DNA分子的复制教案教学设计导入设计

《第2节

DNA的复制》教案

授课人：戚辉华

●从容说课

《DNA的复制》内容是本章的一个重点，本课在教材中所占的篇幅不大，但对这节课内容进行合理的拓展和延伸，利用这节内容让学生学习科学家的思维，培养学生的能力是一个很好的内容。为此可利用有关Flash或Authorware课件，将复制过程以及科学家如何研究DNA的复制具体化、直观化。

《DNA的复制》主要内容包括复制所需要的条件、复制过程及特点、领会DNA分子独特的双螺旋结构和碱基互补配对能力与复制的密切关系。本课不仅与DNA的结构有密切关系，也与有丝分裂、减数分裂、生物的生殖等知识有联系，并且与酶、ATP知识有关，同时也是对遗传规律进行科学解释的基础。所以在本课的学习过程中可以对选学内容DNA半保留复制的实验进行分析，并且联系生物科学的新进展等热点材料，进行分析、讨论和评价，可以培养学生的综合素质。

●三维目标

1.知识与技能

（1）概述DNA分子的复制过程；

（2）了解梯度离心的原理。

2.过程与方法

通过复制过程的实验的分析，学习分析实验的方法。

3.情感态度与价值观

分析经典实验，让学生领悟科学探究的魅力。

●教学重点

DNA复制的条件、过程和特点。

●教学难点

DNA分子的复制过程。

●教具准备

DNA复制过程的分步Flash动画。

●课时安排

1课时

●教学过程

［课前准备］

学生自找资料了解有关梯度离心的原理。教师准备有关DNA分子复制的早期推测的资料。

［情境创设］

生物亲代和子代之间是通过遗传物质——DNA来连接的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份”来传递给下一代呢？

［师生互动］

1.教师提供如下资料：

最早期提出的DNA复制模型有三种：保留型复制（conservative replication）、半保留型复制（semiconservative replication）和分散型复制（dispersive replication）。在保留型复制的模型中，新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。半保留模型是一链旧模板，合成另一链，因此形成的分子是一半新的、一半旧的。分散模型复制的两个分子也是同时含有旧的

和新的部分，但是其分配是随机组合的。沃森和克里克所推测的是半保留型的复制。他们认为原有的两链DNA会分开，每一链各作为一个模板用来复制新的部分，所以新合成的分子中有一旧链和一新链。

分析问题：（1）这些复制观点的提出你有何启示？

（2）这些观点各不相同，如何来证明哪个观点是正确的？

（3）要你来设计实验，你认为最基本的思路是什么？

问题说明：（1）人类对科学的探究过程就是一个不断自我修正错误的过程。

（2）只能用实验来证明。

（3）最基本的思路就是能把复制的单链和原来的链作上标记，然后观察它在新DNA中出现的情况。

科学家就做了这样的实验，证明DNA是进行半保留复制的。（由于是选学内容，可作为课前准备，让学生自学实验证据，在课堂上可以直接应用这个结论）

2.DNA分子复制过程

展示动态的DNA分子复制过程的Flash，待学生看懂后，回答如下问题：

问：什么叫解旋？

答：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。

问：解旋的目的是什么？

答：解旋的目的就是为复制提供准确模板，解开的两条单链叫母链（模板链）。

问：什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？

答：以上述解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。复制一次形成子链一条。

问：简述“新”DNA的形成过程。

答：在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，这样，1个DNA分子→2个完全相同的DNA分子。一个DNA成为两个DNA，这两个DNA各含有原来的一条链。

问：是否是像洗相片似的，有一张底片就可以洗出许多相片来？

答：与洗相片不同。

问：为什么你认为是不同的呢？

答：因为DNA分子的复制结果并没有形成一个完整的、新的DNA分子。而是形成了一半新、一半旧的两个DNA分子。

问：DNA复制的必需条件有哪些？

答：DNA复制时必需条件是亲代DNA的两条母链提供准确模板、四种脱氧核苷酸为原料、能量（ATP）和一系列的酶，缺少其中任何一种，DNA复制都无法进行。

问：这样的复制有何意义？

答：DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。

［教师精讲］

在细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期，以母细胞DNA分子为模板，合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。复制的DNA何以保证准确呢？“准确”复制是因为：①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。

［评价反馈］

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

解析：DNA复制只在细胞分裂的间期进行。

答案：D 2.DNA分子的复制是以周围游离的为原料

A.脱氧核苷酸

B.磷酸

C.脱氧核糖

D.含N碱基

解析：DNA复制是以它的基本组成单位为原料的，即脱氧核苷酸。

答案：A 3.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

解析：DNA复制过程需要的能量是由ATP直接提供的。糖类物质是最主要的能源物质，它的氧化过程能放出大量的能量，形成ATP。

答案：B

4.实验室里，让一个DNA分子（称第一代）连续复制三次，问：在第四代DNA分子中，有第一代DNA分子链的DNA分子占

A.100%

B.75%

C.50%

D.25% 解析：复制三次，共有DNA8个，含有第一代的只有两个，所以是1/4，即25%。

答案：D

5.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”

