必修2/第3章/基因的本質(zhì)/本節(jié)聚焦怎樣證明DNA是半保留復(fù)制的？DNA的復(fù)制過(guò)程是怎樣的？DNA的半保留復(fù)制對(duì)遺傳信息的穩(wěn)定傳遞有什么意義？第3節(jié)DNA的復(fù)制沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那篇著名短文的結(jié)尾處寫(xiě)道：“值得注意的是，我們提出的這種堿基特異性配對(duì)方式，暗示著遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制的一種可能機(jī)制?！?/p>

討論1.堿基互補(bǔ)配對(duì)原則暗示DNA的復(fù)制機(jī)制可能是怎樣的？堿基互補(bǔ)配對(duì)原則是指DNA兩條鏈的堿基之間有準(zhǔn)確的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，暗示DNA的復(fù)制可能要先解開(kāi)DNA雙螺旋的兩條鏈，然后通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)合成互補(bǔ)鏈。沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那篇著名短文的結(jié)尾處寫(xiě)道：“值得注意的是，我們提出的這種堿基特異性配對(duì)方式，暗示著遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制的一種可能機(jī)制?！?/p>

討論2.這句話中為什么要用“可能”二字？這反應(yīng)科學(xué)研究具有什么特點(diǎn)？科學(xué)研究需要大膽的想象，但是得出結(jié)論必須建立在確鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)之上。沃森和克里克緊接著發(fā)表了第二篇論文，提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說(shuō)：半保留復(fù)制；這一假說(shuō)提出后，有人支持也有人提出“全保留復(fù)制的假說(shuō)”。一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)DNA分子復(fù)制時(shí)，DNA分子的雙螺旋______，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵______，________________分別作為復(fù)制的模板，游離的_____________根據(jù)_______________原則，通過(guò)形成_______，結(jié)合到作為模板的單鏈上。由于新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來(lái)的DNA分子中的一條鏈，因此，這種復(fù)制方式稱______________。堿基互補(bǔ)配對(duì)斷裂解開(kāi)的兩條單鏈脫氧核苷酸氫鍵半保留復(fù)制解開(kāi)半保留復(fù)制半保留復(fù)制:有人持不同的觀點(diǎn)，提出了全保留復(fù)制的假說(shuō)：全保留復(fù)制：是指DNA復(fù)制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是________的。新合成需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證首要問(wèn)題：如何區(qū)分開(kāi)親代與子代的DNA？一、對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)全保留復(fù)制:全保留復(fù)制二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)實(shí)驗(yàn)者：實(shí)驗(yàn)材料：實(shí)驗(yàn)方法：美國(guó)生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾大腸桿菌（繁殖快，20min可繁殖一代）同位素標(biāo)記技術(shù)1958年，美國(guó)生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)材料，運(yùn)用同位素標(biāo)記技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)。背景知識(shí)15N和14N是氮元素的兩種穩(wěn)定同位素，這兩種同位素的相對(duì)原子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大；利用離心技術(shù)(密度梯度離心技術(shù))可以在試管中區(qū)分含有不同氮元素的DNA。密度梯度離心技術(shù)輕鏈中鏈重鏈15N/15N—DNA15N/14N—DNA14N/14N—DNA證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)先用含有15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖若干代，所得大腸桿菌的DNA幾乎都被15N標(biāo)記。再將該大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有14NH4Cl普通培養(yǎng)液中。在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA，再將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。實(shí)驗(yàn)預(yù)期假設(shè)DNA是半保留復(fù)制，離心后試管中DNA的位置是怎樣的呢？這就需要運(yùn)用演繹推理來(lái)預(yù)測(cè)。假說(shuō)-演繹法證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)作出假說(shuō)演繹推理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證推測(cè)可能的復(fù)制方式：半保留復(fù)制、全保留復(fù)制。推理、探究幾種復(fù)制模式下得到子代DNA的可能情況，預(yù)測(cè)可能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)論：DNA復(fù)制是半保留復(fù)制。DNA是如何復(fù)制的?提出問(wèn)題證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)。得出結(jié)論演繹推理證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)假如半保留復(fù)制是正確的，實(shí)驗(yàn)的預(yù)期會(huì)是怎樣的？大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)若干代；提取DNA，離心。15N/15N-DNA重鏈密度低高轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中提取DNA，離心細(xì)胞分裂1次15N/14N-DNA中鏈15N/14N-DNA14N/14N-DNA1/2輕鏈1/2中鏈第一代第二代細(xì)胞再分裂1次提取DNA，離心證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)討論：1.請(qǐng)運(yùn)用演繹推理來(lái)分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程，完成上述實(shí)驗(yàn)預(yù)期，填寫(xiě)圖中的方框。

