【2012优化方案 精品课件】北师大版 生物 必修2 第3章第1节遗传信息的复制与表达

(共39张PPT)
第3章 遗传信息的复制与表达
第1节　遗传信息的复制
课标领航
1．理解DNA分子复制的概念、过程和意义。
2．掌握与DNA分子复制相关的计算方法。
3．理解DNA分子复制与遗传信息的关系。
情景导引
2011年五一劳动节到来前夕，作者有幸来到荷泽牡丹园赏花。放眼望去，满园牡丹五颜
六色，千姿百态，绚丽多采，令人心
旷神怡。尤其是状元红和玉),面桃花
两个品种更是让人流连忘返。它们花
朵硕大，雍容华贵，不愧为国色天香。据该园技术人员介绍，这两大名品，是纯正的洛阳牡丹。因为几百年来，人们一直在用扦插和压条的方法对它们实施人工繁殖。
思考：扦插法和压条法能够保证牡丹品种纯正的根本原因是什么？
提示：母体的DNA分子复制出与己完全相同的“副本”传递给后代。
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
第1节
基础自主梳理
一、DNA分子半保留复制的证据
1．解旋：DNA分子复制时，DNA分子的_______解开，互补的碱基之间的________断裂。
2．复制：以解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据________________原则，通过形成_________，结合到作为模板的单链上。
3．特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的__________。
双链
氢键
碱基互补配对
氢键
一条链
二、DNA分子的复制
1．概念：以_____________为模板合成子代DNA的过程。
2．发生时期：有丝分裂________和减数
____________________。
3．过程
(1)解旋：需要细胞提供能量，在_________的作用下，两条螺旋的双链解开。
(2)合成子链：以母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，
亲代DNA
间期
第一次分裂的间期
解旋酶
按照_________________原则，合成与母链互补的子链。
(3)形成子代DNA分子：延伸子链，母子链盘绕成__________结构。
4．特点
(1)________________ 。
(2)复制方式为_______________。
碱基互补配对
双螺旋
边解旋边复制
半保留复制
5．条件
模板 ____________________
原料 4种游离的_____________________
能量 ATP
酶 解旋酶和____________ 酶等
DNA分子的两条链
脱氧核苷酸
DNA聚合
6．准确复制的原因
(1)DNA分子独特的______________提供精确模板。
(2)通过______________保证了复制的准确进行。
7．意义：将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的__________。
双螺旋结构
碱基互补配对
连续性
三、遗传信息复制的重大意义
1．意义：遗传信息经过复制准确传递给后代，保证了亲子代___________的一致性，使子代的性状与亲代相同或相近，从而确保了生物物种的延续性和多样性。
2．PCR技术
利用______________的原理，使DNA在体外完成复制。
遗传信息
DNA复制
核心要点突破
DNA分子半保留复制的证据
1．DNA半保留复制方式的实验证据
目的 探究DNA的复制方式是半保留复制还是全保留复制
方法 放射性同位素(15N)示踪技术
实
验
步
骤 ①将大肠杆菌放在含有15N标记的NH4Cl培养基中繁殖了15代，使所有的大肠杆菌DNA都被15N所标记，得到15N标记的DNA
②将细菌转移到含14N标记的NH4Cl培养基中培养，培养2代，收集细菌
③裂解细胞，用离心法观察DNA所处的位置。由于15N－DNA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在离心时，两种密度不同的DNA分布在不同的区带
DNA分
子复制2
代的实验结果 如果DNA是以半保留的方式复制的，预期实验结果(如下图)：在全部由N15标记的培养基中得到的15N－DNA显示为全重带位于离心管的管底。对照为14N－DNA显示为全轻。①当转入14N标记的培养基中繁殖后第Ⅰ代，显示为中带，这是15N－DNA和14N－DNA的杂交分子。②第Ⅱ代有中及轻两个区带，这表明它们分别为15N14N－DNA和14N14N－DNA。③随着以后在14N培养基中培养代数的增加，轻带增强，而中带逐渐不变。实验结果与预期相同。
结论 DNA的复制方式是半保留复制
2．DNA复制的有关计算
假设将1个全部被15N标记的DNA分子(0代)转移到含14N的培养基中培养n代，结果如下：
(1)DNA分子数
①子代DNA分子总数＝2n个
②含15N的DNA分子数＝2个
③含14N的DNA分子数＝2n个
④只含15N的DNA分子数＝0个
⑤只含14N的DNA分子数＝(2n－2)个
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条
②含15N的脱氧核苷酸链＝2条
③含14N的脱氧核苷酸链＝(2n＋1－2)条
(3)消耗的脱氧核苷酸数
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：
①经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n－1)个。
②在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n－1个。
特别提醒
(1)运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；还应注意培养基中化学元素的转换。
(2)运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。
一个细胞中的某一条染色体上的DNA双链都用15N标记过，在有丝分裂间期利用含14N的脱氧核苷酸作为原料进行复制，复制完成后该染色体的状况是(　　)
A．一条染色单体含15N，另一条染色单体不含15N
B．两条染色单体均含15N
C．两条染色单体均不含15N
例1
D．一条染色单体只含15N，另一条染色单体只含14N
【尝试解答】　B
【解析】　有丝分裂间期复制的每一条染色体中都含有两条染色单体，每条单体中各有一个DNA分子。每个DNA分子中各有一条链是含15N，所以两条染色单体均含15N。
