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(共15張PPT)
第3節(jié)
DNA的復(fù)制
一、對DNA復(fù)制的推測
沃森和克里克提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的這一假說。
親代DNA分子
半
保
留
復(fù)
制
親代DNA分子
有人持不同觀點，提出全保留復(fù)制、分散復(fù)制等不同假說。
親代DNA分子
全
保
留
復(fù)
制
分散
復(fù)
制
1.怎樣驗證假說呢？
2.關(guān)鍵思路？
區(qū)分親代和子代的DNA鏈，標(biāo)記親代DNA鏈，然后觀察它們在子代DNA中如何分布。
二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)
1958年,梅塞爾森和斯塔爾以大腸桿菌為實驗材料。
運用技術(shù)：
同位素標(biāo)記技術(shù)、密度梯度離心技術(shù)
背景知識
15N
和
14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。
15N/15N
15N/14N
14N/14N
實驗過程
①先用15NH4Cl培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌
②讓大腸桿菌繁殖若干代（DNA幾乎都是15N標(biāo)記）
③將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14NH4Cl的普通培養(yǎng)基中
④在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA
⑤將提取的DNA進(jìn)行密度梯度離心，記錄離心管中DNA的位置
實驗結(jié)果預(yù)測
子一代DNA
子二代DNA
全保留復(fù)制
15N/15N
14N/14N
15N/15N
15N/15N
14N/14N
親代DNA
15N/15N
分散復(fù)制
半保留復(fù)制
15N/15N
15N/14N
14N/14N
15N/14N
15N-14N
15N-14N
[活動一]
預(yù)測梅塞爾森和斯塔爾實驗結(jié)果，并注明鏈的標(biāo)記情況。
實驗結(jié)果及結(jié)論
DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的
（二）推測可能的復(fù)制方式
（三）預(yù)測可能實驗結(jié)果并進(jìn)行實驗
（四）分析實驗結(jié)果，得出結(jié)論
（一）DNA的是如何復(fù)制的?
半保留復(fù)制
全保留復(fù)制
分散復(fù)制
假說—演繹法
DNA復(fù)制方式的探究歷程：
提出問題
作出假說
演繹推理
實驗驗證
得出結(jié)論
三、DNA復(fù)制的過程
閱讀教材P55-56，回答以下問題：
1.DNA復(fù)制的概念、時間、場所？
2.DNA復(fù)制的條件？
3.DNA復(fù)制的過程？
4.DNA復(fù)制的特點、意義？
概念：
時間：
場所：
三、DNA復(fù)制的過程
DNA復(fù)制的條件：
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA分子的兩條單鏈
游離的4種脫氧核苷酸
ATP（為DNA的復(fù)制提供能量）
解旋酶、DNA聚合酶等
以親代DNA為模板合成子代DNA的過程
主要在細(xì)胞分裂前的間期
主要在細(xì)胞核，在線粒體、葉綠體和原核生物的擬核中也發(fā)生
DNA復(fù)制過程：
解旋
→
重新螺旋
→
合成子鏈
3?
5?
資料1：
DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械模瑸榱嗣鞔_地表示DNA的方向，通常將DNA的羥基（-OH）末端稱為3?端，而磷酸基團(tuán)的末端稱為5?端。DNA聚合酶只能在羥基端添加單個的脫氧核苷酸，因此DNA的合成方向總是從子鏈的5?端向3?端延伸。
畫出同一個DNA分子兩相鄰時刻復(fù)制的示意圖，標(biāo)出子鏈的3?端和5?端，并用箭頭表示子鏈延伸方向。
而且DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，因此，DNA復(fù)制需要引物。當(dāng)引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結(jié)合后，DNA聚合酶就能從引物的3?端開始延伸DNA鏈。
[活動二]
DNA復(fù)制特點：
①半保留復(fù)制
②邊解旋邊復(fù)制
③半不連續(xù)復(fù)制
DNA復(fù)制的意義：
通過復(fù)制，一個DNA
分子就形成兩個完全相同的DNA分子，將遺傳信息從親代傳遞給子代細(xì)胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。
雙螺旋結(jié)構(gòu)：為DNA復(fù)制提供了精確的模板
堿基互補配對原則：保證了復(fù)制的準(zhǔn)確進(jìn)行
對DNA復(fù)制的探索還在繼續(xù)……
資料2：
