生物教案第六章第二节 DNA复制和蛋白质合成（精选）

第一篇：生物教案第六章第二节 DNA复制和蛋白质合成（精选）

第六章第二节DNA复制和蛋白质合成（学习水平A）

一、教学目标

1、知识与技能

1）知道DNA分子的半保留复制，即遗传信息的传递过程。2）知道遗传信息的转录和翻译，即蛋白质合成过程。3）知道遗传密码和密码子的概念。4）知道中心法则的基本内容。

2、过程与方法

1）在了解DNA分子的结构和碱基配对原则的基础上，感受生物体遗传信息传递的准确性。

2）了解密码子的功能，注意DNA核苷酸排列顺序与蛋白质氨基酸顺序的关系。

3、情感态度价值观

1）感受基因对蛋白质合成的控制功能。2）感受生命的精确和神奇。

二、教学重点和难点

1、重点

1）DNA分子的半保留复制。2）遗传信息的转录和翻译。3）中心法则的基本内容。

2、难点

1）DNA分子的半保留复制。2）遗传信息的转录和翻译。

三、课前准备

这部分的知识比较有深度，所以提醒学生事先看书或者准备一些问题问学生为好。

四、教学过程

第六章第二节DNA复制和蛋白质合成 引言：电脑里面的文件如何复制？ DNA又是如何复制？

一、DNA复制

1、DNA分子复制的概念：P47

2、DNA分子复制的过程：边解旋边复制。1）解旋

2）子链合成：碱基互补配对 3）聚合

3、DNA分子复制的方式：半保留复制。

4、DNA分子复制的意义：遗传特性相对稳定。

二、遗传信息的转录

1、性状的解释（见书本的小金鱼的问题）。

2、性状和蛋白质的关系：性状通过蛋白质体现。

3、基因和性状的关系：基因决定性状。

4、关于RNA 1）结构：单链结构。

2）基本单位以及构成：核糖核苷酸，核糖、磷酸和碱基4种组成。3）RNA种类：

mRNA：信使RNA（messenger RNA）、tRNA：转移RNA（transfer RNA）rRNA：核糖体RNA（Ribosomal RNA）

5、转录 1）概念

2）过程（教师自己要设计概念图）

三、遗传信息的翻译

1、翻译：P50 把“核酸的语言”翻译成“蛋白质的语言”

学生看书：DNA上有4种碱基，而蛋白质由20种氨基酸组成，如何解决这个矛盾？

2、遗传密码：P51 三联密码（密码子）

看图表6-1，大家发现了什么问题，提示这个图表是三维立体的。先要教学生看的方法。

1）64个密码子中的61个密码子对应于一种氨基酸 2）终止密码子：3个 3）起始密码子：2个

3、翻译的概念

场所、模板、运载工具、按照什么规律合成蛋白质？在细胞质中进行的，它是以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，使氨基酸在核糖体内按照一定的顺序排列起来，合成蛋白质的过程。

核糖体主要成份是rRNA和蛋白质。

4、翻译的过程（教师自己要设计概念图）

1）tRNA的结构和作用：三叶草形状，运送氨基酸。2）密码子的结合

3）核糖体的移动和肽链的延长 4）原tRNA的离开 5）新tRNA的进入

四、中心法则及其发展

1、中心法则：遗传信息从DNA传递给RNA，再由RNA决定蛋白质的合成，以及遗传信息由DNA复制传递给DNA的规律称为“中心法则”。

2、核酸和蛋白质的联系和分工。

3、中心法则表达：

（疯牛病还是不要讲了，比较特别的病毒是蛋白质颗粒。具体如何繁殖的太复杂。）

五、课后反思

第二篇：DNA复制教案

第三章第3节《DNA的复制》教学设计

烟台市福山一中宗健康

Email：health6631@163.com 设计思想

本节课突出对学生科学素质的培养，精心设计课堂教学，将科学探究的过程（提出问题——作出假设——演绎推理——实验验证，得出结论）作为本节课的教学主线，以求让学生亲身参与、体验科学探究的过程，从而培养学生的科学精神和科学素养。教材分析

