高中生物第三章遗传的分子基础第三节遗传信息的传递教案浙科版必修2第三节遗传信息的传递[学习目标] 1.了解对DNA分子复制的推测及实验证据。
2.归纳DNA分子的复制过程，并探讨DNA复制的生物学意义。
一、探究DNA的复制过程1.实验方法：同位素示踪法。
2.实验原理(1)含15N的双链DNA密度较大，离心后的条带应分布于离心管的下部。
(2)含14N的双链DNA密度较小，离心后的条带应分布于离心管的上部。
(3)两条链分别含15N和14N的双链DNA密度介于双链均含15N的DNA和双链均含14N的DNA之间，离心后的条带应分布于离心管的中部。
3.实验过程(1)大肠杆菌在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖若干代。
(2)将上述大肠杆菌转到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养。
(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，即分别取完成一次细胞分裂和两次细胞分裂的大肠杆菌，并将其中的DNA分子分离出来。
(4)将提取的DNA进行密度梯度超速离心和分析，记录离心后离心管中DNA的位置。
4.实验结果(如图示)(1)离心管a：立即取出提取DNA→离心→离心管底部(15N－15N－DNA)。
(2)离心管b：繁殖一代后取出提取DNA→离心→离心管中部(15N－14N－DNA)。
(3)离心管c：繁殖二代后取出提取DNA→离心→离心管上部和离心管中部(14N－14N－DNA和15N －14N－DNA)。
5.实验结论：DNA的复制方式为半保留复制。
例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14N－DNA(相对分子质量为a)和15N －DNA(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(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示。
下列对此实验的叙述不正确的是( )A.Ⅰ代细菌DNA 分子中一条链是14N ，另一条链是15N B.Ⅱ代细菌含15N 的DNA 分子占全部DNA 分子的14C.预计Ⅲ代细菌DNA 分子的平均相对分子质量为7a ＋b8D.上述实验结果证明DNA 复制方式为半保留复制 答案 B 解析15N －DNA 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。
Ⅰ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14N －DNA 分子和14N 、15N —DNA 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12。
培养一个大肠杆菌，则其Ⅲ代细菌DNA 分子共有8个，各条链的相对分子质量之和为(7a ＋b)，平均相对分子质量为7a ＋b8。
例2 (2018·杭州模拟)如图为科学家设计的DNA 合成的同位素示踪实验，利用大肠杆菌来探究DNA 的复制过程，下列说法正确的是( )A.从获得试管①到试管③，细胞内的染色体复制了两次B.用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA 更方便C.试管③中含有14N 的DNA 占34D.本实验是科学家对DNA复制方式假设的验证答案 D解析大肠杆菌细胞内没有染色体，A 错误；噬菌体是营寄生生活的，不能在培养液中繁殖，不能代替大肠杆菌进行实验，B 错误；试管③中含有14N 的DNA 占100%，C错误；本实验是对DNA半保留复制的验证实验，D正确。
二、DNA分子复制的过程1.概念：产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程。
2.DNA复制的过程(1)解旋：在解旋酶作用下，DNA分子两条链的配对碱基之间的氢键断裂，碱基暴露出来，形成两条“模板链”(母链)。
(2)合成子链：以每一条母链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。
(3)形成子代DNA：延伸子链，母子链盘绕成双螺旋结构。
结果，一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子。
3.复制的条件模板：亲代DNA解旋产生的两条母链。
原料：游离的四种脱氧核苷酸。
酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶。
能量：ATP。
4.复制的特点：半保留复制，即子代DNA双链＝一条母链＋一条新子链。
5.意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。
归纳总结对DNA复制的理解(1)DNA复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)能够进行DNA复制的生物：一切以DNA为遗传物质的生物。
(3)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。
(4)复制所需的酶是指一个酶系统。
①解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。
②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
