的復(fù)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(fù)制時(shí),先將兩條鏈之間的氫鍵打開(kāi),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(bǔ)配對(duì)原則,再各形成一條新鏈,最后母鏈和新合成的子鏈進(jìn)行螺旋化,形成新的DNA分子。DNA分子復(fù)制的方式為半保留復(fù)制,子代DNA分子中有一條母鏈和一條與母鏈互補(bǔ)的子鏈,DNA分子中的兩條母鏈一直往后代傳遞。復(fù)制n次后產(chǎn)生的子代DNA分子為2n個(gè),本題中含有15N標(biāo)記的子代DNA分子為2個(gè),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(bǔ)配對(duì) (5)半保留復(fù)制 (6)100% 12.5% 課堂小結(jié): 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.復(fù)制是指產(chǎn)生兩個(gè)跟親代DNA完全相同的新DNA分子的過(guò)程。 2.DNA復(fù)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(fù)制的特點(diǎn)是半保留復(fù)制和邊解旋邊復(fù)制。 4.DNA復(fù)制是遺傳物質(zhì)從親代向子代傳遞的基礎(chǔ)。 7

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