第一篇：生物教案第六章第二節(jié) DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成（精選）

第六章第二節(jié)DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成（學(xué)習(xí)水平A）

一、教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能

1）知道DNA分子的半保留復(fù)制，即遺傳信息的傳遞過(guò)程。2）知道遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯，即蛋白質(zhì)合成過(guò)程。3）知道遺傳密碼和密碼子的概念。4）知道中心法則的基本內(nèi)容。

2、過(guò)程與方法

1）在了解DNA分子的結(jié)構(gòu)和堿基配對(duì)原則的基礎(chǔ)上，感受生物體遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性。

2）了解密碼子的功能，注意DNA核苷酸排列順序與蛋白質(zhì)氨基酸順序的關(guān)系。

3、情感態(tài)度價(jià)值觀(guān)

1）感受基因?qū)Φ鞍踪|(zhì)合成的控制功能。2）感受生命的精確和神奇。

二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1、重點(diǎn)

1）DNA分子的半保留復(fù)制。2）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。3）中心法則的基本內(nèi)容。

2、難點(diǎn)

1）DNA分子的半保留復(fù)制。2）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。

三、課前準(zhǔn)備

這部分的知識(shí)比較有深度，所以提醒學(xué)生事先看書(shū)或者準(zhǔn)備一些問(wèn)題問(wèn)學(xué)生為好。

四、教學(xué)過(guò)程

第六章第二節(jié)DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成 引言：電腦里面的文件如何復(fù)制？ DNA又是如何復(fù)制？

一、DNA復(fù)制

1、DNA分子復(fù)制的概念：P47

2、DNA分子復(fù)制的過(guò)程：邊解旋邊復(fù)制。1）解旋

2）子鏈合成：堿基互補(bǔ)配對(duì) 3）聚合

3、DNA分子復(fù)制的方式：半保留復(fù)制。

4、DNA分子復(fù)制的意義：遺傳特性相對(duì)穩(wěn)定。

二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

1、性狀的解釋?zhuān)ㄒ?jiàn)書(shū)本的小金魚(yú)的問(wèn)題）。

2、性狀和蛋白質(zhì)的關(guān)系：性狀通過(guò)蛋白質(zhì)體現(xiàn)。

3、基因和性狀的關(guān)系：基因決定性狀。

4、關(guān)于RNA 1）結(jié)構(gòu)：?jiǎn)捂溄Y(jié)構(gòu)。

2）基本單位以及構(gòu)成：核糖核苷酸，核糖、磷酸和堿基4種組成。3）RNA種類(lèi)：

mRNA：信使RNA（messenger RNA）、tRNA：轉(zhuǎn)移RNA（transfer RNA）rRNA：核糖體RNA（Ribosomal RNA）

5、轉(zhuǎn)錄 1）概念

2）過(guò)程（教師自己要設(shè)計(jì)概念圖）

三、遺傳信息的翻譯

1、翻譯：P50 把“核酸的語(yǔ)言”翻譯成“蛋白質(zhì)的語(yǔ)言”

學(xué)生看書(shū)：DNA上有4種堿基，而蛋白質(zhì)由20種氨基酸組成，如何解決這個(gè)矛盾？

2、遺傳密碼：P51 三聯(lián)密碼（密碼子）

看圖表6-1，大家發(fā)現(xiàn)了什么問(wèn)題，提示這個(gè)圖表是三維立體的。先要教學(xué)生看的方法。

1）64個(gè)密碼子中的61個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)于一種氨基酸 2）終止密碼子：3個(gè) 3）起始密碼子：2個(gè)

3、翻譯的概念

場(chǎng)所、模板、運(yùn)載工具、按照什么規(guī)律合成蛋白質(zhì)？在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的，它是以mRNA為模板，以tRNA為運(yùn)載工具，使氨基酸在核糖體內(nèi)按照一定的順序排列起來(lái)，合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。

核糖體主要成份是rRNA和蛋白質(zhì)。

4、翻譯的過(guò)程（教師自己要設(shè)計(jì)概念圖）

1）tRNA的結(jié)構(gòu)和作用：三葉草形狀，運(yùn)送氨基酸。2）密碼子的結(jié)合

3）核糖體的移動(dòng)和肽鏈的延長(zhǎng) 4）原tRNA的離開(kāi) 5）新tRNA的進(jìn)入

四、中心法則及其發(fā)展

1、中心法則：遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再由RNA決定蛋白質(zhì)的合成，以及遺傳信息由DNA復(fù)制傳遞給DNA的規(guī)律稱(chēng)為“中心法則”。

2、核酸和蛋白質(zhì)的聯(lián)系和分工。

3、中心法則表達(dá)：

（瘋牛病還是不要講了，比較特別的病毒是蛋白質(zhì)顆粒。具體如何繁殖的太復(fù)雜。）

五、課后反思

第二篇：DNA復(fù)制教案

第三章第3節(jié)《DNA的復(fù)制》教學(xué)設(shè)計(jì)

煙臺(tái)市福山一中宗健康

Email：health6631@163.com 設(shè)計(jì)思想

本節(jié)課突出對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，將科學(xué)探究的過(guò)程（提出問(wèn)題——作出假設(shè)——演繹推理——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論）作為本節(jié)課的教學(xué)主線(xiàn)，以求讓學(xué)生親身參與、體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)。教材分析

1、教材中的地位

本節(jié)課內(nèi)容是人教版高中生物必修2第3章第三節(jié)。這一課時(shí)，是遺傳學(xué)的基本理論，在聯(lián)系DNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡明DNA通過(guò)復(fù)制傳遞遺傳信息的功能。學(xué)好這一課時(shí)，有利于學(xué)生對(duì)有絲分裂、減數(shù)分裂、遺傳規(guī)律等知識(shí)得理解和鞏固，對(duì)于學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)遺傳的本質(zhì)非常重要。本節(jié)內(nèi)容又是學(xué)習(xí)后面第5章內(nèi)容的基礎(chǔ)，學(xué)好這一課時(shí)，有利于學(xué)生對(duì)基因突變、基因重組等內(nèi)容的理解和掌握。

2、重點(diǎn)難點(diǎn)

重點(diǎn)：DNA分子復(fù)制的過(guò)程

難點(diǎn)：[探究DNA分子復(fù)制方式的探究；DNA分子復(fù)制的過(guò)程 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)具有了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、有絲分裂、減數(shù)分裂的基本知識(shí)，在此基礎(chǔ)上，他們能夠掌握基本的思維方法，特別是抽象邏輯思維、辯證思維、創(chuàng)造思維有了較大的發(fā)展。觀(guān)察力、記憶力、想象力有了一定的提高，認(rèn)知活動(dòng)的自覺(jué)性，認(rèn)知系統(tǒng)的自我評(píng)價(jià)和自我控制能力也有了相應(yīng)的發(fā)展。

由于本課時(shí)內(nèi)容具有較高的抽象性，學(xué)生們會(huì)感到困難，因此在教學(xué)中，我除了引導(dǎo)學(xué)生自主、探索、合作學(xué)習(xí)以外，還通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)，設(shè)置一定量的問(wèn)題情境，來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)一步培養(yǎng)他們分析、歸納、概括能力。教學(xué)目標(biāo) 1.知識(shí)目標(biāo)：

（1）概述DNA分子的復(fù)制。

（2）探討DNA復(fù)制的生物學(xué)意義。2.能力目標(biāo)：

（1）通過(guò)對(duì)DNA復(fù)制方式的推測(cè)，再次領(lǐng)悟假說(shuō)—演繹法在科學(xué)研究中的應(yīng)用（2）通過(guò)分組探究，增強(qiáng)合作意識(shí)，提高合作能力 3.情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)目標(biāo)：

⑴認(rèn)識(shí)到合作交流在科學(xué)研究中的重要性（2）認(rèn)同技術(shù)的進(jìn)步在探索遺傳物質(zhì)奧秘中的重要作用。（3）認(rèn)同人類(lèi)對(duì)遺傳物質(zhì)的認(rèn)識(shí)是不斷深化、不斷完善的過(guò)程 教法、學(xué)法設(shè)計(jì)

（一）教法設(shè)計(jì)