細(xì)胞再分裂一次后，試管上部的方框中填14N/14N-DNA，試管中部的方框中填15N/14N-DNA。細(xì)胞分裂一次后，方框中填15N/14N-DNA；

假如全保留復(fù)制是正確的。第一代的結(jié)果：一半的細(xì)胞中DNA是15N/15N-DNA，另一半的細(xì)胞中DNA是14N/14N-DNA；第二代的結(jié)果：1/4的細(xì)胞中DNA是15N/15N，3/4的細(xì)胞中DNA是14N/14N。2.假如全保留復(fù)制是正確的，實(shí)驗(yàn)預(yù)期又會(huì)是怎樣的？親代DNA演繹推理證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)假如全保留復(fù)制是正確的，實(shí)驗(yàn)的預(yù)期會(huì)是怎樣的？重DNA15N15N第一代出現(xiàn)的結(jié)果第二代出現(xiàn)的結(jié)果15N15N14N14N1/2輕DNA1/2重DNA14N14N15N15N3/4輕DNA1/4重DNA實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)親代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心后，試管中只出現(xiàn)了一條帶，位置靠近試管的底部，說(shuō)明其密度最大，是15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA(15N/15N-DNA)；將轉(zhuǎn)移培養(yǎng)后第一代細(xì)菌的DNA離心后，試管中也只有一條帶，但位置居中，說(shuō)明其密度居中，是只有一條單鏈被15N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(15N/14N-DNA)；科學(xué)家完成上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是：15N/15N-DNA15N/14N-DNA第一代只出現(xiàn)一條居中的DNA條帶，這個(gè)結(jié)果排除了哪種復(fù)制方式？全保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)第二代細(xì)菌的DNA離心后，試管中出現(xiàn)兩條帶，一條帶位置居中，為15N/14N-DNA，另一條帶位置更靠上，說(shuō)明其密度最小，是兩條單鏈都沒(méi)有被15N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(14N/14N-DNA)?？茖W(xué)家完成上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。15N/14N-DNA14N/14N-DNA得出結(jié)論三、DNA復(fù)制過(guò)程1.解旋

在解旋酶的作用下，雙鏈螺旋的DNA打開(kāi)氫鍵，解開(kāi)成為兩條單鏈，每條單鏈均作為模板合成新的DNA。三、DNA復(fù)制過(guò)程1.解旋2.合成以兩條母鏈為模板，4種脫氧核苷酸為原料，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，在DNA聚合酶的作用下，合成為兩條新的子鏈。注意：合成兩條新的子鏈的方向！新子鏈由5＇→3＇。三、DNA復(fù)制過(guò)程1.解旋2.合成3.復(fù)旋一條母鏈和一條子鏈盤(pán)繞成為一個(gè)新的DNA分子。三、DNA復(fù)制過(guò)程（有絲分裂前的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期）3.時(shí)間：2.場(chǎng)所:真核生物：1.概念：指以親代DNA的兩條鏈為模板合成子代DNA的過(guò)程。原核生物：細(xì)胞核（主要），葉綠體、線粒體。擬核、細(xì)胞質(zhì)（質(zhì)粒）。細(xì)胞分裂前的間期。DNA的復(fù)制總結(jié)(課本P55-P56)：三、DNA復(fù)制過(guò)程DNA的復(fù)制總結(jié)(課本P55-P56)：4.條件:模板：原料：能量：酶：解旋酶（打開(kāi)氫鍵）、DNA聚合酶（形成磷酸二酯鍵）游離的四種脫氧核苷酸親代DNA的兩條母鏈ATP等5.DNA復(fù)制的方向：從子鏈的5'端向3'端延伸6.DNA復(fù)制的結(jié)果：一個(gè)DNA分子形成兩個(gè)完全相同的DNA分子。7.DNA復(fù)制的特點(diǎn)：

邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制。8.復(fù)制中形成的化學(xué)鍵：氫鍵、磷酸二酯鍵。9.DNA能準(zhǔn)確復(fù)制的原因：10.DNA復(fù)制意義：DNA分子通過(guò)復(fù)制，將遺傳信息從親代傳遞給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性。①DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)提供精確的模板;②通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。三、DNA復(fù)制過(guò)程DNA的復(fù)制總結(jié)(課本P55-P56)：【拓展】：DNA復(fù)制中的有關(guān)計(jì)算DNA復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)易圖解：親代DNA分子復(fù)制1次復(fù)制2次復(fù)制3次無(wú)論DNA復(fù)制多少次，含有母鏈的DNA分子永遠(yuǎn)只有兩個(gè)（兩條鏈）212223【拓展】：DNA復(fù)制中的有關(guān)計(jì)算將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，復(fù)制n次，則：1.共產(chǎn)生子代DNA分子____個(gè)；子代DNA分子中：含15N的DNA分子_____個(gè)；含14N的DNA分子_____個(gè)；只含15N的DNA分子_____個(gè)；只含14N的DNA分子_______個(gè)；2n22n02n-22.DNA復(fù)制中消耗的脫氧核苷酸數(shù)：①若親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，經(jīng)過(guò)n次復(fù)制需要消耗該種脫氧核苷酸數(shù)為：______________②第n次復(fù)制需要該種脫氧核苷酸數(shù)為：_______________m·(2n－1)m·2n－1【拓展】：DNA復(fù)制中的有關(guān)計(jì)算隨堂訓(xùn)練：1.將15N標(biāo)記的DNA分子放在14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)3次復(fù)制，在所形成的子代DNA中，含15N的DNA占總數(shù)是（）A.1/16

B.l/8C.1/4D.1/2C【拓展】：DNA復(fù)制中的有關(guān)計(jì)算隨堂訓(xùn)練：

2.一個(gè)DNA分子中有A堿基20個(gè)，占全部堿基的20%，若DNA連續(xù)復(fù)制2次，需要C堿基()A.20個(gè)B.30個(gè)C.90個(gè)D.120個(gè)C【拓展】：DNA復(fù)制中的有關(guān)計(jì)算隨堂訓(xùn)練：

3.一個(gè)DNA分子中含有1000個(gè)堿基對(duì)，其中有400個(gè)腺嘌呤。如果它連續(xù)復(fù)制三次，消耗周?chē)h(huán)境中腺嘌呤脫氧核苷酸

個(gè)

。第三次復(fù)制需要消耗腺嘌呤脫氧核苷酸

個(gè)。28001600【拓展】：DNA復(fù)制中的有關(guān)計(jì)算隨堂訓(xùn)練：4.把培養(yǎng)在含輕氮(14N)環(huán)境中的細(xì)菌，轉(zhuǎn)移到含重氮(15N)環(huán)境中培養(yǎng)相當(dāng)于復(fù)制一次的時(shí)間，然后放回原環(huán)境相當(dāng)于連續(xù)復(fù)制兩次的時(shí)間后，細(xì)菌DNA組成分析結(jié)果是(

)A.3/4輕氮型、1/4中間型B.1/4輕氮型、3/4中間型C.1/2中間型、1/2重氮型D.1/2輕氮型、1/2中間型A練習(xí)與應(yīng)用（P56）一、概念檢測(cè)1.DNA復(fù)制是在為細(xì)胞分裂進(jìn)行必要的物質(zhì)準(zhǔn)備。據(jù)此判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)DNA復(fù)制與染色體復(fù)制是分別獨(dú)立進(jìn)行的。()(2)在細(xì)胞有絲分裂的中期，每條染色體是由兩條染色單體組成的，所以DNA的復(fù)制也是在這個(gè)時(shí)期完成的。()??練習(xí)與應(yīng)用（P56）一、概念檢測(cè)2.DNA復(fù)制保證了親子代間遺傳信息的連續(xù)性。下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是()A.復(fù)制均在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行B.堿基互補(bǔ)配對(duì)原則保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性C.1個(gè)DNA分子復(fù)制1次產(chǎn)生4個(gè)DNA分子D.游離的脫氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子鏈B練習(xí)與應(yīng)用（P56）一