1、教材中的地位

本节课内容是人教版高中生物必修2第3章第三节。这一课时，是遗传学的基本理论，在联系DNA结构的基础上，进一步阐明DNA通过复制传递遗传信息的功能。学好这一课时，有利于学生对有丝分裂、减数分裂、遗传规律等知识得理解和巩固，对于学生深刻认识遗传的本质非常重要。本节内容又是学习后面第5章内容的基础，学好这一课时，有利于学生对基因突变、基因重组等内容的理解和掌握。

2、重点难点

重点：DNA分子复制的过程

难点：[探究DNA分子复制方式的探究；DNA分子复制的过程 学情分析

学生已经具有了DNA双螺旋结构、有丝分裂、减数分裂的基本知识，在此基础上，他们能够掌握基本的思维方法，特别是抽象逻辑思维、辩证思维、创造思维有了较大的发展。观察力、记忆力、想象力有了一定的提高，认知活动的自觉性，认知系统的自我评价和自我控制能力也有了相应的发展。

由于本课时内容具有较高的抽象性，学生们会感到困难，因此在教学中，我除了引导学生自主、探索、合作学习以外，还通过启发式教学，设置一定量的问题情境，来激发学生的学习兴趣和进一步培养他们分析、归纳、概括能力。教学目标 1.知识目标：

（1）概述DNA分子的复制。

（2）探讨DNA复制的生物学意义。2.能力目标：

（1）通过对DNA复制方式的推测，再次领悟假说—演绎法在科学研究中的应用（2）通过分组探究，增强合作意识，提高合作能力 3.情感态度与价值观目标：

⑴认识到合作交流在科学研究中的重要性（2）认同技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用。（3）认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程 教法、学法设计

（一）教法设计

结合教材的特点和学生实际，本课时主要采用探究式、启发式教学法。引导学生探究DNA复制的方式，当学生遇到问题难以解决时，教师进行恰当的启发，让学生的探究过程得以顺利进行。

（二）学法设计

本课时通过设疑，学生提出问题——作出假设——演绎推理——实验验证，得出结论。学生小组合作探究DNA复制的方式和复制的过程。教学用具

1、多媒体课件

PPT演示文稿（内有DNA复制过程的动画）

2、探究DNA复制方式的材料

两种颜色的长约8厘米的短绳或电线或纸条，每组12+16=28根

3、数码相机

拍摄并展示学生推测的DNA半保留和全保留复制的结果

七、教学过程： 程序

教学活动

设计 意图

教师活动

学生活动

导入新课 提出问题

展示有趣的游戏，根据性状的遗传，提出问题：人体内遗传物质是什么？DNA具有那么精密的双螺旋结构，要遗传给后代会怎样复制呢？

思考思考后回答

与学生比较生疏，通过有趣的导入，拉近距离，提高学生兴趣

D N A 复制方式的推测 及实验证据

分组讨论 提出假说 实验验证 一个 DNA分子有两条链，复制一次以后得到几个DNA分子，几条链？

如果最初的DNA的链我们用红色表示，新合成的链都用蓝色表示，你能设想出得到的DNA分子有可能是什么样子吗？

根据DNA分子的双螺旋结构，你认为DNA复制的方式可能有哪几种？

请同学们根据假设分组讨论复制一代后的结果是什么？把手中的短绳粘在垫板上表示结果。教师展示部分小组的讨论结果。

教师指导学生总结复制的方式有两种可能，根据刚才的假设，表示出子二代的DNA情况。

回答： 2个，4条

学生分组分析讨论，提出DNA复制的两种假设：全保留复制和半保留复制。学生根据假设讨论演绎并画图表示两种复制的结果 小组间相互补充作出评价 各小组继续探究并展示成果

培养学生的参与意识和培养学生的合作、探究的精神。并进一步运用假说-演绎法。

如何用实验证明假说：

根据刚才我们的分析，我们若是能看到DNA分子不同颜色的链就好了，可是一般情况下，我们是看不到DNA分子的，哪位同学能帮我们想个办法？

如果用15N标记亲代DNA的两条链，复制所用的原料为14N，亲代子代之间就会有差别。可是单个的DNA分子是很小的，放在试管中，标记了我们也不可能区分开可以借用什么技术把不同的DNA分开？