結(jié)合教材的特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際，本課時(shí)主要采用探究式、啟發(fā)式教學(xué)法。引導(dǎo)學(xué)生探究DNA復(fù)制的方式，當(dāng)學(xué)生遇到問(wèn)題難以解決時(shí)，教師進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膯l(fā)，讓學(xué)生的探究過(guò)程得以順利進(jìn)行。

（二）學(xué)法設(shè)計(jì)

本課時(shí)通過(guò)設(shè)疑，學(xué)生提出問(wèn)題——作出假設(shè)——演繹推理——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論。學(xué)生小組合作探究DNA復(fù)制的方式和復(fù)制的過(guò)程。教學(xué)用具

1、多媒體課件

PPT演示文稿（內(nèi)有DNA復(fù)制過(guò)程的動(dòng)畫(huà)）

2、探究DNA復(fù)制方式的材料

兩種顏色的長(zhǎng)約8厘米的短繩或電線(xiàn)或紙條，每組12+16=28根

3、數(shù)碼相機(jī)

拍攝并展示學(xué)生推測(cè)的DNA半保留和全保留復(fù)制的結(jié)果

七、教學(xué)過(guò)程： 程序

教學(xué)活動(dòng)

設(shè)計(jì) 意圖

教師活動(dòng)

學(xué)生活動(dòng)

導(dǎo)入新課 提出問(wèn)題

展示有趣的游戲，根據(jù)性狀的遺傳，提出問(wèn)題：人體內(nèi)遺傳物質(zhì)是什么？DNA具有那么精密的雙螺旋結(jié)構(gòu)，要遺傳給后代會(huì)怎樣復(fù)制呢？

思考思考后回答

與學(xué)生比較生疏，通過(guò)有趣的導(dǎo)入，拉近距離，提高學(xué)生興趣

D N A 復(fù)制方式的推測(cè) 及實(shí)驗(yàn)證據(jù)

分組討論 提出假說(shuō) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 一個(gè) DNA分子有兩條鏈，復(fù)制一次以后得到幾個(gè)DNA分子，幾條鏈？

如果最初的DNA的鏈我們用紅色表示，新合成的鏈都用藍(lán)色表示，你能設(shè)想出得到的DNA分子有可能是什么樣子嗎？

根據(jù)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，你認(rèn)為DNA復(fù)制的方式可能有哪幾種？

請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)假設(shè)分組討論復(fù)制一代后的結(jié)果是什么？把手中的短繩粘在墊板上表示結(jié)果。教師展示部分小組的討論結(jié)果。

教師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)復(fù)制的方式有兩種可能，根據(jù)剛才的假設(shè)，表示出子二代的DNA情況。

回答： 2個(gè)，4條

學(xué)生分組分析討論，提出DNA復(fù)制的兩種假設(shè)：全保留復(fù)制和半保留復(fù)制。學(xué)生根據(jù)假設(shè)討論演繹并畫(huà)圖表示兩種復(fù)制的結(jié)果 小組間相互補(bǔ)充作出評(píng)價(jià) 各小組繼續(xù)探究并展示成果

培養(yǎng)學(xué)生的參與意識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的合作、探究的精神。并進(jìn)一步運(yùn)用假說(shuō)-演繹法。

如何用實(shí)驗(yàn)證明假說(shuō)：

根據(jù)剛才我們的分析，我們?nèi)羰悄芸吹紻NA分子不同顏色的鏈就好了，可是一般情況下，我們是看不到DNA分子的，哪位同學(xué)能幫我們想個(gè)辦法？

如果用15N標(biāo)記親代DNA的兩條鏈，復(fù)制所用的原料為14N，親代子代之間就會(huì)有差別。可是單個(gè)的DNA分子是很小的，放在試管中，標(biāo)記了我們也不可能區(qū)分開(kāi)可以借用什么技術(shù)把不同的DNA分開(kāi)？

介紹1958年Meselson和Stehl實(shí)驗(yàn)過(guò)程，讓學(xué)生預(yù)測(cè)半保留復(fù)制和全保留復(fù)制各會(huì)出現(xiàn)什么樣的結(jié)果？并在墊板上畫(huà)出各代的DNA帶情況。

巡視學(xué)生的活動(dòng)，記錄學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題，然后展示部分小組的討論情況。教師展示科學(xué)家的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

回答：

用放射性同位素對(duì)DNA分子進(jìn)行標(biāo)記。密度梯度離心

在老師的啟發(fā)引導(dǎo)下，學(xué)生們分析得出預(yù)期結(jié)果：

如果是全保留復(fù)制，則離心后DNA條帶應(yīng)該只有兩條；

如果是半保留復(fù)制，則離心后DNA條帶應(yīng)該有三條，并畫(huà)出條帶的位置。

本模擬探索試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，旨在激發(fā)學(xué)生探索和協(xié)作的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和思維能力。證明是 半保留復(fù)制

D N A 復(fù)制的過(guò)程探討

觀(guān)看動(dòng)畫(huà)

組織學(xué)生觀(guān)看DNA復(fù)制的動(dòng)畫(huà)。

讓同學(xué)思考DNA復(fù)制的大體過(guò)程和需要的條件，比較新合成的DNA和親代DNA，比較子鏈和母鏈，分析精確復(fù)制的條件

過(guò)程：解鏈——合成子鏈——螺旋 條件：

模板：兩條鏈分別作為模板 原料：四種脫氧核苷酸 能量：由ATP提供

酶：解旋酶、DNA聚合酶等

雙螺旋結(jié)構(gòu)提供模板、堿基互補(bǔ)配對(duì)

學(xué)生可能說(shuō)不全，老師引導(dǎo)學(xué)生補(bǔ)充完整。

思考其他 問(wèn)題

DNA復(fù)制的 概念 時(shí)間 主要場(chǎng)所 特點(diǎn)

結(jié)合課本知識(shí)回答

自主學(xué)習(xí)

DNA復(fù)制的意義

DNA復(fù)制有什么意義？

傳遞遺傳信息

課堂小結(jié)

概括總結(jié)

總結(jié)本節(jié)課知識(shí)要點(diǎn)

鞏固基礎(chǔ)知識(shí)

當(dāng)堂檢測(cè)

基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)評(píng)

學(xué)生練習(xí)

檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果

八、板書(shū)設(shè)計(jì)

第3節(jié)

DNA的復(fù)制

一、復(fù)制方式的推測(cè)： 半保留復(fù)制 全保留復(fù)制

二、半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

三、復(fù)制的過(guò)程 過(guò)程： 條件： 特點(diǎn)：

四、意義：

九、鞏固練習(xí)

1、關(guān)于DNA分子復(fù)制的敘述，錯(cuò)誤的是（）

A．復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞分裂間期

B．邊解旋邊復(fù)制

C．復(fù)制需要氨基酸和酶

D．復(fù)制遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 2．DNA分子的雙鏈在復(fù)制時(shí)解旋，這時(shí)下述哪一對(duì)堿基從氫鍵連接處分開(kāi)（）A．鳥(niǎo)嘌呤與胸腺嘧啶B鳥(niǎo)嘌呤與尿嘧啶 C鳥(niǎo)嘌呤與胞嘧啶 D．腺嘌呤與尿嘧啶 3．一個(gè)ＤＮＡ分子復(fù)制后，新形成的子鏈（）

A．是DNA母鏈的片段

B．和DNA母鏈之一完全相同 C．和DNA 母鏈都相同

D．和DNA母鏈稍有不同

4.某雙鏈DNA分子，經(jīng)3次復(fù)制后，所得到的第四代DNA分子中，含有原親代DNA鏈的分子數(shù)是（）A.1

B.2

C.3

D.4

5、一條染色體含有一個(gè)雙鏈DNA分子，經(jīng)復(fù)制后，一條染色單體含有（）

A、兩條雙鏈DNA分子

B、一條雙鏈DNA分子

C、一條單鏈DNA分子

D、四條雙鏈DNA分子

6．用15N標(biāo)記的一個(gè)DNA分子,放在含有14N 的培養(yǎng)基中復(fù)制三次，則含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例和占全部DNA單鏈的比例依次是

