DNA分子的复制特级教师教学实录

活动导学

尚美追梦

DNA的结构和复制

【课程标准】

概念3 遗传信息控制生物性状，并代代相传

3.1 亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上

3.1.2 概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的长链，一般由两条反向平行的长链上的碱基互补配对形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息

3.1.3 概述DNA分子通过半保留方式进行复制

【学习目标】

1.

概述DNA分子结构的主要特点。

2.

理清DNA分子的复制的过程及特点。

3.

尝试分析DNA复制与细胞分裂的关系。

【课堂活动】

活动一：研读DNA结构模型

请分别从位置关系、数量关系、化学键、遗传信息的角度研读DNA结构模型。

图1

图2

图3 （1）位置关系：

①图1中DNA左侧单链中的G和A是怎么连接在一起的？

②图1中DNA左侧单链中的G与右侧单链中的C是怎么连接在一起的？

（2）数量关系：

①一个双链DNA分子片段中有几个游离的磷酸基团？

②若碱基对数为n，则氢键数为多少？

③已知某DNA分子中，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）之和占全部碱基的46%，又知该DNA分子的一条链（H）所含的碱基中腺嘌呤（A）占28%、胞嘧啶（C）占24%，请求出与该链互补（H'）的另一条链中，腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基的比例。

（3）化学键：

①解旋酶作用于图2中的哪个部位？

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②限制酶和DNA连接酶作用于图2中哪个部位？

（4）遗传信息：

DNA如何贮存遗传信息？

活动二：理解DNA复制的过程及特点

请研读下列有关资料，分析回答有关问题。

资料：双链DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成。早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段（如图1）。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20℃时侵染大肠杆菌70min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小（分子越小离试管口距离越近），并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。

（1）下图左表示大肠杆菌亲代环状DNA示意图，请在右侧方框画出复制一次、两次后形成的DNA分子示意图。（注：以“……”表示含放射性的脱氧核苷酸链）

复制一次

复制两次

（2）以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，为什么最终在噬菌体DNA中可检测到放射性？

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（3）复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行，复制起始点呈现叉子的形式，称为复制叉（如图1所示），复制叉的出现，说明了DNA复制具有怎样的特点？

（4）若1个双链DNA片段中有1000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，该DNA连续复制四次，共需消耗多少胞嘧啶脱氧核苷酸？在第四次复制时需要消耗多少胞嘧啶脱氧核苷酸？复制4次后有几个DNA含亲代脱氧核苷酸链？

（5）研究表明，在DNA分子加热解链时，DNA分子中G+C的比例越高，需要解链温度越高，请尝试解释其中的原因？

（6）图2中，与60秒结果相比，120秒结果中短链片段减少的原因是什么？该实验结果为冈崎假说提供了怎样的有力证据？

活动三：建构模型，分析DNA复制与细胞分裂的关系

将蚕豆根尖细胞中DNA分子双链用3H标记后移入普通培养液（不含放射性元素）中，再让细胞连续进行有丝分裂。取不同细胞周期的材料制作临时装片，检测染色体的形态。请自主建构模型，从所给材料中选出在普通培养液中的第二次有丝分裂中期时细胞中染色体的标记情况。

提示：卡纸剪出的染色体上的画线表示DNA分子，实线代表含有的3H的DNA链，虚线代表不含3H的DNA链。

【检测反馈】

1.下图为DNA分子部分结构示意图，以下叙述正确的是（

）

A.

解旋酶可以断开⑤键，因此DNA的稳定性与⑤无关

B.

④是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸

C.

DNA连接酶可催化⑥或⑦键形成

D.

A链、B链的方向相反，磷酸和脱氧核糖交替连接构成基本骨架

2.真核生物的DNA复制时（

）

A.

碱基互补配对，保证DNA复制的准确进行

B.

边解旋边复制，有利于DNA复制和转录同时进行

C.

复制起始点的A、T比例高，有利于两条链的解开

D.

半保留复制，有利于保持亲子代间遗传信息的连续性

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3.右图为真核细胞内某基因（15N标记）的部分结构示意图，该基因全部碱基中A占20%。下列说法正确的是（

）

A.

该基因的特异性表现在碱基种类上

B.

DNA聚合酶催化①和③处化学键的形成

C.

该基因的一条核苷酸链中（C+G）/（A+T）=3/2 D.

将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的DNA分子占1/8

4.用32P标记了玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链。再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是（

）

A.

0条

B. 20条

C.大于0条小于20条

D.以上都有可能

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