《3-3-DNA的复制》教学案2.doc

二、教学重点和难点1.教学重点DNA分子复制的条件、过程和特点。2.教学难点DNA分子复制的过程。三、教学方法讨论法、演示法、讲授法四、教学课时1五、教学过程教学内容教师组织和引导学生活动教学意图问题探讨提示两个会徽所用的原料应该选自一块石材；应先制造模型，并按模型制作会徽；应使用电子控制的刻床；刻床应由一名技术熟练的师傅操作，或完全数控等。（以上可由学生根据自己的经验推测回答，事实是原料确实选自一块石材，但由于时间紧迫，两个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻的）。验证的最简单的方法是：将两个印章的图形盖在白纸上进行比较（学生也可能提出更科学、更现代化的方法）。阅读思考讨论回答引入新课讲述DNA既能作为遗传物质，就必须具有精确的自我复制能力，那它是怎样进行复制的呢？思考讨论引起思考引入新课一、对DNA分子复制的推测引导引导学生阅读课文P52，沃森和克里克提出的著名的DNA双螺旋结构模型后，又发表了遗传物质自我复制的假说。进而总结出“半保留复制”的概念。讲述在复制过程中，原来双螺旋的两条链并没有被破坏，它们分成单独的链，每一条旧链作为模板再合成一条新链，这样在新合成的两个双螺旋分子中，一条链是旧的而另外一条链是新的，因此这种复制方式被称为半保留复制。阅读思考学新知识二、DNA半保留复制的实验证据讲述我们知道，当假说通过实践检验并被证明是正确的后，才能上升为科学理论。随着科学技术的发展，放射性同位素示踪技术被应用到DNA分子复制的研究中。下面我们来探讨一下DNA分子半保留复制的实验证据。讲述大家阅读课文P53，结合图3-12，利用物理、化学知识体会科学家实验设计的方法、原理、步骤、结果、结论及它的巧妙之处。强调：该实验证明了DNA的复制是以半保留的方式进行的。看图思考培养严谨重视实的态度旁兰思考题1提示本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。思考回答拓展思维知识迁移三、DNA复制的过程1.概念：指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。2.时间：细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期3.场所：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体4.条件：模板：两条母链原料：四种脱氧核苷酸、能量（ATP）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等5.过程：解旋提供准确模板：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。解开的两条单链叫母链（模板链）。合成互补子链：以上述解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。子、母链结合盘绕形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，这样，1DNA分子2个完全相同的DNA分子。6.特点：DNA分子是边解旋边复制的；是一种半保留式复制。（即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条（子链）则是新合成的。）7.“准确”复制的原因：DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。学生思考下列问题：什么叫解旋？解旋的目的是什么？什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？简述“子链”形成的过程。DNA复制后两个子代DNA分子和亲代DNA分子是否完全相同？为什么？通过设问，学生回答，进一步让学生理解和巩固DNA复制的全过程。