A 1／2，1／4

B 1／4，1／8C 1／4，1／16

D 1／8，1／8

7、含有32P或31P的磷酸，兩者化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，都可參與DNA分子的組成，但32P比31P質(zhì)量大。現(xiàn)將某哺乳動(dòng)物的細(xì)胞移至含有31P磷酸的培養(yǎng)基中，連續(xù)培養(yǎng)數(shù)代后得到G0代細(xì)胞。然后將G0代細(xì)胞移至含有32P磷酸的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)第1、2次細(xì)胞分裂后，分別得到G1、G2代細(xì)胞。再?gòu)腉0、G1、G2代細(xì)胞中提取出DNA，經(jīng)密度梯度離心后得到結(jié)果如圖。由于DNA分子質(zhì)量不同，因此在離心管內(nèi)的分布不同。若①、②、③分別表示輕、中、重三種DNA分子的位置，請(qǐng)回答：

(1)圖中①、②兩條帶中DNA分子所含的同位素磷分別是：條帶①，條帶②。（2）G0、G1、G2三代DNA分子離心后的試管分別是圖中的：G0

G1

，G2。

（3）G2代在①、②、③三條帶中DNA數(shù)的比例是。

（4）上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明DNA的復(fù)制方式為。DNA的自我復(fù)制能使生物 的保持相對(duì)穩(wěn)定。

第三篇：第二節(jié)__DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制_教學(xué)設(shè)計(jì)_教案

教學(xué)準(zhǔn)備

1.教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)：

（1）概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

（2）通過(guò)介紹DNA雙螺旋模型的建立過(guò)程，使學(xué)生了解現(xiàn)代遺傳學(xué)的研究方法，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度和方法的教育。

（3）使學(xué)生理解DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型和DNA分子的復(fù)制過(guò)程，掌握運(yùn)用堿基互補(bǔ)配對(duì)原則分析問(wèn)題的方 法。

（4）利 用DNA的性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。2.能力目標(biāo)：

（1）在嘗試模擬制作基礎(chǔ)上，結(jié)合資料分析DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)性，反思建模過(guò)程，體會(huì)建模的思想，提高建模能力。

（2）通過(guò)DNA復(fù)制的學(xué)習(xí)，體會(huì)DNA半保留復(fù)制的方法。（3）通過(guò)建構(gòu)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。3.情感、態(tài)度和價(jià)值觀(guān)目標(biāo)：

（1）交流課題研究中搜集的分子結(jié)構(gòu)模型建立過(guò)程的相關(guān)資料，體驗(yàn)建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的艱辛與曲折，體驗(yàn)科學(xué)家的奉獻(xiàn)精神，形成勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度與為科學(xué)獻(xiàn)身的精神。

（2）認(rèn)同人類(lèi)對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷深化不斷完善的過(guò)程。

2.教學(xué)重點(diǎn)/難點(diǎn)

重點(diǎn)：

（1）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)的分析。（2）DNA分子復(fù)制的條件、過(guò)程和特點(diǎn)。難點(diǎn)：

（1）制作DNA結(jié)構(gòu)模型掌握DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn).（2）DNA分子復(fù)制的過(guò)程。

3.教學(xué)用具 多媒體

4.標(biāo)簽

必修,生物,蘇教版

教學(xué)過(guò)程(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑

檢查落實(shí)了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對(duì)性。

（二）情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)。

教師：坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑，以簡(jiǎn)潔而獨(dú)特的雙螺旋造型吸引著過(guò)往的行人，很少有誰(shuí)注意到它的旋轉(zhuǎn)是順時(shí)針?lè)较蜻€是逆時(shí)針?lè)较颉５瑯邮且蛔訢NA雙螺旋結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的雕塑，卻因旋轉(zhuǎn)方向的問(wèn)題，曾引發(fā)一起北京世紀(jì)盛典文化藝術(shù)交流有限公司起訴北京大學(xué)的雕塑合同糾紛案件。案件是由于DNA空間結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向問(wèn)題引起的，那DNA到底有什么樣的化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)呢？

自從認(rèn)識(shí)到DNA是遺傳物質(zhì)以后，人們就開(kāi)始了對(duì)它的深入研究，到20世紀(jì)中期，人們已經(jīng)了解了DNA的化學(xué)組成。

教師：請(qǐng)同學(xué)們回顧必修1，組成DNA分子的基本組成單位是什么？ 學(xué)生：脫氧核糖核苷酸。

教師：DNA是人體的遺傳物質(zhì)，同一個(gè)人的不同細(xì)胞中DNA都是相同的，不同人的DNA則是不同的，這些都與DNA的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。這節(jié)課就讓我們共同來(lái)學(xué)習(xí)第2節(jié)DNA的分子結(jié)構(gòu)。（課件展示）

（三）合作探究、精講點(diǎn)撥。

探究一 回眸歷史——探究DNA的結(jié)構(gòu)

閱讀課本P59-P61邊做邊學(xué)相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合圖4－6和圖4－7，思考并小組討論下列問(wèn)題：

〖問(wèn)1〗隨著商品防偽難度的增大和DNA有關(guān)知識(shí)的普及，近幾年來(lái)，許多商家嘗試著用DNA作防偽標(biāo)記。其原理是什么？

【講述】DNA分子的特異性，即每個(gè)DNA分子都有其特定的堿基對(duì)排列順序。〖問(wèn)2〗孩子既像父親，又像母親，知道是什么原因嗎？ 【講述】父母的原始生殖細(xì)胞在進(jìn)行減數(shù)分裂之前細(xì)胞內(nèi)的DNA都要經(jīng)過(guò)復(fù)制，然后經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂形成精子和卵細(xì)胞，精子和卵細(xì)胞通過(guò)受精作用形成受精卵，受精卵通過(guò)有絲分裂產(chǎn)生子代。所以子代細(xì)胞中含有父母的DNA，所以表現(xiàn)的性狀和父母相似。

〖問(wèn)3〗請(qǐng)同學(xué)們?cè)谧雷由系膶?shí)驗(yàn)材料中找出脫氧核糖核苷酸模型，看看你能找到幾種類(lèi)型，它們之間有什么區(qū)別？

【講述】4種類(lèi)型，只在堿基上有區(qū)別，有A、G、C、T四種。

〖問(wèn)4〗哪位同學(xué)能說(shuō)一下四種脫氧核糖核苷酸的名稱(chēng)？請(qǐng)學(xué)生拿起模型回答。【講述】脫氧核糖核苷酸共有4種堿基，模型中較長(zhǎng)一些的代表的是腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤兩種堿基，這是因?yàn)樗鼈兙哂须p環(huán)結(jié)構(gòu)，較短一些的是胞嘧啶和胸腺嘧啶兩種堿基，二者是單環(huán)結(jié)構(gòu)。這4種類(lèi)型的脫氧核糖核苷酸僅在堿基上有所差別，所以我們可以根據(jù)堿基為其命名。

〖問(wèn)5〗如果把脫氧核糖核苷酸和RNA的基本組成單位核糖核苷酸相比，二者有什么區(qū)別呢？

【講述】五碳糖不同(脫氧核糖和核糖)；堿基的差別：尿嘧啶與胸腺嘧啶的區(qū)別。

〖問(wèn)6〗回首沃森和克里克的成功給我們留下了哪些啟示呢？

【講述】創(chuàng)新思維是成功者必備的素質(zhì)，要敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)；要善于吸收別人的成果,博采眾家之長(zhǎng)；要有合作探究的意識(shí)；要選擇科學(xué)的研究方法。〖問(wèn)7〗請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)學(xué)案上的資料，分析模型和剛才的操作過(guò)程，分析總結(jié)一下DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

【講述】①首先是DNA分子含有兩條脫氧核糖核苷酸鏈，兩條鏈按照反向平行方向并向右盤(pán)繞成雙螺旋。（螺旋直徑為2.0nm，螺距為3.4nm，每個(gè)螺距有10個(gè)堿基對(duì)，兩個(gè)相鄰堿基對(duì)平面的垂直距離為0.34nm）

②結(jié)構(gòu)的外側(cè)是由脫氧核糖和磷酸通過(guò)磷酸二酯鍵交互連接而成的長(zhǎng)鏈，構(gòu)成DNA分子的骨架；堿基位于雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則形成堿基對(duì)，即A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，A與T間二個(gè)氫鍵相連，G與C間三個(gè)氫鍵相連。