解析：复制是按照碱基互补配对原则进行的，所以A对应T，T对应A，C对应G，所以排列只能是TAG。

答案：A 6.现有从生物体内提取的一个DNA分子（称第一代）和标记放射性同位素3H的四种脱氧核苷酸，要在实验室里合成新的DNA分子：

①除上述几种物质外，还必须有_________和_________，方能合成第二代的DNA分子。

②在第二代的DNA分子中，有_________条含3H的链。

③在第二代的DNA分子中，含有3H链的碱基序列相同吗？__________________。

④在第五代的全部DNA分子中，有_________条不含3H的链。

答案：①酶

ATP

②一

③不同

④两

［课堂小结］

DNA分子复制是DN A的主要功能之一，它是细胞分裂知识的延续，是理解遗传意义的分子基础。在细胞增殖周期的一定阶段，DNA发生精确复制，随之以染色体为单位将复制的DNA平均分配到两个子细胞中去，保证遗传的稳定；DNA复制过程中的差错导致遗传信息改变，使生物发生变异。

DNA分子的半保留复制保证了DNA的精确拷贝，保证了遗传物质的稳定性。由于DNA的半保留复制，亲代DNA虽经多代复制，它的两条母链仍存在于后代而不会消失，这是解答DNA复制有关计算的关键。

［布置作业］

P54一、基础题1、2、3、4。

［课后拓展］

通过自查资料或教师提供的资料，介绍DNA复制过程中需要哪些酶。

资料：螺旋酶（helicases）又称为解旋酶，是促进DNA的两条互补链分离的一类酶。细胞中含有多种螺旋酶，它们的功能相互重叠或平行。这大概是由于许多反应都需要DNA螺旋的分离，特别是DNA的复制这个精确度要求特高的反应更是如此。绝大多数螺旋酶在解链过程中都需要水解ATP供应能量，它们具有依赖于DNA的ATPase活性。

DNA旋转酶：DNA在细胞内往往以超螺旋的状态存在，该酶的作用就是催化DNA分子不同超螺旋状态之间的转变。

DNA聚合酶：1957年，Arthur kornberg首次发现DNA聚合酶I ，后来又相继发现了DNA聚合酶Ⅱ、DNA聚合酶Ⅲ。三种DNA聚合酶分别简写为Pol I、Pol Ⅱ、Pol Ⅲ。DNA聚合酶只能使链按5′→3′方向生长。它形成的是短链，称为冈崎片段。

DNA连接酶：封闭DNA链上的缺口的酶。

●板书设计

第3节

DNA的复制

1. DNA分子复制过程：边解旋、边复制。

2.DNA分子复制的条件：酶、原料、能量、模板。

3.DNA分子复制的特点：非连续性的半保留复制。

4.DNA分子复制的结果：一个DNA分子→两个DNA分子。

5.DNA复制的概念：是指以亲代DNA分子为模板来合成子代DNA分子的过程。

6.DNA复制的生物学意义：保证了亲子两代之间性状相像。

●习题详解

一、练习（课本P54）

（一）基础题

1.腺嘌呤脱氧核苷酸

鸟嘌呤脱氧核苷酸

胞嘧啶脱氧核苷酸

胸腺嘧啶脱氧核苷酸

2.模板

原料

能量

酶

双螺旋

碱基互补配对

3.解析：DNA连接酶的作用是将脱氧核苷酸短的片段连在一起；DNA酶常常指水解DNA的酶；DNA解旋酶是将DNA双螺旋解开；DNA聚合酶作用是将脱氧核苷酸连成短的片段。

答案：D 4.解析：四分体时期的每一条染色体含有一对姐妹染色单体，所以这时的一条染色体含两个双链DNA。

答案：B （二）拓展题

－人类基因组共有碱基为31.6亿对×2=6 320 000 000个，错误率为109，所以可能产生－的错误的碱基个数约为

6 320 000 000×109 =6个。

可能影响会很大，如果此错误碱基刚好是转录链中决定一个密码子的第一个或者第二个碱基，那么就可能造成对应的密码子上决定的氨基酸种类发生了改变，进而可能造成蛋白质结构和功能的改变。

也可能没有影响。如果此错误碱基刚好是转录链中决定一个密码子的第三个碱基，根据密码子具有的兼并性，对应的密码子上决定的氨基酸种类发生任何改变，进而蛋白质结构和功能也和原来完全相同。

二、问题探讨（课本P52）

要将两个印章做的一模一样，首先要材料一样，最好用模型，然后对照同一模型来复制。

如果可能的话就是用电脑复印的方式。由于人工误差会大一点，最好完全用数控方法来进行。

三、本节聚焦（课本P52）

1.沃森和克里克作出的推测主要有：DNA在复制时双螺旋将解开；互补的碱基之间氢键断裂；以解开的两条链分别为模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基配对原则，结合到作为模板的单链上，通过氢键将新合成的一条链和与之对应的模板结合成一个新的DNA分子。

2.用同位素示踪法，证实DNA分子是半保留复制。

3.DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制过程要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对原则保证了复制能够准确地进行。

四、旁栏思考题（课本P53）

本实验是根据半保留复制原理来进行设计的。含15N的DNA放在只提供14N的环境中去培养，第一代是DNA一条链含有15N，另一条链含有14N，它的密度会小于只含15N的DNA，所以离心后它在试管中的位置是处于中间，相应的第二代中就有DNA，只含14N，它是最轻的，所以离心后它处于试管上层。