例3下列关于DNA复制条件的叙述，不正确的是( )A.DNA复制时只有DNA的一条链作模板B.以4种游离的脱氧核苷酸为原料C.DNA复制过程需要消耗能量D.没有酶的催化，细胞DNA复制无法进行答案 A解析 DNA 复制是指DNA 分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下将双链解开，以解开的两条链为模板，在DNA 聚合酶作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链，每条子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构，最终形成与亲代DNA 分子相同的子代DNA 的过程。
例4 (2017·浙江4月选考)若将处于G 1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第二次分裂中期。
下列叙述正确的是( ) A.每条染色体中的两条染色单体均含3H B.每个DNA 分子的两条脱氧核苷酸链均含3H C.每个DNA 分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3HD.每条染色单体均只有一个DNA 分子的两条脱氧核苷酸链含3H 答案 A解析 若将处于G 1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，在间期的S 期时DNA 复制1次，所以第一次细胞分裂完成后得到的2个子细胞都是每一条染色体的DNA 都只有1条链被标记，培养至第二次分裂中期，每条染色体中的两条染色单体均含3H 标记。
特别提醒 DNA 分子复制特点及子代DNA 存在位置与去向(1)复制特点——半保留复制，即新DNA 分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链)，另一条链(子链)由新链构建而成。
(2)2个子代DNA 位置：当一个DNA 分子复制后形成两个新DNA 分子后，这两个新DNA 恰位于两条姐妹染色单体上，且由着丝粒连在一起，即：(3)2个子代DNA 去向：在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分开，分别进入两个子细胞中。
例5 (2018·杭州五校联考)下列关于DNA 的相关计算，正确的是( ) A.具有1000个碱基对的DNA ，腺嘌呤有600个，则每一条链上都具有胞嘧啶200个 B.具有m 个胸腺嘧啶的DNA 片段，复制n 次后共需2n·m 个胸腺嘧啶 C.具有m 个胸腺嘧啶的DNA 片段，第n 次复制需要2n －1·m 个胸腺嘧啶D.无论是双链DNA 还是单链DNA ，(A ＋G)所占的比例均是12答案 C解析 具有1 000个碱基对的DNA ，腺嘌呤有600个，则DNA 中含胞嘧啶400个，因此一条链上的胞嘧啶数可为0～400个，A 项错误；具有m 个胸腺嘧啶的DNA 片段，复制n 次后DNA 数由1个变为2n个，因此需要(2n－1)·m 个胸腺嘧啶，其第n 次复制DNA 数由2n －1个变为2n个，这一过程需要(2n－2n －1)·m＝2n －1·m 个胸腺嘧啶，B 项错误，C 项正确；只有在双链DNA中才遵循卡伽夫法则，即A ＝T 、G ＝C ，在单链DNA 中不存在这一关系，因此只有双链DNA 中(A ＋G)所占的比例为12，单链DNA 中该比值不一定为12，D 项错误。
1.保证准确无误地进行DNA 复制的关键步骤是( ) A.解旋酶促使DNA 的两条链分离B.游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对C.配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链D.模板母链与互补子链盘绕成双链结构 答案 B解析 DNA 具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。
2.用15N 标记细菌的DNA 分子，再将它们放入含14N 的培养基中连续繁殖四代，a 、b 、c 为三种DNA 分子；a 只含15N ，b 同时含14N 和15N ，c 只含14N ，如下图，这三种DNA 分子的比例正确的是( )答案 D3.DNA 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。
4.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①～⑤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⑤B.第二次分裂的子代DNA应为①C.第三次分裂的子代DNA应为③D.亲代的DNA应为⑤答案 A解析亲代DNA为15N－15N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N－14N，应如图②所示。
5.科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。
组别1组2组3组4组培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl 繁殖代数多代多代一代两代培养产物 A B B的子Ⅰ代B的子Ⅱ代操作提取DNA并离心离心结果仅为轻带(14N/14N)仅为重带(15N/15N)仅为中带(15N/14N)12轻带(14N/14N)12中带(15N/14N)请分析并回答：(1)要得到DNA中的N全部被15N标记的大肠杆菌B，必须经过__________代培养，且培养液中的__________是唯一氮源。
(2)综合分析本实验的DNA离心结果，第________组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第________组和第________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是________________________。
(3)分析讨论：①若B的子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。