〖問(wèn)8〗DNA分子的特異性體現(xiàn)在哪些方面上？

【講述】DNA分子的特異性就體現(xiàn)在特定的堿基（對(duì)）排列順序中。DNA分子的特異性體現(xiàn)在三個(gè)方面：

①多樣性：DNA分子堿基對(duì)的排列順序千變?nèi)f化。②特異性：特定的DNA分子具有特定的堿基排列順序。③遺傳信息：DNA分子中的堿基對(duì)排列順序就代表了遺傳信息。

探究二 DNA的復(fù)制

閱讀課本P63－P64的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合圖圖4－8和圖4－9，思考并小組討論下列問(wèn)題：

〖問(wèn)9〗DNA分子復(fù)制發(fā)生在什么時(shí)間? 【講述】發(fā)生在無(wú)絲分裂之前或有絲分裂間期；在配子形成時(shí)則主要發(fā)生在減數(shù)第一次分裂之前的間期。

〖問(wèn)10〗“新”DNA的形成過(guò)程怎么進(jìn)行? 【講述】有以下三點(diǎn):

a.解旋提供準(zhǔn)確模板:在A(yíng)TP供能、解旋酶的作用下，DNA分子兩條多脫氧核苷酸鏈配對(duì)的堿基從氫鍵處斷裂，于是部分雙螺旋解旋為兩條平行雙鏈，此過(guò)程叫解旋。解開(kāi)的兩條單鏈叫母鏈(模板鏈)。

b.合成互補(bǔ)子鏈:以上述解開(kāi)的兩條多脫氧核苷酸鏈為模板，在酶的作用下，以周?chē)h(huán)境中游離的脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成兩條與母鏈互補(bǔ)的子鏈。

c.子母鏈結(jié)合形成新DNA分子:在DNA聚合酶的作用下，隨著解旋過(guò)程的進(jìn)行，新合成的子鏈不斷地延伸，同時(shí)每條子鏈與其對(duì)應(yīng)的母鏈互相盤(pán)繞成螺旋結(jié)構(gòu)，解旋完即復(fù)制完，形成新的DNA分于，這樣一個(gè)DNA分子就形成兩個(gè)完全相同的DNA分子。即邊解螺旋邊復(fù)制。〖問(wèn)11〗DNA分子復(fù)制過(guò)程需要哪些條件? 【講述】DNA分子復(fù)制的條件有精確的模板、原料、能量和酶等基本條件。復(fù)制的方式是半保留復(fù)制，即新DNA分子中都保留了原來(lái)DNA分子的—條鏈。〖問(wèn)12〗什么叫解旋？解旋的目的是什么？

【講述】在A(yíng)TP供能、解旋酶的作用下，DNA分子兩條脫氧核苷酸鏈配對(duì)的堿基從氫鍵處斷裂，兩條螺旋的雙鏈解開(kāi)，這個(gè)過(guò)程叫做解旋。解旋的目的就是為復(fù)制提供準(zhǔn)確模板。

解開(kāi)的兩條單鏈叫母鏈（模板鏈）。

〖問(wèn)13〗什么叫“子鏈”？復(fù)制一次能形成幾條子鏈？

【講述】以上述解開(kāi)的每一段母鏈為模板，以周?chē)h(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(duì)原則，在有關(guān)酶的作用下，各自合成與母鏈互補(bǔ)的一條鏈稱(chēng)為子鏈。一條母鏈復(fù)制一次能形成一條子鏈。〖問(wèn)14〗DNA的復(fù)制是否就像洗照片似的，有一張底片就可以洗出許多照片來(lái)？ 【講述】不是，與洗照片不同。因?yàn)镈NA分子的復(fù)制結(jié)果并沒(méi)有形成一個(gè)完整的、新的

DNA分子，而是形成了一半新、一半舊的兩個(gè)DNA分子。〖問(wèn)15〗復(fù)制的DNA如何保證準(zhǔn)確呢？

【講述】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(duì)的能力，能夠使復(fù)制準(zhǔn)確無(wú)誤。

〖問(wèn)16〗研究DNA復(fù)制常用的方法是什么？

【講述】研究DNA復(fù)制的常用方法同位素標(biāo)記法和離心法，常標(biāo)記3H、15N、32P，通過(guò)離心在試管中形成不同位置。

〖問(wèn)17〗DNA復(fù)制能否在體外進(jìn)行？需要什么樣的條件？

【講述】能進(jìn)行。①體外也可進(jìn)行，即PCR擴(kuò)增技術(shù)，除滿(mǎn)足一般條件外，還應(yīng)注意溫度、pH 的控制及引物的加入。

②影響細(xì)胞呼吸（ATP供給）的所有因素都可能影響DNA復(fù)制。

課堂小結(jié)

本節(jié)能力目標(biāo)定位于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力：在自學(xué)中領(lǐng)悟知識(shí)，去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。培養(yǎng)分析和理解能力及創(chuàng)造性思維的能力，通過(guò)探索求知、分析圖解（這節(jié)內(nèi)容的流程圖解較多）、討論交流激發(fā)獨(dú)立思考、主動(dòng)獲取新知識(shí)的能力。培養(yǎng)合作學(xué)習(xí)的能力，通過(guò)小組內(nèi)與小組間的合作使知識(shí)從深度要求達(dá)到廣度要求。在較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)了學(xué)生的探究精神和創(chuàng)造性思維。

課后習(xí)題

1．下列DNA分子各種堿基數(shù)量比中，因生物種類(lèi)不同而有區(qū)別的是（）A．（A+T）/（G+C）B．（A+G）/（T+C）C．（A+C）/（T+G）

D．A/T 2．一雙鏈DNA分子中，胸腺嘧啶占全部堿基的23.8%，則A+C的含量是（）A.76.2%

B.50%

C.23.8%

D.26.2% 3．如圖是DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖，請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題：

參考答案： 1．A 【解析】B、C、D比值都為1，無(wú)特異性。2．B 【解析】

試題分析：DNA雙鏈中A＝T、G＝C，A+G+C+T＝1，所以A+C的含量是50%。考點(diǎn)：考查DNA分子中堿基的比例。

點(diǎn)評(píng)：難度較小，理解DNA雙鏈中A＝T、G＝C。3．（1）胸腺嘧啶

脫氧核糖

磷酸（2）［9］氫鍵

（3）［7］胸腺嘧啶脫氧核苷酸（4）［8］堿基對(duì)（5）規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)

沃森和克里克

板書(shū)

第二節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制

一、回眸歷史——“解開(kāi)DNA結(jié)構(gòu)之迷”

二、DNA的結(jié)構(gòu)

1.構(gòu)成DNA分子的基本單位—脫氧核糖核苷酸 2.脫氧核苷酸間通過(guò)脫水縮合連在一起形成多核苷酸鏈 3.DNA分子的立體結(jié)構(gòu)是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu) 4.制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

三、DNA分子的復(fù)制

1、概念：

2、發(fā)生時(shí)間：

3、復(fù)制的條件：

4、復(fù)制的過(guò)程

5、DNA復(fù)制的生物學(xué)意義

第四篇：分子教案第三章DNA的生物合成

第三章

DNA的生物合成

教學(xué)重點(diǎn)：1．DNA的半保留復(fù)制及DNA的半不連續(xù)復(fù)制2．DNA復(fù)制的方式3．DNA復(fù)制的調(diào)控

教學(xué)難點(diǎn)：線(xiàn)形DNA復(fù)制末端問(wèn)題的解決 教學(xué)時(shí)數(shù)：7學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：1．掌握并理解DNA復(fù)制的特點(diǎn)

2．掌握并理解DNA復(fù)制的過(guò)程 3．掌握并理解DNA復(fù)制的主要方式

4．掌握并理解線(xiàn)性DNA復(fù)制末端縮短問(wèn)題的解決方式 5．了解DNA復(fù)制的調(diào)控方式

教學(xué)方式：講述、演示與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)內(nèi)容：

1.DNA復(fù)制的特點(diǎn)