DNA分子连续复制演绎的计算规律已知某一DNA分子用15N标记（0代）将含有该标记DNA分子的细胞（或细菌）转移到只含14N的培养基中培养（进行DNA复制）若干代后，其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如下表：世代DNA分子的结构特点脱氧核苷酸链的数量变换规律分子总数不同DNA分子占全部DNA分子之比单链总数不同脱氧核苷酸链占全部链之比只含15N分子含14N15N杂种分子只含14N分子含15N的链含14N的链0112112141/21/2241/21/281/43/4381/43/4161/87/8n2n2/2n12/2n2n11/2n11/2n学生填表培养学生的总结能力小结1通过学习必须掌握DNA的复制过程、复制的必需条件及DNA复制在生物学上的重要意义。为学习生物的遗传和生物的变异奠定基础。2目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破等方面（l）DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一。（2）把案犯在现场留下的毛发、血等进行分析作为破案的证据，与DNA有关。作业练习一二【典型例题】例1.如果将大肠杆菌的DNA分子用*:vml /标记，然后将大肠杆菌移入培养基上连续培养。从分析得知，第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA储存的遗传信息完全相同，其原因是_。若连续培养三代，此时，含标记的DNA分子约占大肠杆菌DNA分子总量的多少？其原因是多少？【解析】解题时，可用下图表示双链DNA分子复制过程：从图解可知，第二代大肠杆菌的DNA分子是以亲代的DNA分子中两条母链分别为模板，根据碱基互补配对原则复制而成的。第二代大肠杆菌的DNA分子总量中，含标记的为（即）；第三代应为（即）。【答案】以亲代DNA为模板，根据碱基互补配对原则复制而成；25；因DNA分子的复制方式为半保留复制。例2.将大肠杆菌置于含的培养基中培养一段时间，然后把DNA被完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含的普通培养基培养，使其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA中含的链与的链的比是（）A3：1 B2：1 C1：1 D7：l【解析】本题考查“大肠杆菌只有一个DNA分子”以及对“DNA分子具有双链结构”和“DNA半保留复制”的理解。标记的DNA有两条含的链，当利用含的氮源来繁殖合成新DNA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的链和一条含的链，没有了的来源，不论以后复制多少次，含的链永远只是两条，而增加的新链都是含的链。而题中形成了4个新个体，则只有4个DNA分子8条单链，只有两条含，其余六条含，链：链=6：2=3：1。【答案】A。【评点】DNA复制，是将两条链之间的氢链打开，形成两条单链，然后以单链为模板，按照碱基互补配对原则，再各形成一条新链。在什么培养基上复制，新链即含什么培养基上的物质，再次复制仍如此，但是原DNA（亲代DNA）中的两条链上的物质永远不变。【知识扩展】DNA芯片近年来，世界上一些发达国家的研究机构和工业界开始构建一种缩微芯片实验室DNA芯片。目的是将生命科学研究中的许多不连续的分析过程，如样品制备、化学反应和分离检测等，通过采用类似集成电路制作过程中的半导体光刻加工的缩微技术，将其移植到一块*:office:smarttags /1cm2见方的玻璃片上，并使其连续化和微型化。这与当年将数间房屋大小的分离元件计算机缩微成现在只有书本大小的笔记本式电脑有异曲同工之效。DNA芯片是一种缩小了的生物化学分析器，通过芯片上微加工获得的微米结构和生物化学处理结合，便可将成千上万的与生命相关的信息集成在一小块玻璃芯片上。采用芯片可进行生命科学和医学中所涉及的各种生物化学反应，以达到对基因、抗原和活体细胞等进行测试分析的目的。通过分析可得到大量具有生物学、医学意义的信息。关于DNA芯片的设想可追溯到1989年，当时美国Affymetrix公司的科学家打算用许多分子研制一种硬币般大小的装置。他们想出一种巧妙的办法，利用光刻法与光化学合成法相结合，在一块平滑的玻璃片上，用不同的分子构建一个高密度网络。开始，他们把某些蛋白质堆放在玻璃片上，一名叫斯蒂芬福多的年轻科学家立即看出了采用DNA的可能性，他意识到，芯片上的DNA分子就好像一条条细细的分子“维可牢(velcro)”(“维可牢”是一种尼龙刺粘搭链，两面相合即粘住，一扯即分开，用以替代服装上的纽扣等)可选择性地与某些基因，即DNA的短片段结合，从而检查出变异型基因。