高中生物DNA的復(fù)制教案2新人教版必修

1、第3節(jié) DNA的復(fù)制一、教學(xué)目標(biāo)1. 知識方面概述DNA分子的復(fù)制。2. 情感態(tài)度與價值觀方面探討DNA復(fù)制的生物學(xué)意義。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)DNA分子復(fù)制的條件、過程和特點(diǎn)。2.教學(xué)難點(diǎn)DNA分子復(fù)制的過程。三、教學(xué)方法討論法、 演示法、講授法四、教學(xué)課時1五、教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容教師組織和引導(dǎo)學(xué)生活動教學(xué)意圖問題探討提示兩個會徽所用的原料應(yīng)該選自一塊石材；應(yīng)先制造模型，并按模型制作會徽；應(yīng)使用電子控制的刻床；刻床應(yīng)由一名技術(shù)熟練的師傅操作，或完全數(shù)控等。（以上可由學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)推測回答，事實(shí)是原料確實(shí)選自一塊石材，但由于時間緊迫，兩個會徽是由兩名技術(shù)最好的師傅手工雕刻的）。驗(yàn)證的

2、最簡單的方法是：將兩個印章的圖形蓋在白紙上進(jìn)行比較（學(xué)生也可能提出更科學(xué)、更現(xiàn)代化的方法）。閱讀思考討論回答引入新課講述DNA既能作為遺傳物質(zhì)，就必須具有精確的自我復(fù)制能力，那它是怎樣進(jìn)行復(fù)制的呢？思考討論引起思考引入新課一、對DNA分子復(fù)制的推測引導(dǎo)引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文P52，沃森和克里克提出的著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后，又發(fā)表了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。進(jìn)而總結(jié)出“半保留復(fù)制”的概念。講述在復(fù)制過程中，原來雙螺旋的兩條鏈并沒有被破壞，它們分成單獨(dú)的鏈，每一條舊鏈作為模板再合成一條新鏈，這樣在新合成的兩個雙螺旋分子中，一條鏈?zhǔn)桥f的而另外一條鏈?zhǔn)切碌?，因此這種復(fù)制方式被稱為半保留復(fù)制。閱讀思考學(xué)新

3、知識二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)講述我們知道，當(dāng)假說通過實(shí)踐檢驗(yàn)并被證明是正確的后，才能上升為科學(xué)理論。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，放射性同位素示蹤技術(shù)被應(yīng)用到DNA分子復(fù)制的研究中。下面我們來探討一下DNA分子半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。講述大家閱讀課文P53，結(jié)合圖3-12，利用物理、化學(xué)知識體會科學(xué)家實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法、原理、步驟、結(jié)果、結(jié)論及它的巧妙之處。強(qiáng)調(diào)：該實(shí)驗(yàn)證明了DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的?？磮D思考培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)重視實(shí)的態(tài)度旁蘭思考題1提示本實(shí)驗(yàn)是根據(jù)半保留復(fù)制原理和DNA密度的變化來設(shè)計(jì)的。在本實(shí)驗(yàn)中根據(jù)試管中DNA帶所在的位置就可以區(qū)分親代與子代的DNA了。思考回答拓展思維知識遷移三、

4、DNA復(fù)制的過程1.概念：指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。DNA的復(fù)制實(shí)質(zhì)上是遺傳信息的復(fù)制。2.時間：細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)第一次分裂的間期3.場所：細(xì)胞核（主要）、線粒體、葉綠體4.條件：模板：兩條母鏈原料：四種脫氧核苷酸、能量（ATP）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等5.過程：解旋提供準(zhǔn)確模板：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子兩條多脫氧核苷酸鏈配對的堿基從氫鍵處斷裂，兩條螺旋的雙鏈解開，這個過程叫做解旋。解開的兩條單鏈叫母鏈（模板鏈）。合成互補(bǔ)子鏈：以上述解開的每一段母鏈為模板，以周圍環(huán)境中游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補(bǔ)配對原則，在有關(guān)酶的作用下，各自合成與母鏈互