證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩個(gè)關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)：首先用實(shí)驗(yàn)證明基因就是DNA分子的是美國(guó)的微生物學(xué)家Avery.他的實(shí)驗(yàn)是用肺炎球菌感染小鼠。美國(guó)遺傳學(xué)家Hershey用T2噬菌體感染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)，也證明DNA是遺傳物質(zhì)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中主要的論點(diǎn)證據(jù)是：生物體吸收的外源DNA改變了其遺傳潛能。

目前認(rèn)為生物界遺傳信息傳遞的中心法則為

Replication of duplex DNA is a complex endeavor involving a conglomerate of enzyme activities.Different activities are involved in the stages of initiation, elongation, and termination.圖1 雙螺旋DNA的復(fù)制

1.1 DNA的半保留復(fù)制(semiconservative replication)Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)即推測(cè)，DNA在復(fù)制時(shí)首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩條鏈分開(kāi)，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻模@種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。

1958年Meselson和Stahl利用氮標(biāo)記技術(shù)在大腸桿菌中首次證實(shí)了DNA的半保留復(fù)制，他們將大腸桿菌放在含有15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖了15代，使所有的大腸桿菌DNA被15N所標(biāo)記，可以得到15N桪NA。然后將細(xì)菌轉(zhuǎn)移到含有14N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，在培養(yǎng)不同代數(shù)時(shí)，收集細(xì)菌，裂解細(xì)胞，用氯化銫(CsCl)密度梯度離心法觀(guān)察DNA所處的位置。由于15N DNA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化銫密度梯度離心(density gradient centrifugation)時(shí)，兩種密度不同的DNA分布在不同的區(qū)帶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在全部由15N標(biāo)記的培養(yǎng)基中得到的15N桪NA顯示為一條重密度帶位于離心管的管底。當(dāng)轉(zhuǎn)入14N標(biāo)記的培養(yǎng)基中繁殖后第一代，得到了一條中密度帶，這是15N桪NA和14N-DNA的雜交分子。第二代有中密度帶及低密度帶兩個(gè)區(qū)帶，這表明它們分別為15N14N－DNA和14N14N-DNA。隨著以后在14N培養(yǎng)基中培養(yǎng)代數(shù)的增加，低密度帶增強(qiáng)，而中密度帶逐漸減弱，離心結(jié)束后，從管底到管口，CsCl溶液密度分布從高到低形成密度梯度，不同重量的DNA分子就停留在與其相當(dāng)?shù)腃sCl密度處，在紫外光下可以看到DNA分子形成的區(qū)帶。為了證實(shí)第一代雜交分子確實(shí)是一半15N-DNA－半14N－DNA，將這種雜交分子經(jīng)加熱變性，對(duì)于變性前后的DNA分別進(jìn)行CsCl密度梯度離心，結(jié)果變性前的雜交分子為一條中密度帶，變性后則分為兩條區(qū)帶，即重密度帶(15N－DNA)及低密度帶(14N－DNA)。它們的實(shí)驗(yàn)只有用半保留復(fù)制的理論才能得到圓滿(mǎn)的解釋(圖2和16-3)。

圖2 DNA的半保留復(fù)制第一代分子含有一條親代的鏈(用黑色素示)，與另一條新合成的鏈(用白色表示)配對(duì)。在以后的連續(xù)復(fù)制過(guò)程中，原來(lái)親代的兩條鏈仍然保持完整，因此總有兩個(gè)分子各具有一條原來(lái)親代的鏈

圖3 DNA的半保留復(fù)制－Meslson Stahl實(shí)驗(yàn)密度梯度離心后的DNA 位置：左三管為對(duì)照；右三管為實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2 半不連續(xù)性復(fù)制（DNA synthesis is semidiscontinuous）

Lagging strand of DNA must grow overall in the 3′-5′ direction and is synthesized discontinuously in the form of short fragments(5′-3′)that are later connected covalently.Leading strand of DNA is synthesized continuously in the 5′-3′ direction.Okazaki fragments are the short stretches of 1000-2000 bases produced during discontinuous replication;they are later joined into a covalently intact strand.Semidiscontinuous replication is mode in which one new strand is synthesized continuously while the other is synthesized discontinuously.On the leading strand DNA synthesis can proceed continuously in the 5′ to 3′ direction as the parental duplex is unwound.? On the lagging strand a stretch of single-stranded parental DNA must be exposed, and then a segment is synthesized in the reverse direction(relative to fork movement).A series of these fragments are synthesized, each 5′3′;then they are joined together to create an intact lagging strand.?

2．參與DNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)

2.1 DNA polymerases in prokaryotic

DNA polymerases are enzymes that synthesize a daughter strand(s)of DNA(under direction from a DNA template).May be involved in repair or replication.DNA聚合酶Ⅰ，(DNA polymerase Ⅰ,簡(jiǎn)寫(xiě)DNA polⅠ)、DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。(DNA polymerase Ⅱ，Ⅲ，簡(jiǎn)寫(xiě)DNA polⅡ,DNA polⅢ)見(jiàn)表1。

這種酶的共同性質(zhì)是：①需要DNA模板，因此這類(lèi)酶又稱(chēng)為依賴(lài)DNA的DNA聚合酶(DNA dependent DNA polymerase, DDDP)。②需要RNA或DNA做為引物(primer)，即DNA聚合酶不能從頭催化DNA的起始。③催化dNTP加到引物的3′桹H末端，因而DNA合成的方向是5′→3′。④三種DNA聚合酶都屬于多功能酶，它們?cè)贒NA復(fù)制和修復(fù)過(guò)程的不同階段發(fā)揮作用。由于DNA聚合酶Ⅰ是研究得最清楚而且代表了其他DNA聚合酶的基本特點(diǎn)，所以我們著重介紹DNA polⅠ的作用并指出另外二種DNA pol的特殊性：

DNA polymerases typically have nuclease activities as well as the ability to synthesize DNA.A 3′5′ exonuclease activity is typically used to excise bases that have been added to DNA incorrectly.This provides a “proofreading” error-control system, as we see in the next section.2.1.1 DNA聚合酶Ⅰ（DNA polymerase I）

The first enzyme to be characterized was DNA polymerase I, which is a single polypeptide of 103 kD.The chain can be cleaved into two regions by proteolytic treatment.The larger cleavage product(68 kD)is called the Klenow fragment.It is used in synthetic reactions in vitro.It contains the polymerase and the 3′5′ exonuclease activities.The C-terminal two-thirds of the protein contains the polymerase active site, while the N-terminal third contains the proofreading exonuclease.The active sites are ~30 ? apart in the protein, indicating that there is spatial separation between adding a base and removing one.The small fragment(35 kD)possesses a 5′3′ exonucleolytic activity, which excises small groups of nucleotides, up to ~10 bases at a time.This activity is coordinated with the synthetic/proofreading activity.It provides DNA polymerase I with a unique ability to start replication in vitro at a nick in DNA.(No other DNA polymerase has this ability.)At a point where a phosphodiester bond has been broken in a double-stranded DNA, the enzyme extends the 3′OH end.As the new segment of DNA is synthesized, it displaces the existing homologous strand in the duplex.(1)DNA聚合酶的5′→3′聚合活性：

(2)DNA聚合酶的3′→5′外切核酸酶活性：

(3)DNA聚合酶的5′→3′外切核酸酶活性：

許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)DNA polⅠ并不是DNA復(fù)制過(guò)程中的主要酶，它的作用主要與DNA損傷后的修復(fù)有關(guān)。

2.1.2 DNA聚合酶Ⅱ(DNA polymeraseⅡ)此酶分子量為120KD，每個(gè)細(xì)胞約有100個(gè)酶分子，但活性只有DNA polⅠ的5%，它具有5′→3′聚合活性和3′→5′外切活性，而沒(méi)有5′→3′外切活性，它的作用可能與DNA損傷修復(fù)有關(guān)。