福多在理论上推定，让未知的DNA样品与分布在DNA芯片上已知的DNA序列接触，就能对其作出鉴定。因为DNA双螺旋的两条单核苷酸链总是遵循“碱基互补”的原则配对，即一条链上的A总是与另一条链上的T相结合，C也总是与G相结合。因此，当一条链上的碱基序列确定之后，即可推知另一条链上的碱基序列。这类带有已知DNA序列的芯片就能检测突变基因或碱基的各种改变。目前，DNA芯片主要有四种加工方法。(1)美国Affymetrix公司的光引导原位合成法。(2)美国Incytephaxmaceutical公司的化学喷射法，即将事先合成好的寡核苷酸探针喷射到芯片上的特定位置。(3)斯坦福大学的接触式点涂法，即利用高度精密机械手所带的移液头与玻璃芯片表面接触而将探针定位点滴到芯片上。(4)使用4支分别装有A、T、G、C核苷的压电喷头在芯片上的原位DNA探针合成法。DNA芯片的主要优点是使生化分析全过程自动化，生产成本低、防污染(芯片系一次性使用)，分析速度快，而且体积小，重量轻，便于携带。这类仪器虽刚刚出现，但已开始给生命科学、医学、化学、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品和环境卫生监督等领域带来冲击，甚至革命。因此，它已广为各国学术界和工业界所重视。DNA杂交及其在实践中的应用如何比较两DNA分子碱基顺序差异的大小呢？我们很容易想到的是如同人类基因组计划那样进行碱基测序，然后再进行比较。但这样做工作量太大，耗资多，费时长。如人类基因组计划动用大量人力物力，历时数年，才把人类对对染色体上DNA的碱基排列顺序全部检测完毕！事实上，如果我们仅仅是比较两DNA分子差异大小，则不必检测具体碱基顺序，最简单的方法是进行DNA杂交。那么什么叫DNA杂交，DNA杂交在实践中具体又有哪些应用呢？下面结合中学生物教学特点简述这个问题。一、何为DNA分子杂交所谓DNA分子杂交，是指把不同来源的DNA分别加热到100或调节pH到大于13时，DNA会变性解离成单链，再把两种来源的DNA单链放到一起，在60保持相当长时间，互补的DNA单链就会重新形成双螺旋结构，我们把它叫杂合双链，这即是两个DNA具有相同碱基对排列顺序的部分；而不互补的则仍为游离的单链，即具有不同的碱基对排列顺序的部分。最后通过一定的方法可以检测出其中单、双链的多少，从而比较两生物DNA碱基对排列顺序差异的大小。一般地说，杂合双链区越多，DNA碱基对顺序相同的越多，反之则越少。可见，通过DNA杂交，我们只需检测杂合双链区的多少，而无需检测具体的DNA碱基序列，所以工作量就大大减少了。二、DNA分子杂交的应用1将不同种生物的DNA分子进行杂交，可以说明生物之间亲缘关系的远近高中生物实验修订本中叙述了利用DNA杂交方法，把不同生物的DNA分子进行比较，从而说明两种生物之间亲缘关系的远近。例如，把人、黑猩猩和长臂猿的某些DNA进行杂交，发现人的DNA和黑猩猩的DNA杂交后形成的杂交DNA杂合双链区多于人的DNA与长臂猿杂交形成的杂合双链区，即人与黑猩猩的DNA更相似，这就说明人与黑猩猩的亲缘关系要近于人与长臂猿的亲缘关系。DNA杂交技术是人们从分子生物学角度为生物进化提供的一个非常可靠的证据。2将同种生物的DNA杂交，可用于亲子鉴定和痕迹检验等不同种生物的DNA有差异，同种生物的DNA有没有差异呢？根据DNA遗传规律，只有自我复制的DNA才是完全相同的，不同个体的DNA多多少少总存在一定的差异。例如，人类不同种族、不同民族的DNA碱基顺序中大约有万分之一是不一样的。所以DNA杂交不仅可以用于不同种生物个体之间，也可应用于同种生物不同个体之间。如在医学实践中，能准确进行亲子鉴定的是DNA检测，检测方法并非检测出全部碱基顺序，而是进行DNA杂交，即把所要检测的两人的卫星DNA进行杂交，再比较差异大小，从而说明两人的血缘关系，如父子、母女等。另外，在公安机关的刑事侦察中，也常用DNA杂交技术进行痕迹检验。犯罪分子只要留下一丝一毫的身体细胞遗留物，如血液、皮屑、毛发等，技术人员就可以把犯罪嫌疑人的DNA样本和现场发现的遗留物中提取的DNA样本通过DNA杂交，比较它们是否相同，从而确定现场留下的痕迹是否为犯罪嫌疑人的。这在司法实践中可作为科学的举证。总之，DNA杂交技术是现代生物学重要技术之一，相信随着分子生物学及相关科学的进一步发展，DNA杂交技术一定会有更广阔的应用前景。