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第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制 教案
★教学目标
【生命观念】运用假说—演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留方式进行复制。
【科学思维】通过对DNA半保留复制方式的学习，理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
★教学重点难点
【教学重点】
1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式；
2.DNA复制的条件、过程和特点。
【教学难点】
1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式；
2.DNA复制的过程。
★教学过程
【新课导入】
问题探讨：
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。”
讨论：1.碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
提示：碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示DNA的复制可能需要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
2.这句话中为什么要用“可能”二字？这反映科学研究具有什么特点
提示：科学研究需要大胆的想象，但得出结论必须建立在确凿的证据之上。
提出问题：无论细胞有丝分裂还是减数分裂，都要经历一个较长的细胞分裂间期。细胞在分裂间期主要有什么变化？DNA分子是怎样进行复制的呢？
【新课讲授】
一、对DNA复制的推测
沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说：半保留复制；
有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说。
二、DNA半保留复制的实验证据
1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）设计实验。
实验材料：大肠杆菌；实验方法：同位素标记法（15N、14N）；证实了DNA的半保留复制。
实验材料：大肠杆菌（繁殖快，20 min一代）
实验方法：同位素标记技术
1.背景知识
15N和14N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。利用离心技术可在试管中区分含不同N元素的DNA。
2.实验过程
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
演绎推理
3.实验预期
半保留复制：子一代DNA分子全处于中密度带；子二代DNA分子所处位置中密度带：轻密度带=1：1。
全保留复制：子一代DNA分子处于重密度带：轻密度带=1：1；子二代DNA分子所处位置重密度带：轻密度带=1：3。
4.实验结果
亲代大肠杆菌的DNA经离心处理后，试管中只出现了一条DNA带，位置处于重带；
转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条DNA带，位置处于中带；
将第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条DNA带，一条处于中带，一条处于轻带。
证明：DNA的复制以半保留复制的方式进行。
二、DNA复制的过程
1.概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.DNA复制的场所：
真核细胞：主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制；
原核细胞：主要在拟核中，在质粒处也有DNA的复制。
3.发生时期（真核生物）：细胞分裂前的间期（有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期），随着染色体的复制而完成。
4.DNA复制的条件：
（1）模板：DNA分子的两条母链；
（2）原料：游离的4种脱氧核苷酸；
（3）能量：ATP；
（4）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶。
5.DNA复制的方向：从子链的5'端向3'端延伸。
6.DNA复制的过程：
①解旋（DNA解旋酶）
在ATP帮助下，解旋酶将DNA双螺旋的2条链解开；
②合成子链（DNA聚合酶）
以4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在DNA聚合酶的作用下各自合成与母链互补的一条子链；
③形成子代DNA
新合成的子链不断延伸，与其对应的模板链绕成双螺旋结构。
7.DNA复制的特点：
①边解旋边复制；②半保留复制；③多起点复制。
8.复制准确进行的原因：
（1）DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；
（2）通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
9.DNA复制的意义：
DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性（使亲子代保持连续性）。
三、DNA复制过程中的相关计算
1.DNA复制过程中的数量关系
若将用15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养n代。
（1）子代DNA分子数：2n个；含15N的DNA分子始终是2个；含14N的有2n个，只含14N的有2n-2个。
（2）子代DNA分子的总链数：2n×2=2n+1条；含15N的链始终是2条；含14N的有2n+1-2条。
2.计算原料用量（消耗的某脱氧核苷酸数）
若将用15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养n代。先计算亲代DNA分子中某脱氧核苷酸的数量，记为m。
（1）若经过n次复制，则需要消耗的脱氧核苷酸数为：m×（2n-1）
（2）若第n次复制需要消耗的脱氧核苷酸数为：m×2n-1
【课堂作业】
1.DNA分子的复制发生在细胞有丝分裂的（ ）
A.分裂前期 B.分裂中期 C.分裂后期 D.分裂间期
2.下列关于DNA复制的说法，其中不正确的是（ ）
A.DNA复制过程中需要酶的催化 B.DNA复制过程中需要的能量直接由糖类提供
C.DNA分子是边解旋边复制的 D.DNA复制过程中两条母链均可作模板
3.以DNA的一条链“－A－T－C－”为模板，经复制后的子链是（ ）
A.“－T－A－G－” B.“－U－A－G－”
C.“－T－A－C－” D.“－T－U－G－”
4.用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含有14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是（　 ）
A.含有15N的DNA分子占1/8 B.复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个
C.含有14N的DNA分子占7/8 D.复制结果共产生16个DNA分子
5.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是（ ）
A.含有15N的DNA分子占1/8 B.只含有14N的DNA分子占7/8
C.复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸640个 D.复制结果共产生16个DNA分子
参考答案：DBACC

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