介绍1958年Meselson和Stehl实验过程，让学生预测半保留复制和全保留复制各会出现什么样的结果？并在垫板上画出各代的DNA带情况。

巡视学生的活动，记录学生出现的问题，然后展示部分小组的讨论情况。教师展示科学家的实际实验结果。

回答：

用放射性同位素对DNA分子进行标记。密度梯度离心

在老师的启发引导下，学生们分析得出预期结果：

如果是全保留复制，则离心后DNA条带应该只有两条；

如果是半保留复制，则离心后DNA条带应该有三条，并画出条带的位置。

本模拟探索试验的设计和运用，旨在激发学生探索和协作的兴趣，培养学生的动手能力和思维能力。证明是 半保留复制

D N A 复制的过程探讨

观看动画

组织学生观看DNA复制的动画。

让同学思考DNA复制的大体过程和需要的条件，比较新合成的DNA和亲代DNA，比较子链和母链，分析精确复制的条件

过程：解链——合成子链——螺旋 条件：

模板：两条链分别作为模板 原料：四种脱氧核苷酸 能量：由ATP提供

酶：解旋酶、DNA聚合酶等

双螺旋结构提供模板、碱基互补配对

学生可能说不全，老师引导学生补充完整。

思考其他 问题

DNA复制的 概念 时间 主要场所 特点

结合课本知识回答

自主学习

DNA复制的意义

DNA复制有什么意义？

传递遗传信息

课堂小结

概括总结

总结本节课知识要点

巩固基础知识

当堂检测

基础知识测评

学生练习

检验学习效果

八、板书设计

第3节

DNA的复制

一、复制方式的推测： 半保留复制 全保留复制

二、半保留复制的实验证据

三、复制的过程 过程： 条件： 特点：

四、意义：

九、巩固练习

1、关于DNA分子复制的叙述，错误的是（）

A．复制发生在细胞分裂间期

B．边解旋边复制

C．复制需要氨基酸和酶

D．复制遵循碱基互补配对原则 2．DNA分子的双链在复制时解旋，这时下述哪一对碱基从氢键连接处分开（）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 3．一个ＤＮＡ分子复制后，新形成的子链（）

A．是DNA母链的片段

B．和DNA母链之一完全相同 C．和DNA 母链都相同

D．和DNA母链稍有不同

4.某双链DNA分子，经3次复制后，所得到的第四代DNA分子中，含有原亲代DNA链的分子数是（）A.1

B.2

C.3

D.4

5、一条染色体含有一个双链DNA分子，经复制后，一条染色单体含有（）

A、两条双链DNA分子

B、一条双链DNA分子

C、一条单链DNA分子

D、四条双链DNA分子

6．用15N标记的一个DNA分子,放在含有14N 的培养基中复制三次，则含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例和占全部DNA单链的比例依次是

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，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。现将某哺乳动物的细胞移至含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移至含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到结果如图。由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若①、②、③分别表示轻、中、重三种DNA分子的位置，请回答：

(1)图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带①，条带②。（2）G0、G1、G2三代DNA分子离心后的试管分别是图中的：G0

G1

，G2。

（3）G2代在①、②、③三条带中DNA数的比例是。

（4）上述实验结果证明DNA的复制方式为。DNA的自我复制能使生物 的保持相对稳定。

第三篇：第二节__DNA的结构和DNA的复制_教学设计_教案

教学准备

1.教学目标

1.知识目标：

（1）概述DNA分子结构的主要特点。

（2）通过介绍DNA双螺旋模型的建立过程，使学生了解现代遗传学的研究方法，强化对学生进行科学态度和方法的教育。

（3）使学生理解DNA的双螺旋结构模型和DNA分子的复制过程，掌握运用碱基互补配对原则分析问题的方 法。

（4）利 用DNA的性质进行实验分析和实验设计。2.能力目标：

（1）在尝试模拟制作基础上，结合资料分析DNA双螺旋结构模型的科学性，反思建模过程，体会建模的思想，提高建模能力。

（2）通过DNA复制的学习，体会DNA半保留复制的方法。（3）通过建构DNA的双螺旋结构，培养学生的动手能力。3.情感、态度和价值观目标：

（1）交流课题研究中搜集的分子结构模型建立过程的相关资料，体验建立DNA双螺旋结构模型的艰辛与曲折，体验科学家的奉献精神，形成勇于创新的科学态度与为科学献身的精神。