5、補(bǔ)的一段子鏈。子、母鏈結(jié)合盤繞形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下，隨著解旋過程的進(jìn)行，新合成的子鏈不斷地延伸，同時每條子鏈與其對應(yīng)的母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而各自形成一個新的DNA分子，這樣，1DNA分子2個完全相同的DNA分子。6.特點(diǎn)：DNA分子是邊解旋邊復(fù)制的；是一種半保留式復(fù)制。（即在子代雙鏈中，有一條是親代原有的鏈，另一條（子鏈）則是新合成的。）7.“準(zhǔn)確”復(fù)制的原因：DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能為復(fù)制提供模板；堿基具有互補(bǔ)配對的能力，能夠使復(fù)制準(zhǔn)確無誤。8.結(jié)果：一個DNA分子形成兩個完全相同的DNA分子9. 意義：DNA通過復(fù)制，使遺傳信息從親代傳給了子代，從而保證了物種

6、的相對穩(wěn)定性，保持了遺傳信息的連續(xù)性，使種族得以延續(xù)。學(xué)生思考下列問題：什么叫解旋？解旋的目的是什么？什么叫“子鏈”？復(fù)制一次能形成幾條子鏈？簡述“子鏈”形成的過程。DNA復(fù)制后兩個子代DNA分子和親代DNA分子是否完全相同？為什么？通過設(shè)問，學(xué)生回答，進(jìn)一步讓學(xué)生理解和鞏固DNA復(fù)制的全過程。DNA分子連續(xù)復(fù)制演繹的計(jì)算規(guī)律已知某一DNA分子用15N標(biāo)記（0代）將含有該標(biāo)記DNA分子的細(xì)胞（或細(xì)菌）轉(zhuǎn)移到只含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)（進(jìn)行DNA復(fù)制）若干代后，其DNA分子數(shù)、脫氧核苷酸鏈數(shù)及相關(guān)比例如下表：世代DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)脫氧核苷酸鏈的數(shù)量變換規(guī)律分子總數(shù)不同DNA分子占全部DNA分子之

7、比單鏈總數(shù)不同脫氧核苷酸鏈占全部鏈之比只含15N分子含14N15N雜種分子只含14N分子含15N的鏈含14N的鏈0112112141/21/2241/21/281/43/4381/43/4161/87/8n2n2/2n12/2n2n11/2n11/2n學(xué)生填表培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)能力小結(jié)1通過學(xué)習(xí)必須掌握DNA的復(fù)制過程、復(fù)制的必需條件及DNA復(fù)制在生物學(xué)上的重要意義。為學(xué)習(xí)生物的遺傳和生物的變異奠定基礎(chǔ)。2目前DNA分子廣泛用于刑事案件偵破等方面（l）DNA分子是親子鑒定的主要證據(jù)之一。（2）把案犯在現(xiàn)場留下的毛發(fā)、血等進(jìn)行分析作為破案的證據(jù)，與DNA有關(guān)。作業(yè)練習(xí)一二【典型例題】例1.如果將大腸

8、桿菌的 DNA分子用 標(biāo)記，然后將大腸桿菌移入 培養(yǎng)基上連續(xù)培養(yǎng)。從分析得知，第一代大腸桿菌DNA儲存的遺傳信息與親代大腸桿菌DNA儲存的遺傳信息完全相同，其原因是_。若連續(xù)培養(yǎng)三代，此時，含 標(biāo)記的DNA分子約占大腸桿菌DNA分子總量的多少？其原因是多少？【解析】  解題時，可用下圖表示雙鏈DNA分子復(fù)制過程：從圖解可知，第二代大腸桿菌的DNA分子是以親代的DNA分子中兩條母鏈分別為模板，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則復(fù)制而成的。第二代大腸桿菌的DNA分子總量中，含 標(biāo)記的為 （即 ）；第三代應(yīng)為 （即 ）?！敬鸢浮?#160; 以親代DNA為模板，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則復(fù)制而成；25；因 D

9、NA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制。例2.將大腸桿菌置于含 的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間，然后把 DNA被 完全標(biāo)記的大腸桿菌作為親代，轉(zhuǎn)移到只含 的普通培養(yǎng)基培養(yǎng)，使其繁殖兩代形成 4個新個體，則它們的 DNA中含 的鏈與 的鏈的比是（     ）A3：1    B2：1    C1：1    D7：l【解析】本題考查“大腸桿菌只有一個DNA分子”以及對“DNA分子具有雙鏈結(jié)構(gòu)”和“DNA半保留復(fù)制”的理解。 標(biāo)記的DNA有兩條含 的鏈，當(dāng)利用含 的氮源來繁殖合成新DNA時

