高中生物必修二教案-4.2.2DNA分子的复制4-苏教版

第四章 遗 传 的 分 子 基 础 §2、 DNA 分子的结构和复制（第 2 课时） 教学目标 1、知识与能力目标： 概述 DNA 分子的复制过程[[来源:学#科#网 Z#X#X#K][来源:Z*x 探讨 DNA 复制的生物学意义 2、过程与方法目标： 通过直观教学、探究、小组合作、交流、讨论等方式，培养学生的综合素质和能力 3、情感、态度与价值观：通过揭示 DNA 结构和功能的相互统一，形成辩证唯物主义观点；通过分组探究 活动，养成协作意识。 教学重点 DNA 分子复制的条件、过程和特点 教学难点 DNA 分子的复制过程、半保留复制实验 教学方法 讲授法、讨论法、直观 演示法、练习法 教学过程： 【导入】 同学们，我们知道地球上除了某些病毒外，其它所有生物的遗传物质都是 DNA，那么作为主要的遗传 物质，DNA 在细胞分裂间期时必须经历什么过程才能将遗传信息从亲代传递给子代？（复制） 细胞分裂间期结束，DNA 的含量发生什么变化？（加倍） 你认为 DNA 分子的复制是什么意思？（一个 DNA 分子形成二个相同的 DNA 分子） 提出问题：本节课我们来探讨一下 DNA 分子是如何进行复制的 板书：DNA 分子的复制 【展示】 学习目标、教学重点、难点 一、探究 DNA 的复制方式 提问：亲代 DNA 分子在形成子代 DNA 分子的过程中，它的两条母链哪去了？ （对学生的回答进行补充，并出示当时关于 DNA 复制方式的三种猜想：P73 ） 【板书】：一、探究 DNA 分子的复制方式 讨论： 不同的复制方式中，亲代 DNA 分子的两条母链在子代 DNA 分子中的分布如何？ 全保留复制：子代 DNA 分子完全没有母链成分，类似“复印” 分散复制：子代 DNA 分子的两条链中都有母链成分，母链的分配是随机的 半保留复制：子代 DNA 分子各保留一条母链 思考：1、三种复制方式中，只要清楚两条母链的去向就知道哪种方式是正确的了，可是 DNA 分子是肉眼 看不见的，用什么方法能够追踪亲代 DNA 分子两条母链的去向？ （放射性同位素示踪法） 2、我们通常用 15N 来标记 DNA 分子中的脱氧核苷酸，这样我们得到的 DNA 有两种：15N-DNA 和 14N-DNA，这两种分子除了放射性区别以外，还有什么不同？（相对分子质量不同） 3、 据相对分子质量不同，如何从宏观方面将 15N- DNA 和 14N- DNA 分开？ （密度梯度离心法） 介绍原理：将含不同质量的 DNA 分子的混合液放入 CsCl 溶液中进行离心，离心结束后，从管口 到管底，溶液的密度分布由低到高，形成密度梯度。不同的 DNA 分子就停留在与其密度相当的位置， 在紫外光下可看见其形成的条带。 展示图片：15N-DNA 和 14N-DNA 的条带位置 4、如果 DNA 分子一条链含 15N，另一条链含 14N，这种分子可以由哪种复制方式产生？离心后，应处于 什么位置？（半保留复制 中间带 展示图片：中间带） 5、如果 DNA 分子每条链上既有 15N 又有 14N，这种分子可以由哪种复制方式产生？离心后，应处于什么 位置？（轻带与重带之间，具体位置看 15N 与 14N 的比例） 【积极思维】 1957 年 梅西尔森实验 P71 思考：1、梅西尔森利用什么作为研究 DNA 复制的材料？有什么优点？ （利用细菌的增殖使 DNA 复制，优点:繁殖速度快，20 分钟一次） 2、梅西尔森采取什么方法使得细菌的 DNA 带上不同标记？ （分别使用含 14N 和 15N 的培养基来培养细菌） 展示、分析：1957 年 Meselson 大肠杆菌的实验过程图片 （P71） 分组活动：小组为单位，讨论三种复制方式，在讨论的基础上，将产生的子一代、子二代 DNA 分子图片 贴在相应的复制方式后面。 作品展示：小组代表用实物投影展示他们的作品，并说明子二代这样贴的原因。其他组对照自己组的作品 看是否相同。 出示：子一代、子二代离心结果图 讨论：1、子一代离心结果说明 DNA 分子中含 N 多少？可排除哪种复制方式，为什么？ （14N 和 15N 排除全保留复制 ） 2、子二代离心结果说明 DNA 分子中含 N 多少？可排除哪种复制方式，为什么？ （轻带：14N-DNA，中间带：含 14N 和 15N 排除分散复制，该方式产生的 DNA 分子离心后不可能 位于轻带） 3、哪种复制方式产生的子一代、子二代 DNA 分子符合离心结果？（半保留复制） 实验结论： DNA 分子的复制是半保留复制 【板书】实验结论：DNA 分子的复制是半保留复制 画一画：按照半保留方式，实验继续进行，再繁殖一代，画出子三代的 DNA 分子。 【拓展】：仔细观察半保留复制前三代情况，如果繁殖 n 代，第 n 代会产生几个 DNA 分子？几个含有 15N 链？离心结果如何？ （ 总数 2n 个，2 个含 15N 链，共 2 条带，分别是中带、轻带，比例 2:（2n-2) ） 【小结】：涉及的计算 (1)子代 DNA 分子数： 2n 。 ①无论复制多少次，含 15N 的 DNA 分子始终是 2 个。 ②含 14N 的有 2n 个，只含 14N 的有 2n－2 个 (2)子代 DNA 分子的总链数： 2n＋1 条。 ①无论复制多少次，含 15N 的链始终是 2 条。 ②含 14N 的链数是 2n＋1－2 条。 