（2）认同人类对科学的认识是一个不断深化不断完善的过程。

2.教学重点/难点

重点：

（1）DNA的双螺旋结构及其特点的分析。（2）DNA分子复制的条件、过程和特点。难点：

（1）制作DNA结构模型掌握DNA分子的双螺旋结构的特点.（2）DNA分子复制的过程。

3.教学用具 多媒体

4.标签

必修,生物,苏教版

教学过程(一)预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标。

教师：坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往的行人，很少有谁注意到它的旋转是顺时针方向还是逆时针方向。但同样是一座以DNA双螺旋结构为基础设计的雕塑，却因旋转方向的问题，曾引发一起北京世纪盛典文化艺术交流有限公司起诉北京大学的雕塑合同纠纷案件。案件是由于DNA空间结构的旋转方向问题引起的，那DNA到底有什么样的化学组成和空间结构呢？

自从认识到DNA是遗传物质以后，人们就开始了对它的深入研究，到20世纪中期，人们已经了解了DNA的化学组成。

教师：请同学们回顾必修1，组成DNA分子的基本组成单位是什么？ 学生：脱氧核糖核苷酸。

教师：DNA是人体的遗传物质，同一个人的不同细胞中DNA都是相同的，不同人的DNA则是不同的，这些都与DNA的分子结构有关。这节课就让我们共同来学习第2节DNA的分子结构。（课件展示）

（三）合作探究、精讲点拨。

探究一 回眸历史——探究DNA的结构

阅读课本P59-P61边做边学相关内容，并结合图4－6和图4－7，思考并小组讨论下列问题：

〖问1〗随着商品防伪难度的增大和DNA有关知识的普及，近几年来，许多商家尝试着用DNA作防伪标记。其原理是什么？

【讲述】DNA分子的特异性，即每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。〖问2〗孩子既像父亲，又像母亲，知道是什么原因吗？ 【讲述】父母的原始生殖细胞在进行减数分裂之前细胞内的DNA都要经过复制，然后经过减数分裂形成精子和卵细胞，精子和卵细胞通过受精作用形成受精卵，受精卵通过有丝分裂产生子代。所以子代细胞中含有父母的DNA，所以表现的性状和父母相似。

〖问3〗请同学们在桌子上的实验材料中找出脱氧核糖核苷酸模型，看看你能找到几种类型，它们之间有什么区别？

【讲述】4种类型，只在碱基上有区别，有A、G、C、T四种。

〖问4〗哪位同学能说一下四种脱氧核糖核苷酸的名称？请学生拿起模型回答。【讲述】脱氧核糖核苷酸共有4种碱基，模型中较长一些的代表的是腺嘌呤和鸟嘌呤两种碱基，这是因为它们具有双环结构，较短一些的是胞嘧啶和胸腺嘧啶两种碱基，二者是单环结构。这4种类型的脱氧核糖核苷酸仅在碱基上有所差别，所以我们可以根据碱基为其命名。

〖问5〗如果把脱氧核糖核苷酸和RNA的基本组成单位核糖核苷酸相比，二者有什么区别呢？

【讲述】五碳糖不同(脱氧核糖和核糖)；碱基的差别：尿嘧啶与胸腺嘧啶的区别。

〖问6〗回首沃森和克里克的成功给我们留下了哪些启示呢？

【讲述】创新思维是成功者必备的素质，要敢于向权威挑战；要善于吸收别人的成果,博采众家之长；要有合作探究的意识；要选择科学的研究方法。〖问7〗请同学们根据学案上的资料，分析模型和刚才的操作过程，分析总结一下DNA分子的结构特点。

【讲述】①首先是DNA分子含有两条脱氧核糖核苷酸链，两条链按照反向平行方向并向右盘绕成双螺旋。（螺旋直径为2.0nm，螺距为3.4nm，每个螺距有10个碱基对，两个相邻碱基对平面的垂直距离为0.34nm）

②结构的外侧是由脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交互连接而成的长链，构成DNA分子的骨架；碱基位于双螺旋结构内侧，遵循碱基互补配对原则形成碱基对，即A与T配对，G与C配对，A与T间二个氢键相连，G与C间三个氢键相连。