10、，根據(jù)半保留復(fù)制的特點(diǎn)，新形成的 2個 DNA分子上應(yīng)各有一條含 的鏈和一條含 的鏈，沒有了 的來源，不論以后復(fù)制多少次，含 的鏈永遠(yuǎn)只是兩條，而增加的新鏈都是含 的鏈。而題中形成了4個新個體，則只有4個DNA分子8條單鏈，只有兩條含 ，其余六條含 ， 鏈： 鏈=6：2=3：1?！敬鸢浮緼?！驹u點(diǎn)】DNA復(fù)制，是將兩條鏈之間的氫鏈打開，形成兩條單鏈，然后以單鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對原則，再各形成一條新鏈。在什么培養(yǎng)基上復(fù)制，新鏈即含什么培養(yǎng)基上的物質(zhì)，再次復(fù)制仍如此，但是原DNA（親代DNA）中的兩條鏈上的物質(zhì)永遠(yuǎn)不變。【知識擴(kuò)展】DNA芯片近年來，世界上一些發(fā)達(dá)國家的研究機(jī)構(gòu)和工業(yè)界開始構(gòu)

11、建一種縮微芯片實(shí)驗(yàn)室DNA芯片。目的是將生命科學(xué)研究中的許多不連續(xù)的分析過程，如樣品制備、化學(xué)反應(yīng)和分離檢測等，通過采用類似集成電路制作過程中的半導(dǎo)體光刻加工的縮微技術(shù)，將其移植到一塊1cm2見方的玻璃片上，并使其連續(xù)化和微型化。這與當(dāng)年將數(shù)間房屋大小的分離元件計(jì)算機(jī)縮微成現(xiàn)在只有書本大小的筆記本式電腦有異曲同工之效。DNA芯片是一種縮小了的生物化學(xué)分析器，通過芯片上微加工獲得的微米結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)處理結(jié)合，便可將成千上萬的與生命相關(guān)的信息集成在一小塊玻璃芯片上。采用芯片可進(jìn)行生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)中所涉及的各種生物化學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到對基因、抗原和活體細(xì)胞等進(jìn)行測試分析的目的。通過分析可得到大量具有生物學(xué)

12、、醫(yī)學(xué)意義的信息。關(guān)于DNA芯片的設(shè)想可追溯到1989年，當(dāng)時美國Affymetrix公司的科學(xué)家打算用許多分子研制一種硬幣般大小的裝置。他們想出一種巧妙的辦法，利用光刻法與光化學(xué)合成法相結(jié)合，在一塊平滑的玻璃片上，用不同的分子構(gòu)建一個高密度網(wǎng)絡(luò)。開始，他們把某些蛋白質(zhì)堆放在玻璃片上，一名叫斯蒂芬·福多的年輕科學(xué)家立即看出了采用DNA的可能性，他意識到，芯片上的DNA分子就好像一條條細(xì)細(xì)的分子“維可牢(velcro)”(“維可牢”是一種尼龍刺粘搭鏈，兩面相合即粘住，一扯即分開，用以替代服裝上的紐扣等)可選擇性地與某些基因，即DNA的短片段結(jié)合，從而檢查出變異型基因。福多在理論上推定，

13、讓未知的DNA樣品與分布在DNA芯片上已知的DNA序列接觸，就能對其作出鑒定。因?yàn)镈NA雙螺旋的兩條單核苷酸鏈總是遵循“堿基互補(bǔ)”的原則配對，即一條鏈上的A總是與另一條鏈上的T相結(jié)合，C也總是與G相結(jié)合。因此，當(dāng)一條鏈上的堿基序列確定之后，即可推知另一條鏈上的堿基序列。這類帶有已知DNA序列的芯片就能檢測突變基因或堿基的各種改變。目前，DNA芯片主要有四種加工方法。(1)美國Affymetrix公司的光引導(dǎo)原位合成法。(2)美國Incytephaxmaceutical公司的化學(xué)噴射法，即將事先合成好的寡核苷酸探針噴射到芯片上的特定位置。(3)斯坦福大學(xué)的接觸式點(diǎn)涂法，即利用高度精密機(jī)械手所帶的