2.1.3 DNA聚合酶Ⅲ(DNA polymeraseⅢ)這是在DNA復(fù)制過(guò)程中起主要作用的聚合酶，它是由一個(gè)多亞基組成的蛋白質(zhì)分子，其分子量＞600kDa整個(gè)酶分子形成一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的二聚體，每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞中只有10?0個(gè)酶分子，但催化dNTP參入DNA鏈的速率卻是最快的，約為9000核苷酸/每分鐘/每個(gè)酶分子。這也證明DNA polⅢ是DNA復(fù)制過(guò)程中主要發(fā)揮作用的酶。在大腸桿菌染色體DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，DNA聚合酶Ⅲ全酶并不是單獨(dú)起作用的，而是與引發(fā)體，介鏈酶等構(gòu)成一個(gè)復(fù)制體(replisome)。由于復(fù)制體的存在，先導(dǎo)鏈和隨從鏈可以同時(shí)復(fù)制。DNA polⅢ是由多亞基組成的不對(duì)稱(chēng)二聚體，它可能同時(shí)負(fù)責(zé)先導(dǎo)鏈和隨從鏈的復(fù)制，在φ×174的復(fù)制中觀(guān)察到引發(fā)體總是伴隨著DNA loop的存在。

DNA polymerase III(the replicase)is a large enzyme complex.The replicase activity was originally discovered by a lethal mutation in the dnaE locus, which codes for the 130 kD α subunit that possesses the DNA synthetic activity.The 3′5′ exonucleolytic proofreading activity is found in another subunit, ε, coded by dnaQ.The basic role of the ε subunit in controlling the fidelity of replication in vivo is demonstrated by the effect of mutations in dnaQ: the frequency with which mutations occur in the bacterial strain is increased by >103fold.表1 大腸桿菌DNA聚合酶特征

DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合Ⅰ Ⅱ 酶Ⅲ 109KD 400 +

120KD 17-100 + 30低 不詳

＞600KD 10-20 + 30,000高 復(fù)制

分子量

每個(gè)細(xì)胞中的分子數(shù) 5′→3′聚合活性

37℃轉(zhuǎn)化率核苷酸數(shù)／酶

600 分子·分鐘 5′→3′外切活性 3′→5′外切活性 切刻平移活性 對(duì)dNTP親和力

+ + + 低 修復(fù)

功能

去除引物 填補(bǔ)空缺

2.2真核生物DNA聚合酶(DNA polymerases in prokaryotic)真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ及ε。它們的基本特性相似于大腸桿菌DNA聚合酶，其主要活性是催化dNTP的5′→3′聚合活性，基本特征見(jiàn)表2。

表2 真核生物DNA聚合酶

亞基數(shù) 4

α 36-38 核 ＋ －

β 160-300 線(xiàn)粒體 ＋ － 復(fù)制

γ 170 核 ＋ － 復(fù)制

δ 256 核 ＋ － 復(fù)制

ε

分子量（KD)＞250 細(xì)胞內(nèi)定位 核

5′→3′聚合活性 ＋ 3′→5′外切活性 － 功能 復(fù)制、引發(fā) 修復(fù)

真核細(xì)胞在DNA復(fù)制中起主要作用的是DNA polα，主要負(fù)責(zé)染色體DNA的復(fù)制。DNA polβ的模板特異性是具有缺口的DNA分子，被認(rèn)為它與DNA修復(fù)有關(guān)。DNA polγ在線(xiàn)粒體DNA的復(fù)制中起作用。DNA polδ不但有5′→3′聚合活性，而且還具有3′→5′外切酶活性，據(jù)認(rèn)為真核生物DNA復(fù)制是在DNA polα和DNA polδ協(xié)同作用下進(jìn)行的，前導(dǎo)鏈的合成靠DNA polδ催化。而隨從鏈的合成靠DNA polα和引發(fā)酶配合作用完成。2.3 DNA復(fù)制起始引發(fā)體的形成及所參與的酶和蛋白質(zhì)： 2.3.1.解鏈酶(helicase)DNA開(kāi)始復(fù)制時(shí)首先在起始點(diǎn)處解開(kāi)雙鏈，反應(yīng)是在一種解鏈酶(helicase)的催化下進(jìn)行的。解鏈酶需要ATP分解供給能量。大腸桿菌中DnaB蛋白就有介鏈酶活性，與隨從鏈的模板DNA結(jié)合，沿5′→3′方向移動(dòng)，還有一種叫做Rep蛋白和前導(dǎo)鏈的模板DNA結(jié)合沿3′→5′方向移動(dòng)。解鏈酶的作用就是打開(kāi)DNA雙鏈之間的氫鍵。2.3.2 單鏈結(jié)合蛋白：(single strand binding proteins, SSBP)它與解開(kāi)的單鏈DNA結(jié)合，使其穩(wěn)定不會(huì)再度螺旋化并且避免核酸內(nèi)切酶對(duì)單鏈DNA的水解，保證了單鏈DNA做為模板時(shí)的伸展?fàn)顟B(tài)，SSBP可以重復(fù)利用。2.3.3引發(fā)體的形成：

Primer is a short sequence(often of RNA)that is paired with one strand of DNA and provides a free 3′-OH end at which a DNA polymerase starts synthesis of a deoxyribonucleotide chain.(1)引物酶(primase)A primase is required to catalyze the actual priming reaction.This is provided by a special RNA polymerase activity that is the product of the dnaG gene.The enzyme is a single polypeptide of 60 kD(much smaller than RNA polymerase).The primase is an RNA polymerase that is used only under specific circumstances, that is, to synthesize short stretches of RNA that are used as primers for DNA synthesis.DnaG primase associates transiently with the replication complex, and typically synthesizes an 1112 base primer.Primers start with the sequence pppAG, opposite the sequence 3′GTC5′ in the template.(2)引發(fā)體(primosome)高度解鏈的模板DNA與多種蛋白質(zhì)因子形成的引發(fā)前體促進(jìn)引物酶結(jié)合上來(lái)，共同形成引發(fā)體，引發(fā)體主要在DNA隨從鏈上開(kāi)始，它連續(xù)地與引物酶結(jié)合并解離，從而在不同部位引導(dǎo)引物酶催化合成RNA引物，在引物RNA的3′桹H末端接下去合成DNA片段，這就是隨從鏈不連續(xù)合成的開(kāi)始。2.4 與超螺旋松馳有關(guān)的酶：

拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)是一類(lèi)改變DNA拓?fù)湫再|(zhì)的酶。在體外可催化DNA的各種拓?fù)洚悩?gòu)化反應(yīng)，而在生物體內(nèi)它們可能參與了DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。在DNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制叉行進(jìn)的前方DNA分子部分產(chǎn)生有正超螺旋，拓?fù)涿缚伤神Y超螺旋，有利于復(fù)制叉的前進(jìn)及DNA的合成。DNA復(fù)制完成后，拓?fù)涿赣挚蓪NA分子引入超螺旋，使DNA纏繞、折疊，壓縮以形成染色質(zhì)。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶有Ⅰ型和Ⅱ型，它們廣泛存在于原核生物及真核生物中。

表3 大腸桿菌和真核生物中的拓?fù)洚悩?gòu)酶

類(lèi)型

Ⅰ型拓?fù)洚悩?gòu)酶 大腸桿菌 真核生物 Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶

切開(kāi)二股DNA鏈

大腸桿菌

依賴(lài)ATP

真核生物

切開(kāi)二股DNA鏈 依賴(lài)ATP

松弛正超螺旋； 引入負(fù)超螺旋，解環(huán)連等 松馳正超螺旋，但不能引入負(fù)超螺旋

切開(kāi)一股DNA鏈 切開(kāi)一股DNA鏈

松馳負(fù)超螺旋 松馳正，負(fù)超螺旋

作用

對(duì)超螺旋的作用

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ(TopoⅠ)的主要作用是將環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈切開(kāi)一個(gè)口，切口處鏈的末端繞螺旋軸按照松馳超螺旋的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再將切口封起來(lái)。這就使DNA復(fù)制叉移動(dòng)時(shí)所引起的前方DNA正超螺旋得到緩解，利于DNA復(fù)制叉繼續(xù)向前打開(kāi)。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ除上述作用外，對(duì)環(huán)狀單鏈DNA還有打結(jié)或解結(jié)作用，對(duì)環(huán)狀雙鏈DNA的環(huán)連或解環(huán)連以及使環(huán)狀單鏈DNA形成環(huán)狀雙鏈DNA都有作用(圖13)。

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ(TopoⅡ)是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的，曾被稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)酶(gyrase)，它們作用特點(diǎn)是切開(kāi)環(huán)狀雙鏈DNA的兩條鏈，分子中的部分經(jīng)切口穿過(guò)而旋轉(zhuǎn)，然后封閉切口，TopoⅡ還可使DNA分子從超螺旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗神Y狀態(tài)，此反應(yīng)不需要ATP參與。DNA復(fù)制完成后，TopoⅡ在A(yíng)TP參與下，DNA分子從松馳狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)超螺旋。此外，TopoⅡ催化的拓?fù)洚悩?gòu)化反應(yīng)還有環(huán)連或解環(huán)連，以及打結(jié)或解結(jié)。DNA復(fù)制的過(guò)程：

?