〖问8〗DNA分子的特异性体现在哪些方面上？

【讲述】DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。DNA分子的特异性体现在三个方面：

①多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。②特异性：特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序。③遗传信息：DNA分子中的碱基对排列顺序就代表了遗传信息。

探究二 DNA的复制

阅读课本P63－P64的相关内容，并结合图图4－8和图4－9，思考并小组讨论下列问题：

〖问9〗DNA分子复制发生在什么时间? 【讲述】发生在无丝分裂之前或有丝分裂间期；在配子形成时则主要发生在减数第一次分裂之前的间期。

〖问10〗“新”DNA的形成过程怎么进行? 【讲述】有以下三点:

a.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，于是部分双螺旋解旋为两条平行双链，此过程叫解旋。解开的两条单链叫母链(模板链)。

b.合成互补子链:以上述解开的两条多脱氧核苷酸链为模板，在酶的作用下，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成两条与母链互补的子链。

c.子母链结合形成新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互相盘绕成螺旋结构，解旋完即复制完，形成新的DNA分于，这样一个DNA分子就形成两个完全相同的DNA分子。即边解螺旋边复制。〖问11〗DNA分子复制过程需要哪些条件? 【讲述】DNA分子复制的条件有精确的模板、原料、能量和酶等基本条件。复制的方式是半保留复制，即新DNA分子中都保留了原来DNA分子的—条链。〖问12〗什么叫解旋？解旋的目的是什么？

【讲述】在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条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。解旋的目的就是为复制提供准确模板。

解开的两条单链叫母链（模板链）。

〖问13〗什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？

【讲述】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条链称为子链。一条母链复制一次能形成一条子链。〖问14〗DNA的复制是否就像洗照片似的，有一张底片就可以洗出许多照片来？ 【讲述】不是，与洗照片不同。因为DNA分子的复制结果并没有形成一个完整的、新的

DNA分子，而是形成了一半新、一半旧的两个DNA分子。〖问15〗复制的DNA如何保证准确呢？

【讲述】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。

〖问16〗研究DNA复制常用的方法是什么？

【讲述】研究DNA复制的常用方法同位素标记法和离心法，常标记3H、15N、32P，通过离心在试管中形成不同位置。

〖问17〗DNA复制能否在体外进行？需要什么样的条件？

【讲述】能进行。①体外也可进行，即PCR扩增技术，除满足一般条件外，还应注意温度、pH 的控制及引物的加入。

②影响细胞呼吸（ATP供给）的所有因素都可能影响DNA复制。

课堂小结

本节能力目标定位于培养学生自主学习的能力：在自学中领悟知识，去发现问题和解决问题。培养分析和理解能力及创造性思维的能力，通过探索求知、分析图解（这节内容的流程图解较多）、讨论交流激发独立思考、主动获取新知识的能力。培养合作学习的能力，通过小组内与小组间的合作使知识从深度要求达到广度要求。在较好地实现了设定的教学目标的基础上，培养了学生的探究精神和创造性思维。

课后习题

1．下列DNA分子各种碱基数量比中，因生物种类不同而有区别的是（）A．（A+T）/（G+C）B．（A+G）/（T+C）C．（A+C）/（T+G）

D．A/T 2．一双链DNA分子中，胸腺嘧啶占全部碱基的23.8%，则A+C的含量是（）A.76.2%

B.50%

C.23.8%

D.26.2% 3．如图是DNA分子结构模式图，请据图回答问题：

参考答案： 1．A 【解析】B、C、D比值都为1，无特异性。2．B 【解析】

试题分析：DNA双链中A＝T、G＝C，A+G+C+T＝1，所以A+C的含量是50%。考点：考查DNA分子中碱基的比例。

点评：难度较小，理解DNA双链中A＝T、G＝C。3．（1）胸腺嘧啶

脱氧核糖

磷酸（2）［9］氢键

（3）［7］胸腺嘧啶脱氧核苷酸（4）［8］碱基对（5）规则的双螺旋结构

沃森和克里克

板书

第二节 DNA的结构和DNA的复制

一、回眸历史——“解开DNA结构之迷”

二、DNA的结构

1.构成DNA分子的基本单位—脱氧核糖核苷酸 2.脱氧核苷酸间通过脱水缩合连在一起形成多核苷酸链 3.DNA分子的立体结构是规则的双螺旋结构 4.制作DNA双螺旋结构模型