14、移液頭與玻璃芯片表面接觸而將探針定位點(diǎn)滴到芯片上。(4)使用4支分別裝有A、T、G、C核苷的壓電噴頭在芯片上的原位DNA探針合成法。DNA芯片的主要優(yōu)點(diǎn)是使生化分析全過程自動化，生產(chǎn)成本低、防污染(芯片系一次性使用)，分析速度快，而且體積小，重量輕，便于攜帶。這類儀器雖剛剛出現(xiàn)，但已開始給生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開發(fā)、生物武器戰(zhàn)爭、司法鑒定、食品和環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)督等領(lǐng)域帶來沖擊，甚至革命。因此，它已廣為各國學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所重視。DNA雜交及其在實(shí)踐中的應(yīng)用如何比較兩DNA分子堿基順序差異的大小呢？我們很容易想到的是如同人類基因組計(jì)劃那樣進(jìn)行堿基測序，然后再進(jìn)行比較。但這樣做工作量太大，耗資多，費(fèi)

15、時長。如人類基因組計(jì)劃動用大量人力物力，歷時數(shù)年，才把人類對對染色體上DNA的堿基排列順序全部檢測完畢！事實(shí)上，如果我們僅僅是比較兩DNA分子差異大小，則不必檢測具體堿基順序，最簡單的方法是進(jìn)行DNA雜交。那么什么叫DNA雜交，DNA雜交在實(shí)踐中具體又有哪些應(yīng)用呢？下面結(jié)合中學(xué)生物教學(xué)特點(diǎn)簡述這個問題。一、何為DNA分子雜交所謂DNA分子雜交，是指把不同來源的DNA分別加熱到100或調(diào)節(jié)pH到大于13時，DNA會變性解離成單鏈，再把兩種來源的DNA單鏈放到一起，在60保持相當(dāng)長時間，互補(bǔ)的DNA單鏈就會重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，我們把它叫雜合雙鏈，這即是兩個DNA具有相同堿基對排列順序的部分；而不互

16、補(bǔ)的則仍為游離的單鏈，即具有不同的堿基對排列順序的部分。最后通過一定的方法可以檢測出其中單、雙鏈的多少，從而比較兩生物DNA堿基對排列順序差異的大小。一般地說，雜合雙鏈區(qū)越多，DNA堿基對順序相同的越多，反之則越少。可見，通過DNA雜交，我們只需檢測雜合雙鏈區(qū)的多少，而無需檢測具體的DNA堿基序列，所以工作量就大大減少了。二、DNA分子雜交的應(yīng)用1將不同種生物的DNA分子進(jìn)行雜交，可以說明生物之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近高中生物實(shí)驗(yàn)修訂本中敘述了利用DNA雜交方法，把不同生物的DNA分子進(jìn)行比較，從而說明兩種生物之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。例如，把人、黑猩猩和長臂猿的某些DNA進(jìn)行雜交，發(fā)現(xiàn)人的DNA和黑猩猩的

17、DNA雜交后形成的雜交DNA雜合雙鏈區(qū)多于人的DNA與長臂猿雜交形成的雜合雙鏈區(qū)，即人與黑猩猩的DNA更相似，這就說明人與黑猩猩的親緣關(guān)系要近于人與長臂猿的親緣關(guān)系。DNA雜交技術(shù)是人們從分子生物學(xué)角度為生物進(jìn)化提供的一個非常可靠的證據(jù)。2將同種生物的DNA雜交，可用于親子鑒定和痕跡檢驗(yàn)等不同種生物的DNA有差異，同種生物的DNA有沒有差異呢？根據(jù)DNA遺傳規(guī)律，只有自我復(fù)制的DNA才是完全相同的，不同個體的DNA多多少少總存在一定的差異。例如，人類不同種族、不同民族的DNA堿基順序中大約有萬分之一是不一樣的。所以DNA雜交不僅可以用于不同種生物個體之間，也可應(yīng)用于同種生物不同個體之間。如在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，能準(zhǔn)確進(jìn)行親子鑒定的是DNA檢測，檢測方法并非檢測出全部堿基順序，而是進(jìn)行DNA雜交，即把所要檢測的兩人的