【大显身手】 例 1、将用 32P 标记的一个双链 DNA 分子放入 31P 的培养基中，连续复制三代，其后代含有 32P 和 31P 的 DNA 分子的比例是 （ C ） A．1 : 7 B. 1 : 8 C. 1 : 4 D. 0 : 8 例 2、将 1 个 DNA 分子用 15N 标记，在普通培养基上让其连续复制 3 次，在最后得到的 DNA 分子中，被 15N 标记的脱氧核苷酸链占总链数的比例是（ C ） A. 1/32 B. 1/16 C. 1/8 D. 1/4 二、DNA 复制的过程 【自学指导】阅读教材 P72 内容，并仔细分析图 4-11，7 分钟时间，找出下列问题的答案： 1、DNA 分子复制的概念是什么? 2、DNA 分子复制的发生在什么时间？什么场所？ 3、DNA 分子复制过程怎么进行? 4、DNA 分子复制过程需要哪些条件? 5、DNA 分子复制过程有何特点? 6、DNA 准确复制的原因? 【自学效果展示】 1. 概念：以亲代 DNA 分子为模板合成子代 DNA 的过程。 2. 时间：有丝分裂间期、减数第一次分裂间期 3. 过程： （展示的同时在黑板上分步演示复制过程，由学生标出互补链上的碱基序列，再贴出与两条母链配对的子 链的核苷酸图片） ①解旋：在解旋酶的作用下，消耗能量 ATP，解旋打开 DNA 的双链，破坏氢键，使之成为两条单链，且以 两条单链为模板。 ②配对合成子链：在 DNA 聚合酶的作用下，以两条母链为模板， ATP 为能量，4 种脱氧核苷酸为原料，按 碱基互补配对原则各自合成为一条新的子链。 ③复旋：在 DNA 复旋酶的作用下，以 ATP 为能量，每条母链和对应的子链复旋成一个新的 DNA 分子。 即：1DNA→2 条 DNA 单链（母链）→2 母＋2 子→（母十子）＋（母十子）→2DNA 由上可知，在以母链为模板合成子链的过程中，边解旋边复制，新合成的子链上脱氧核苷酸的序列与 另一条母链上的序列完全相同，故两对子母链各自形成的新 DNA分子中碱基对的排列顺序也完全相同；每 个子代 DNA 分子中，有一条是来自上代 DNA 的母链，所以叫半保留复制。 4．条件 ①模板：亲代 DNA 的两条母链； ②原料：4 种脱氧核苷酸： ③能量：ATP; ④酶 ：DNA 解旋酶，DNA 聚合酶等。 5．特点： 边解旋边复制； 半保留复制 6．DNA 能精确复制的原因： ①DNA 具有独特的双螺旋结构， 为复制提供精确的模板。 ②严格的碱基互补配对原则，保证复制准确无误的进行。 7、涉及的计算：消耗的脱氧核苷酸数。 ①若一个亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸 m 个，则经过 n 次复制,需要消耗游离的该脱氧核苷酸为 m×(2n－1) 个。 ②若进行第 n 次复制，则需 消耗该脱氧核苷酸数为 m×2 n－1 个。 【大显身手】 例 3 DNA 分子的双链解旋时，氢键从哪一碱基对处分开（ C ） A．鸟嘌呤与胸腺嘧啶 B．鸟嘌呤与尿嘧啶 C．鸟嘌呤与胞嘧啶 D．腺嘌呤与尿嘧啶 例 4 下列不是 DNA 复制条件的是（ D ） A．解旋酶、聚合酶 B．脱氧核苷酸 C．DNA 模板和能量 D．DNA 酶 例 5 下列关于 DNA 复制过程的正确顺序是 （ D ） ①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间形成氢键 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状结构。 A.①③④②⑤ B.①④②⑤③ C.①③⑤④② D.③①④②⑤ 例 6 DNA 一般能准确复制，其原因是( D ) ①DNA 规则的双螺旋结构为复制提供模板 ②DNA 复制发生于细胞周期的间期 ③碱基互补配对是严格的 ④产生的两个子代 DNA 均和亲代 DNA 相同 A．②④ B．②③ C．①④ D．①③ 例 7 具有 100 个碱基对的 1 个 DNA 分子片段，内含 40 个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧 啶脱氧核苷酸（ D ） A．60 个 B．80 个 C．120 个 D．180 个 三、DNA 复制的意义 提问：你认为亲子代性状相似的原因是什么？明确 DNA 复制的意义 意义：DNA 通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定 性，保持了遗传信 息的连续性，使得种族得以延续。 【课堂小结】： 板书设计 第二节 DNA 的复制 一、实验结论：DNA 是半保留复制 二、DNA 复制过程：边解旋边复制 三、DNA 复制意义：保证亲子代遗传信息的连续性 【教学反思】 新课改把提高每个高中生的生物科学素养作为《新课程标准》实施中的核心任务。因此教师不仅要关 注学生学到了什么，更要关注学生学会怎样学习。如果教师以知识讲授为核心直接讲解 DNA 分子半保留 复制的特点，学生虽然可以较快的掌握结论，但这种教学忽视了学生能力的发展，而且失去了自主探究的 乐趣。因此，教师可以充分挖掘教材内容，把基础知识与经典实验有机结合在一起，建立起一个自然流畅、 逻辑清晰的教学过程。通过设置问题情境，引导学生在探索中学习新知识，理解科学的本质和科学研究的 方法。这样学生不仅能够自己得出结论：DNA 的确具有半保留复制的特点，同时还能感受科学探究的魅 力。