三、DNA分子的复制

1、概念：

2、发生时间：

3、复制的条件：

4、复制的过程

5、DNA复制的生物学意义

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

教学重点：1．DNA的半保留复制及DNA的半不连续复制2．DNA复制的方式3．DNA复制的调控

教学难点：线形DNA复制末端问题的解决 教学时数：7学时

教学要求：1．掌握并理解DNA复制的特点

2．掌握并理解DNA复制的过程 3．掌握并理解DNA复制的主要方式

4．掌握并理解线性DNA复制末端缩短问题的解决方式 5．了解DNA复制的调控方式

教学方式：讲述、演示与计算机辅助教学 教学内容：

1.DNA复制的特点

证明DNA是遗传物质的两个关键性实验：首先用实验证明基因就是DNA分子的是美国的微生物学家Avery.他的实验是用肺炎球菌感染小鼠。美国遗传学家Hershey用T2噬菌体感染大肠杆菌实验，也证明DNA是遗传物质。这两个实验中主要的论点证据是：生物体吸收的外源DNA改变了其遗传潜能。

目前认为生物界遗传信息传递的中心法则为

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.图1 双螺旋DNA的复制

1.1 DNA的半保留复制(semiconservative replication)Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时即推测，DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。

1958年Meselson和Stahl利用氮标记技术在大肠杆菌中首次证实了DNA的半保留复制，他们将大肠杆菌放在含有15N标记的NH4Cl培养基中繁殖了15代，使所有的大肠杆菌DNA被15N所标记，可以得到15N桪NA。然后将细菌转移到含有14N标记的NH4Cl培养基中进行培养，在培养不同代数时，收集细菌，裂解细胞，用氯化铯(CsCl)密度梯度离心法观察DNA所处的位置。由于15N DNA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化铯密度梯度离心(density gradient centrifugation)时，两种密度不同的DNA分布在不同的区带。实验结果表明：在全部由15N标记的培养基中得到的15N桪NA显示为一条重密度带位于离心管的管底。当转入14N标记的培养基中繁殖后第一代，得到了一条中密度带，这是15N桪NA和14N-DNA的杂交分子。第二代有中密度带及低密度带两个区带，这表明它们分别为15N14N－DNA和14N14N-DNA。随着以后在14N培养基中培养代数的增加，低密度带增强，而中密度带逐渐减弱，离心结束后，从管底到管口，CsCl溶液密度分布从高到低形成密度梯度，不同重量的DNA分子就停留在与其相当的CsCl密度处，在紫外光下可以看到DNA分子形成的区带。为了证实第一代杂交分子确实是一半15N-DNA－半14N－DNA，将这种杂交分子经加热变性，对于变性前后的DNA分别进行CsCl密度梯度离心，结果变性前的杂交分子为一条中密度带，变性后则分为两条区带，即重密度带(15N－DNA)及低密度带(14N－DNA)。它们的实验只有用半保留复制的理论才能得到圆满的解释(图2和16-3)。

图2 DNA的半保留复制第一代分子含有一条亲代的链(用黑色素示)，与另一条新合成的链(用白色表示)配对。在以后的连续复制过程中，原来亲代的两条链仍然保持完整，因此总有两个分子各具有一条原来亲代的链

图3 DNA的半保留复制－Meslson Stahl实验密度梯度离心后的DNA 位置：左三管为对照；右三管为实验结果

1.2 半不连续性复制（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.

2．参与DNA复制的有关物质

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,简写DNA polⅠ)、DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。(DNA polymerase Ⅱ，Ⅲ，简写DNA polⅡ,DNA polⅢ)见表1。

这种酶的共同性质是：①需要DNA模板，因此这类酶又称为依赖DNA的DNA聚合酶(DNA dependent DNA polymerase, DDDP)。②需要RNA或DNA做为引物(primer)，即DNA聚合酶不能从头催化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′。④三种DNA聚合酶都属于多功能酶，它们在DNA复制和修复过程的不同阶段发挥作用。由于DNA聚合酶Ⅰ是研究得最清楚而且代表了其他DNA聚合酶的基本特点，所以我们着重介绍DNA polⅠ的作用并指出另外二种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 Å 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：