?

? Initiation involves recognition of an origin by a complex of proteins.Before DNA synthesis begins, the parental strands must be separated and(transiently)stabilized in the single-stranded state.Then synthesis of daughter strands can be initiated at the replication fork.Elongation is undertaken by another complex of proteins.The replisome exists only as a protein complex associated with the particular structure that DNA takes at the replication fork.It does not exist as an independent unit(for example, analogous to the ribosome.As the replisome moves along DNA, the parental strands unwind and daughter strands are synthesized.At the end of the replicon, joining and/or termination reactions are necessary.Following termination, the duplicate chromosomes must be separated from one another, which requires manipulation of higher-order DNA structure.DNA復(fù)制的全部過(guò)程可以人為地分成三個(gè)階段，第一個(gè)階段為DNA復(fù)制的起始階段，這個(gè)階段包括起始點(diǎn)，復(fù)制方向以及引發(fā)體的形成，第二階段為DNA鏈的延長(zhǎng)，包括前導(dǎo)鏈及隨從鏈的形成和切除RNA引物后填補(bǔ)空缺及連接崗崎片段。第三階段為DNA復(fù)制的終止階段。

3.1 DNA復(fù)制的起始階段： 3.1.1 DNA復(fù)制的起始點(diǎn)

? ? ? The two strands of DNA must suffer their initial separation.This is in effect a melting reaction over a short region.An unwinding point begins to move along the DNA;this marks the generation of the replication fork, which continues to move during elongation.The first nucleotides of the new chain must be synthesized into the primer.This action is required once for the leading strand, but is repeated at the start of each Okazaki fragment on the lagging strand.很多實(shí)驗(yàn)都證明：復(fù)制是從DNA分子上的特定部位開(kāi)始的，這一部位叫做復(fù)制起始點(diǎn)(originof replication)常用ori或o表示。細(xì)胞中的DNA復(fù)制一經(jīng)開(kāi)始就會(huì)連續(xù)復(fù)制下去，直至完成細(xì)胞中全部基因組DNA的復(fù)制。DNA復(fù)制從起始點(diǎn)開(kāi)始直到終點(diǎn)為止，每個(gè)這樣的DNA單位稱(chēng)為復(fù)制子或復(fù)制單元(replicon)。在原核細(xì)胞中，每個(gè)DNA分子只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，因而只有一個(gè)復(fù)制子，而在真核生物中，DNA的復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始的，所以每個(gè)DNA分子上有許多個(gè)復(fù)制子。

DNA復(fù)制起始點(diǎn)有結(jié)構(gòu)上的特殊性，例如：大腸桿菌染色體DNA復(fù)制起始點(diǎn)Oric由422個(gè)核苷酸組成，是一系列對(duì)稱(chēng)排列的反向重復(fù)序列，即回文結(jié)構(gòu)(palindrome)，其中有9個(gè)核苷酸或13個(gè)核苷酸組成的保守序列，這些部位是大腸桿菌中DnaA蛋白識(shí)別的位置，大腸桿菌染色體DNA是環(huán)狀雙鏈DNA，它的復(fù)制是典型的“θ”型復(fù)制(由于形狀像希臘字母θ)。從一個(gè)起點(diǎn)開(kāi)始，同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制，當(dāng)兩個(gè)復(fù)制方向相遇時(shí)，復(fù)制就停止。而有些生物的DNA復(fù)制起始區(qū)是一段富含A·T的區(qū)段。這些特殊的結(jié)構(gòu)對(duì)于在DNA復(fù)制起始過(guò)程中參與的酶和許多蛋白質(zhì)分子的識(shí)別和結(jié)合都是必須的。

3.2 DNA復(fù)制的延長(zhǎng)階段

DNA的復(fù)制實(shí)際上就是以DNA為模板在DNA聚合酶作用下，將游離的四種脫氧單核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,簡(jiǎn)寫(xiě)為dNTP)聚合成DNA的過(guò)程。

這是一個(gè)非常復(fù)雜的酶促反應(yīng)，需要許多種酶和蛋白質(zhì)參與，現(xiàn)分別敘述它們?cè)贒NA復(fù)制中作用。

圖4 DNA聚合酶Ⅲ催化先導(dǎo)鏈和隨從的合成

圖5 大腸桿菌DNA復(fù)制叉中復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖

As the replisome moves along DNA, unwinding the parental strands, it elongates the leading strand.Periodically the primosome activity initiates an Okazaki fragment on the lagging strand.We can propose two types of model for what happens to the DNA replicase when it completes synthesis of an Okazaki fragment.It might dissociate from the template, so that a new complex must be assembled to elongate the next Okazaki fragment.Or the same complex may be reutilized.3.3 DNA復(fù)制的終止階段

DNA在復(fù)制過(guò)程中，合成出的前導(dǎo)鏈為一條連續(xù)的長(zhǎng)鏈。隨從鏈則是由合成出許多相鄰的片段，在連接酶的催化下，連接成為一條長(zhǎng)鏈。連接作用是在連接酶催化下進(jìn)行的。連接酶(ligase)的作用是催化相鄰的DNA片段以3′、5′－磷酸二酯鍵相連接。連接反應(yīng)中的能量來(lái)自ATP(或NAD＋)。連接酶先與ATP作用，以共價(jià)鍵相連生成E桝MP中間體。中間體即與一個(gè)DNA片段的5′－磷酸相連接形成E-AMP-5′－DNA。然后再與另一個(gè)DNA片段的3′-OHH末端作用，E和AMP脫下，兩個(gè)DNA片段以3′、5′磷酸二酯鍵相連接。隨從鏈的各個(gè)DNA片段就是這樣連接成一條DNA長(zhǎng)鏈(圖14)。

圖6 連接酶的催化反應(yīng)

已有研究證明大腸桿菌染色體DNA具有復(fù)制終止位點(diǎn)，此處可以結(jié)合一種特異的蛋白質(zhì)分子叫做Tus，這個(gè)蛋白質(zhì)可能是通過(guò)阻止解鏈酶(Helicase)的解鏈活性而終止復(fù)制的。詳細(xì)的機(jī)制還不完全清楚。

DNA復(fù)制完成后，靠拓?fù)涿笇NA分子引入超螺旋結(jié)構(gòu)。3.4五、真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)：

DNA復(fù)制的研究最初是在原核生物中進(jìn)行的，有些原核生物的DNA復(fù)制已經(jīng)搞得很清楚。真核生物比原核生物復(fù)雜得多，但DNA復(fù)制的基本過(guò)程還是相似的。在這里我們主要討論一些重要的區(qū)別。

圖7 端粒酶催化端區(qū)TG鏈的合成

1.與原核生物不同，真核生物DNA復(fù)制有許多起始點(diǎn)，例如酵母S.cerevisiae的17號(hào)染色體約有400個(gè)起始點(diǎn)，因此，雖然真核生物DNA復(fù)制的速度(60核苷酸/每秒鐘)比原核生物DNA復(fù)制的速度(E.coli 1700核苷酸/每秒鐘)慢得多，但復(fù)制完全部基因組DNA也只要幾分鐘的時(shí)間。