2017年，加州大學(xué)戴維斯分校的科學(xué)家們首次捕捉到DNA復(fù)制的鏡頭。此前人們一直認(rèn)為，DNA聚合酶構(gòu)建DNA雙鏈的過程是以某種方式協(xié)同工作的。然而，這項新研究卻有一些意外發(fā)現(xiàn)。有時候，一條單鏈會不可預(yù)測地停止延伸，而另一條單鏈還在持續(xù)；DNA復(fù)制的過程也會突然改變速率。這表明，DNA復(fù)制的雙鏈之間并無協(xié)調(diào)性，每條單鏈的合成都是完全獨立的。這項研究為DNA復(fù)制的機制提供了新的見解。DNA的復(fù)制
教學(xué)目標(biāo)
基于科學(xué)史資料提供的實驗證據(jù)，運用假說-演繹法探究DNA的復(fù)制方式，概述DNA通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制。(重點）
通過對DNA半保留復(fù)制方式的學(xué)習(xí)，理解DNA的準(zhǔn)確復(fù)制是遺傳信息穩(wěn)定傳遞的基礎(chǔ)。（難點）
認(rèn)同科學(xué)技術(shù)在人類生產(chǎn)生活中的重要作用。
教學(xué)設(shè)計思路
教學(xué)實施過程
學(xué)習(xí)階段
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計意圖
導(dǎo)入新課
[溫故知新]提問學(xué)生DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)特點。
回憶作答。
引導(dǎo)學(xué)生利用已有知識構(gòu)建新知識。
新知探究新知探究
一、對DNA復(fù)制方式的預(yù)測提出假說——半保留復(fù)制和全保留復(fù)制。展示這兩種復(fù)制模式的示意圖，并簡講述它們的主要區(qū)別是來自模板的母鏈與新合成的子鏈的結(jié)合方式不同。引導(dǎo)學(xué)生說出假說正確與否需要實驗的驗證，以及實驗思路的關(guān)鍵是什么？二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)介紹梅塞爾森和斯塔爾的經(jīng)典實驗采用的實驗技術(shù)和實驗過程。[小組活動一]演繹推理——按照DNA復(fù)制的兩種假說進(jìn)行演繹推理，將預(yù)測的結(jié)果寫在學(xué)案上。用希沃助手投屏展示，讓學(xué)生解釋為什么這么畫。展示教師的預(yù)測結(jié)果，讓他們比較與我的差別。引出條帶的寬度代表著含量的多少。實驗驗證——展示梅塞爾森和斯塔爾實驗的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗結(jié)果。得出結(jié)論——DNA是以半保留復(fù)制方式進(jìn)行復(fù)制的。[小結(jié)]帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)出DNA復(fù)制方式的探究應(yīng)用了科學(xué)研究常用的方法之一——假說-演繹法。由此延伸出學(xué)習(xí)生活中遇到問題也可以考慮應(yīng)用該方法解決。DNA復(fù)制的過程布置任務(wù)，讓學(xué)生帶著問題閱讀教材。1.DNA分子復(fù)制的概念?2.DNA分子復(fù)制的時間、場所？3.DNA分子復(fù)制需要哪些條件?4.DNA分子復(fù)制的過程?5.DNA分子復(fù)制的特點？6.DNA分子復(fù)制的意義？學(xué)生回答前三個問題。教師通過DNA復(fù)制的示意圖講解DNA復(fù)制的過程。指出DNA的復(fù)制包括解旋、合成子鏈，重新螺旋三個階段，新的DNA分子有一條母鏈和一條子鏈組成。給出資料一第一段的內(nèi)容，強調(diào)DNA鏈的延伸方向是5?端→3?端。[小組活動二]
帶領(lǐng)學(xué)生畫出不同時刻DNA復(fù)制示意圖，標(biāo)出子鏈的3?端和5?端及DNA聚合酶的位置，并用箭頭表示子鏈延伸方向。引出岡崎片段這一名稱，指出前導(dǎo)鏈的合成與解旋方向相同，是連續(xù)的。后滯鏈的合成與解旋方向相反，是不連續(xù)的。給出資料一第二段的內(nèi)容，引出引物這一名詞，并引導(dǎo)學(xué)生思考RNA片段的去向及缺口處的處理。播放DNA復(fù)制的視頻。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出DNA復(fù)制的特點和意義。
學(xué)生思考回答。小組活動，進(jìn)行演繹推理。填寫學(xué)案、展示預(yù)測結(jié)果。學(xué)生回答。觀察結(jié)果，分析得出結(jié)論。學(xué)生思考，體會假說-演繹法應(yīng)用廣泛。學(xué)生閱讀教材，思考老師提出的問題。學(xué)生作答。學(xué)生根據(jù)示意圖和講解了解DNA復(fù)制的過程。小組活動，完成不同時刻DNA復(fù)制過程示意圖并展示。學(xué)生作答。