跟踪训练　将大肠杆菌置于含15N的培养基中培养一段时间，然后把DNA被15N完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N的普通培养基培养，使其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA中含14N的链与15N的链的比是(　　)
A．3∶1　　　　　　　　　 B．2∶1
C．1∶1 D．7∶1
解析：选A。15N标记的DNA有两条含15N的链，当利用含14N的培养基来培养时，根据半保留复制的特点，新形成的2个DNA分子上应各有一条含15N的链和一条含14N的链，没有了15N的来源，不论以后复制多少次，含15N的链永远只有两条，而新增加的新链是含14N的链。而题中形成了4个新个体，含有4个DNA分子共8条单链，只有两条含15N，其余六条含14N,14N链∶15N链＝6∶2＝3∶1。
有关DNA分子复制问题的归纳
NA分子的复制
DNA复制的概念 以亲代DNA为模板，在一定条件下合成子代DNA的过程
DNA精确复制的原因 规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板；碱基互补配对原则保证了复制准确进行
能够进行DNA复制的生物 一切以DNA为遗传物质的生物
真核生物
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间期
DNA分子
复制进行的基本条件 模板 亲代DNA分子的两条链
原料 四种游离的脱氧核糖核苷酸
能量 ATP
酶 解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶
等
DNA复制的特点 半保留复制
DNA复制的结果 一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子
两个子代DNA
的位置及分开时间 复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中
DNA复制的意义 保持遗传信息的连续性，向子代传递遗传信息
(2011年江苏通州一中高一检测)下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是(　　)
A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B．在复制过程中，解旋和复制是同时进行的
C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
【尝试解答】　B
例2
【解析】　在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链。边解旋边复制也是DNA复制的一个特点。以解开的每一条单链为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链，最后每条新合成的子链与对应的模板链螺旋，形成两个一样的DNA分子。
跟踪训练　下列有关DNA复制过程的叙述中，正确的顺序是(　　)
①互补碱基对之间的氢键断裂
②互补碱基对之间的氢键合成
③DNA分子在解旋酶的作用下解旋
④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对
⑤子链与母链盘旋成双螺旋结构
A．①③④②⑤ B．③①⑤④②
C．①④②⑤③ D．③①④②⑤
解析：选D。DNA复制时，首先将氢键断开，形成两条母链，然后按碱基互补配对原则形成子链，子链与母链螺旋为子代DNA。
1．细胞内DNA复制与PCR技术的比较
DNA分子复制与PCR技术
细胞内DNA复制 PCR
不
同
点 解旋 在解旋酶作用下边解旋边复制 94℃高温解旋，双链分开
酶 解旋酶、DNA聚合酶 耐高热的DNA聚合酶
温度 体内温和条件 高温
相同点 ①需提供DNA复制的模板；②四种脱氧核苷酸为原料；③都需要酶的催化
2．PCR技术反应过程中控制不同温度的意义
(1)94 ℃左右时变性，双链DNA解旋为单链；
(2)55 ℃左右时复性，两种引物与两条单链DNA结合；
(3)72 ℃左右时延伸，耐高热的DNA聚合酶促使DNA新链的合成。
将大肠杆菌放在含有同位素15N培养基中培育若干代后，细菌DNA所有氮均为15N，它比14N分子密度大。然后将DNA被15N标记的大肠杆菌再移到14N的培养基中培养，每隔4 h(相当于分裂繁殖一代的时间)取样一次，
测定其不同世代细菌DNA的密度。
实验结果DNA复制的密度梯度离心
实验如下图所示。
例3
(1)中带含有的氮元素是____________。
(2)如果测定第四代DNA分子密度，标记的比例表示为________________。
(3)如果将第一代(全中)DNA链的氢键断裂后再测定密度，它的DNA单链在试管中的分布位置应为__________________。
(4)上述实验表明，子代DNA合成的方式是________。
【尝试解答】　(1)14N和15N　(2)1/8中、7/8轻
(3)1/2重、1/2轻　(4)半保留复制
【解析】　将DNA分子被15N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA链均含14N。根据半保留复制的特点，第一代的DNA分子应一条链含15N，一条链含14N。
一个亲代DNA分子复制到第二代，形成22＝4个DNA，其中两个各保留亲代DNA分子的一条链(含15N)，另一条链为14N，另两个DNA分子的两条链均含14N；以后各代中含有一条15N链，一条14N链的DNA分子始终为2个(来自同一个亲代DNA)，其余DNA分子两条链均含14N。全含15N的DNA分子比全含14N的DNA分子密度大，在密度梯度离心试验中，含15N的DNA分子均位于试管下部，而含14N的DNA分子应位于试管中较靠上的位置。
一条链含15N，一条链含14N的DNA分子位置应位于前两者之间，试验的结果也证明了这一点。据此可知，(1)中带(DNA)含有氮元素为两种：14N和15N；(2)第四代中由一个亲代DNA分子产生的子代DNA数为24＝16个。一条链为14N，一条链为15N的DNA分子为2个，占总数的1/8，位于梯度离心分离的中带，其余DNA分子含14N，有14个占7/8，位于轻带；(3)将第一代DNA链(一条含15N，一条含14N)氢键断裂后(两链分开)测定密度，应一条链在轻带，一条链在重带。
跟踪训练　若用PCR技术将草鱼的生长激素基因复制若干份。其中第一步做法是在________℃左右条件下使草鱼的生长激素基因中的两条长核苷酸链彼此分离(　　)
A．20 B．72
C．55 D．94
答案：D
知能过关演练
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