2.SV40病毒DNA主要依靠宿主細(xì)胞中的DNA復(fù)制體系進(jìn)行DNA的復(fù)制，這是了解真核生物DNA復(fù)制的體外模型。在真核生物DNA復(fù)制叉處，需要兩種不同的酶。DNA聚合酶α(polα)和DNA聚合酶δ(polδ)。polα和引物酶緊密結(jié)合，在DNA模板上先合成RNA引物，再由polα延長(zhǎng)DNA鏈，這種活性還要復(fù)制因子C參與。同時(shí)結(jié)合在引物模板上的PCNA(增殖細(xì)胞核抗原Proliferating cell nuclear antigen)此時(shí)釋放了polα，然后由polδ結(jié)合到生長(zhǎng)鏈3′末端，并與PCNA結(jié)合，繼續(xù)合成前導(dǎo)鏈。而隨從鏈的合成靠polα緊密與引物酶結(jié)合并在復(fù)制因子C幫助下，合成崗崎片段(圖15)。

圖8 真核生物DNA復(fù)制叉結(jié)構(gòu)示意圖

3.由于真核生物染色體是線(xiàn)性DNA，它的兩端叫做端區(qū)(telomeres)，端區(qū)是由重復(fù)的寡核苷酸序列構(gòu)成的。例如酵母的端區(qū)重復(fù)序列是5′G(1?)T(3)3′。前面講到所有生物DNA聚合酶都只能催化DNA從5′→3′的方向合成，因此當(dāng)復(fù)制叉到達(dá)線(xiàn)性染色體末端時(shí)，前導(dǎo)鏈可以連續(xù)合成到頭，而由于隨從鏈?zhǔn)且砸环N不連續(xù)的形式合成崗崎片段，所以不能完成線(xiàn)性染色體末端的復(fù)制，如果這個(gè)問(wèn)題不解決，真核生物在細(xì)胞分裂時(shí)DNA復(fù)制將產(chǎn)生5′末端隱縮，使DNA縮短，近十多年的研究表明，真核生物體內(nèi)都存在一種特殊的反轉(zhuǎn)錄酶叫做端粒酶(telomerase)，它是由蛋白質(zhì)和RNA兩部分組成的，它以自身的RNA為模板，在隨從鏈模板DNA的3′桹H末端延長(zhǎng)DNA，再以這種延長(zhǎng)的DNA為模板，繼續(xù)合成隨從鏈(圖16)。由此可見(jiàn)端粒酶在保證染色體復(fù)制的完整性上有重要意義。

4.DNA復(fù)制的方式

4.1

θ-復(fù)制replication by θ-structure

4.2

滾環(huán)復(fù)制replication by rolling cycles structure 13 φX174噬菌體由一個(gè)單鏈環(huán)狀DNA組成，這條鏈稱(chēng)為正（+）鏈；合成的互補(bǔ)鏈稱(chēng)為負(fù)

（一）鏈。雙鏈體的復(fù)制以滾環(huán)復(fù)制方式進(jìn)行。

4.3

D-環(huán)復(fù)制Replication by displacement loop structure D-環(huán)復(fù)制（Replication by displacement loop structure)The D loop maintains an opening in mammalian mitochondrial DNA, which has separate origins for the replication of each strand.14

5．DNA復(fù)制的調(diào)控

5.1 ColEI質(zhì)粒DNA的復(fù)制調(diào)控 Rop蛋白、反義RNA

5.2 真核細(xì)胞DNA的復(fù)制調(diào)控 細(xì)胞生活周期水平調(diào)控（限制點(diǎn)調(diào)控）：決定細(xì)胞停留在G1期還是進(jìn)入S期（by cylins,cdc(cell division cycle)gene products）.染色體水平調(diào)控：決定不同染色體或同一染色體不同部位的復(fù)制子按一定順序在S期起始復(fù)制。

復(fù)制子水平調(diào)控：決定復(fù)制的起始與否，并且是高度保守的。

第五篇：《DNA的復(fù)制》教案2

《DNA的復(fù)制》教案

教學(xué)目標(biāo)

（1）知識(shí)目標(biāo)：概述DNA分子的復(fù)制；探討DNA復(fù)制的生物學(xué)意義（2）能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，觀(guān)察能力、分析理解能力（3）德育目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生學(xué)科學(xué)、用科學(xué)、愛(ài)科學(xué)的求知欲

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

（1）教學(xué)重點(diǎn)：DNA復(fù)制的條件、過(guò)程及特點(diǎn)。（2）教學(xué)難點(diǎn)：DNA復(fù)制的過(guò)程，特別是半保留復(fù)制。

教學(xué)過(guò)程

關(guān)于DNA分子的復(fù)制的教學(xué)，教師首先可以通過(guò)課題下的2008北京奧運(yùn)會(huì)的會(huì)幑“中國(guó)印?舞動(dòng)的北京”導(dǎo)及問(wèn)題探討，激起學(xué)生和興趣。然后讓學(xué)生回顧以前學(xué)過(guò)的有關(guān)有絲分裂和減數(shù)分裂過(guò)程中DNA復(fù)制的時(shí)間。接下來(lái)設(shè)置問(wèn)題：“DNA是如何復(fù)制的”？讓學(xué)生積極討論。然后才引出沃森和克里克對(duì)DNA復(fù)制過(guò)程的推測(cè)，從而得出DNA 的半保留復(fù)制過(guò)程。其次，指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本，充分利用課本的彩圖來(lái)分析、學(xué)習(xí)科學(xué)家對(duì)DNA復(fù)制過(guò)程所做的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握科學(xué)研究的思想，領(lǐng)悟科學(xué)探究的魅力，也掌握一種生物學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的方法－放射性同位素標(biāo)記法，分析用CsCL密度梯度離心后重帶、中帶、輕帶表示的DNA分子的雙鏈構(gòu)成怎樣的，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)親代、子一代、子二代細(xì)胞中提取出的DNA離心結(jié)果說(shuō)明了什么。通過(guò)層層分析，學(xué)生不僅能夠自已得出結(jié)論，同時(shí)也訓(xùn)練了學(xué)生的邏輯思維能力和進(jìn)一步明確了什么是半保留復(fù)制。從而也得出了DNA復(fù)制的定義。最后，提出相關(guān)問(wèn)題：

（1）什么是解旋：解旋的目的是什么？（2）什么叫子鏈？復(fù)制一次能形成幾條子鏈？（3）簡(jiǎn)述子鏈形成過(guò)程？

讓學(xué)生充分回答上述問(wèn)題后，教師播放多媒體DNA分子復(fù)制過(guò)程的動(dòng)態(tài)圖解。歸納出復(fù)制三點(diǎn)過(guò)程：

①解旋提供準(zhǔn)確模板②合成互補(bǔ)子鏈③子、母鏈結(jié)合盤(pán)繞形成新DNA分子。以上過(guò)程可配合板圖進(jìn)行歸納。通過(guò)這個(gè)過(guò)程得出DNA復(fù)制的特點(diǎn)：

（一）DNA分子是邊解旋邊復(fù)制的，是一種半保留復(fù)制，即在子代雙鏈中，有一條是親代原有的鏈，另一條則是新合成的。

（二）DNA復(fù)制嚴(yán)格遵守堿基互補(bǔ)配對(duì)原則準(zhǔn)確復(fù)制，從而保證了子代和親代具有相同的遺傳性狀。

設(shè)問(wèn)：DNA復(fù)制后兩個(gè)子代DNA分子與親代DNA分子是否完全相同？為什么？

通過(guò)設(shè)問(wèn)，讓學(xué)生進(jìn)一步理解和鞏固DNA復(fù)制的全過(guò)程。接下來(lái)讓學(xué)生總結(jié)出DNA復(fù)制的四大基本條件：

①模板：開(kāi)始解旋的DNA分子的兩條單鏈； ②原料：是游離在核液中的脫氧核苷酸； ③能量：是通過(guò)水解ATP提供；

④酶：酶是指一個(gè)酶系統(tǒng)，不僅僅是指一種解旋酶。

最后通過(guò)以上分析，總結(jié)出DNA復(fù)制的意義以及在生活中的應(yīng)用：

意義：DNA通過(guò)復(fù)制，使遺傳信息從親代傳給子代，從而保證了物種的相對(duì)穩(wěn)定性，保持了遺傳信息的連續(xù)性，使物種得以延續(xù)。

應(yīng)用：目前DNA分子廣泛應(yīng)用于刑事案件偵破等方面。

如：DNA分子是親子鑒定的主要證據(jù)之一。把案犯在現(xiàn)場(chǎng)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)。