學(xué)生明確假說需要經(jīng)過驗證。運用分析、推理等方法，培養(yǎng)科學(xué)思維。形成條帶的寬窄與含量有關(guān)這一概念。理解科學(xué)以實驗為判別尺度。體會假說-演繹法，培養(yǎng)科學(xué)思維。任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)，明確目的，提高效率。掌握基礎(chǔ)知識。了解DNA復(fù)制的過程，并回扣DNA半保留復(fù)制這一重點。依據(jù)DNA的結(jié)構(gòu)特點和DNA聚合酶的作用特性對DNA復(fù)制過程進(jìn)行拓展，讓學(xué)生通過靜態(tài)的圖片體會體內(nèi)DNA復(fù)制的動態(tài)變化。通過問題串的形式，讓學(xué)生知道岡崎片段和引物等知識。給學(xué)生直觀的視覺沖擊，使之能夠清楚了解DNA復(fù)制過程。掌握基礎(chǔ)知識。
總結(jié)提升
指出科學(xué)發(fā)展是發(fā)現(xiàn)問題-解決問題-再發(fā)現(xiàn)問題-再解決問題的螺旋式上升過程。科技的發(fā)展推動著社會的發(fā)展和人類的進(jìn)步。2020年，新型冠狀肺炎病毒席卷全球，我國人民眾志成城，已經(jīng)使疫情得到了有效的控制。其中，核酸檢測技術(shù)功不可沒，該技術(shù)的基本原理就是DNA的復(fù)制。播放核酸檢測小視頻。視頻播放完畢后，富有感情的說出：“我們抗疫工作取得了階段性的重大勝利，除了離不開先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，更離不開醫(yī)務(wù)工作者們辛勤的付出，最后，向抗疫英雄們致敬！”
學(xué)生體會，感悟。
讓學(xué)生體會科學(xué)的發(fā)展不是一蹴而就的，是一個艱難的、螺旋式上升的過程。認(rèn)同科學(xué)技術(shù)在人類生產(chǎn)生活中的重要作用，感悟科技的力量。激發(fā)學(xué)生的愛國情懷。
板書設(shè)計
第3節(jié)
DNA的復(fù)制
一、對DNA復(fù)制方式的預(yù)測二、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)三、DNA復(fù)制的過程（作圖）
附：導(dǎo)學(xué)案
DNA的復(fù)制
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]
運用假說-演繹法探究DNA的復(fù)制方式，概述DNA通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制。
2、通過對DNA半保留復(fù)制方式的學(xué)習(xí)，理解DNA的準(zhǔn)確復(fù)制是遺傳信息穩(wěn)定傳遞的基礎(chǔ)。
[活動一]
預(yù)測梅塞爾森和斯塔爾的實驗結(jié)果（并在旁邊寫出鏈的標(biāo)記情況）。
[活動二]畫出同一DNA分子兩不同時刻復(fù)制的示意圖，標(biāo)出子鏈的3?端和5?端，并用箭頭表示子鏈延伸方向。
[小結(jié)]
DNA的復(fù)制
[知識延伸]
真核生物DNA復(fù)制的速度比原核生物慢，基因組比原核生物大，然而真核生物染色體DNA上有許多復(fù)制起點，他們可以分段進(jìn)行復(fù)制。例如，細(xì)菌DNA復(fù)制叉移動速度為每分鐘50000bp，哺乳類動物復(fù)制叉移動速度實際每分鐘僅1000-3000bp,相差約20-50倍，然而哺乳類動物的復(fù)制子只有只有細(xì)菌的幾十分之一，所以從每個復(fù)制單位而言，復(fù)制所需要的時間在同一數(shù)量級。真核生物與原核生物DNA復(fù)制還有一個明顯的區(qū)別是：真核生物染色體在全部復(fù)制完成之前起點不再從新開始復(fù)制；而在快速生長的原核生物中，起點可以連續(xù)發(fā)動復(fù)制。真核生物在快速生長時，往往采用更多的復(fù)制起點。例如黑腹果蠅的早期胚胎細(xì)胞中鄰近復(fù)制起點的平均距離為7.9Kb，培養(yǎng)的成體細(xì)胞中復(fù)制起點的平均距離為40Kb，說明成體細(xì)胞只利用一部分復(fù)制起點。幼年細(xì)胞生長較快，DNA復(fù)制也必須較快，在復(fù)制速度不變的情況下利用更多復(fù)制起點便可以加速復(fù)制的進(jìn)行。
[課后練習(xí)]
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（
）
復(fù)制均在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行
堿基互補配對原則保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性
1個DNA分子復(fù)制1次產(chǎn)生4個DNA分子
游離的脫氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子鏈
2、畫出一個被15N標(biāo)記的DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)3代的DNA復(fù)制過程（例如一個含有15N和14N的DNA分子可表示為
），并思考含15N的DNA分子個數(shù)及比例。
14N/14N
15N/14N
15N/15N
14N/14N
14N/14N
15N/14N
14N/14N
2

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