第三章 基因的本质
第3节 DNA的复制
【教学目标】
（一） 知识目标:
1. 概述DNA分子的复制。
2.探讨DNA复制的生物学意义。
（二）能力目标：
1. 了解DNA分子半保留复制实验的设计思路和方法。
（三）情感态度和价值观：
（1）理解结构与功能的内在联系。
【重点难点】
重点：（1）DNA分子复制的条件、过程和特点。
难点：（1）DNA分子复制的过程。
【教具准备】1.教学课件。
【课时安排】 1课时
【教学过程】
情景导入：一份重要的文件要留下完全相同的副本，最好的办法是将它复印一份。作为遗传物质DNA，在传递遗传信息时也要进行复制，DNA是如何复制的呢？
一、课前三分钟：
检查【新知导学】
二、师生互动
探究点（一）：对DNA复制的推测
师：关于DNA分子是如何复制的，在早期的研究中，科学家们提出了三个模型，即：全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。
沃森和克里克在提出DNA分子双螺旋结构模型后，又提出了DNA分子半保留复制的假说，他们认为：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补配对的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为半保留复制。
师：如何证明DNA是全保留复制还是半保留复制？
探究点（二）：DNA半保留复制的实验证据
1. 实验材料：大肠杆菌
师：DNA是肉眼看不见的，如何才能分辨DNA呢？该实验运用了哪些技术？实验中是如何区分亲代DNA和子代DNA的？
2. 技术：同位素示踪技术、密度梯度离心技术
师：离心后的重带、轻带、中带表示DNA分子的双链构成是怎样的？
3. 实验过程：（20分钟繁殖一代）（展示实验过程）
大肠杆菌→在含15N标记的NH4Cl培养液中繁殖若干代→转移到含14N的培养基上培养
0时提取DNA并离心
→在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA 20min提取DNA并离心
离心，记录离心后试管中DNA的位置 40min提取DNA并离心
4. 预测实验结果：
0时→重带；20min时→中带；40min→1/2中带、1/2轻带
5.结论：实验结果与预期吻合，说明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
典例1：一个有15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的 （ ）
A．1/10 B．1/5 C．1/16 D．1/25
【达标训练1】1-1：一个双链DNA分子为第一代，经过3次自我复制，在第四代DNA分子中，有几条第一代脱氧核苷酸的长链 （ ）
A．2 B．4 C．8 D．16
探究点（三）：DNA分子复制的过程（重、难点）
生：回顾有丝分裂和减数分裂的过程，说出DNA复制的时间。
1.DNA复制的时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
思考：无丝分裂过程中DNA复制吗？
2.DNA复制的场所：
讨论：科学家用放射性元素标记的胸苷培养洋葱根尖，过一段时间，发现放射性主要出现在根尖分生区细胞的细胞核附近，根据这一事实分析DNA复制的场所是什么？
归纳：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
讨论：原核细胞二分裂时DNA复制吗？复制的场所是哪里？
3.DNA复制的过程：
师：DNA复制过程大体分为三个阶段：
（1）解旋：利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，DNA分子的两条脱氧核苷酸链中配对的碱基之间的氢键断裂，两条螺旋的双链解开。解旋的实质是使连接碱基对的氢键断裂，两条螺旋的双链解开为单链，解开的两条单链叫“母链”，即：模板链。
（2）合成子链：以解开的每一段母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，在DNA聚合酶等酶的作用下，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链。
（3）形成子代DNA分子：随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时，每条子链与其相对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而形成各包含一条母链和一条子链的2个完全相同的DNA分子。
4.DNA复制过程的特点：
（边解旋边复制：解旋与复制是同时进行的；半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了一条母链，只有一条链是新合成的。）
5.DNA复制的条件：
（①模板：亲代DNA解旋开的两条母链；②原料：4种游离的脱氧核苷酸；③酶：解旋酶、DNA聚合酶等多种酶；④能量：ATP）
6.DNA复制的结果：
一个DNA分子复制一次形成两个完全相同的DNA分子。若一个DNA分子分子n次，形成的DNA为2n。
7.保证DNA“准确”复制的原因：
（1）DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板。
（2）碱基互补配对原则，保证复制准确无误。
8.DNA复制的意义：
DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
讨论：通过学习，我们知道了DNA分子严格地遵循碱基互补配对原则，那么是否代表DNA分子的复制完全没有差错？
典例2：实验室内模拟生物体DNA的复制必需的一组条件是 ( )
①酶 ②游离的脱氧核苷酸 ③ATP ④DNA分子 ⑤mRNA ⑥tRNA ⑦适宜的温度 ⑧适宜的酸碱度
A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑤⑥⑦ C.②③④⑤⑦⑧ D.①②③④⑦⑧
【达标训练2】2-1：某DNA分子中含有1000个碱基对（P元素只是32P）若将该DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中，让其复制两次，则子代DNA分子的相对分子质量平均比原DNA分子（ ）
A．减少1500 B．增加1500 C．减少1000 D．增加1000
典例3：DNA分子共有a个碱基，其中含胞嘧啶m个，则DNA分子复制3次需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（ ）
A．7（a－m） B．8(a－m) C．7（1/2 a—m） D．8（2a—m）
【达标训练3】3-1：某双链DNA分子中共有含N碱基1400个，其中一条单链上（A+T）/（C+G）=2∶5。问该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数目是（ ）
A.840 B.200 C.600 D.800
【规律与方法】DNA复制的有关计算
（1）一个DNA分子复制n次，产生的子代DNA分子总数为2n，产生的DNA单链为2n×2=2n+1。
（2）一个DNA分子不论复制多少代，产生的子代DNA分子中含母链的DNA分子数总是2个，母链也只有2条，所以，复制n次后，含亲代DNA链的DNA分子数占子代DNA分子总数的比例为2/2n，即1/2n-1；子代DNA分子所含的亲代DNA链占子代DNA中脱氧核苷酸链的比为2/2n+1，即：1/2n。
（3）复制所需的某游离脱氧核苷酸数=a×（2n-1），其中的a为所求的脱氧核苷酸在原来DNA（即作模板的亲代DNA）分子中的数量，n为复制次数。
（4）在第n次复制时，共需消耗某游离的脱氧核苷酸数=a×2n-1个。
【评价反馈】抽象问题直观教学，学生更易掌握，是全部学生都能掌握。
【知识结构】
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【布置作业】课后练习题，课后配套练习。
【板书设计】
第三节 DNA的复制
一、复制的方式：半保留复制
二、复制的条件：模板、酶、原料、能量等
三、复制的过程 解旋——合成子链——螺旋
四、复制的意义：传递遗传信息