许多实验证实DNA polⅠ并不是DNA复制过程中的主要酶，它的作用主要与DNA损伤后的修复有关。

2.1.2 DNA聚合酶Ⅱ(DNA polymeraseⅡ)此酶分子量为120KD，每个细胞约有100个酶分子，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，而没有5′→3′外切活性，它的作用可能与DNA损伤修复有关。

2.1.3 DNA聚合酶Ⅲ(DNA polymeraseⅢ)这是在DNA复制过程中起主要作用的聚合酶，它是由一个多亚基组成的蛋白质分子，其分子量＞600kDa整个酶分子形成一个不对称的二聚体，每个大肠杆菌细胞中只有10?0个酶分子，但催化dNTP参入DNA链的速率却是最快的，约为9000核苷酸/每分钟/每个酶分子。这也证明DNA polⅢ是DNA复制过程中主要发挥作用的酶。在大肠杆菌染色体DNA进行复制时，DNA聚合酶Ⅲ全酶并不是单独起作用的，而是与引发体，介链酶等构成一个复制体(replisome)。由于复制体的存在，先导链和随从链可以同时复制。DNA polⅢ是由多亚基组成的不对称二聚体，它可能同时负责先导链和随从链的复制，在φ×174的复制中观察到引发体总是伴随着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 大肠杆菌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 不详

＞600KD 10-20 + 30,000高 复制

分子量

每个细胞中的分子数 5′→3′聚合活性

37℃转化率核苷酸数／酶

600 分子·分钟 5′→3′外切活性 3′→5′外切活性 切刻平移活性 对dNTP亲和力

+ + + 低 修复

功能

去除引物 填补空缺

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。它们的基本特性相似于大肠杆菌DNA聚合酶，其主要活性是催化dNTP的5′→3′聚合活性，基本特征见表2。

表2 真核生物DNA聚合酶

亚基数 4

α 36-38 核 ＋ －

β 160-300 线粒体 ＋ － 复制

γ 170 核 ＋ － 复制

δ 256 核 ＋ － 复制

ε

分子量（KD)＞250 细胞内定位 核

5′→3′聚合活性 ＋ 3′→5′外切活性 － 功能 复制、引发 修复

真核细胞在DNA复制中起主要作用的是DNA polα，主要负责染色体DNA的复制。DNA polβ的模板特异性是具有缺口的DNA分子，被认为它与DNA修复有关。DNA polγ在线粒体DNA的复制中起作用。DNA polδ不但有5′→3′聚合活性，而且还具有3′→5′外切酶活性，据认为真核生物DNA复制是在DNA polα和DNA polδ协同作用下进行的，前导链的合成靠DNA polδ催化。而随从链的合成靠DNA polα和引发酶配合作用完成。2.3 DNA复制起始引发体的形成及所参与的酶和蛋白质： 2.3.1.解链酶(helicase)DNA开始复制时首先在起始点处解开双链，反应是在一种解链酶(helicase)的催化下进行的。解链酶需要ATP分解供给能量。大肠杆菌中DnaB蛋白就有介链酶活性，与随从链的模板DNA结合，沿5′→3′方向移动，还有一种叫做Rep蛋白和前导链的模板DNA结合沿3′→5′方向移动。解链酶的作用就是打开DNA双链之间的氢键。2.3.2 单链结合蛋白：(single strand binding proteins, SSBP)它与解开的单链DNA结合，使其稳定不会再度螺旋化并且避免核酸内切酶对单链DNA的水解，保证了单链DNA做为模板时的伸展状态，SSBP可以重复利用。2.3.3引发体的形成：

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)引发体(primosome)高度解链的模板DNA与多种蛋白质因子形成的引发前体促进引物酶结合上来，共同形成引发体，引发体主要在DNA随从链上开始，它连续地与引物酶结合并解离，从而在不同部位引导引物酶催化合成RNA引物，在引物RNA的3′桹H末端接下去合成DNA片段，这就是随从链不连续合成的开始。2.4 与超螺旋松驰有关的酶：

拓扑异构酶(topoisomerase)是一类改变DNA拓扑性质的酶。在体外可催化DNA的各种拓扑异构化反应，而在生物体内它们可能参与了DNA的复制与转录。在DNA复制时，复制叉行进的前方DNA分子部分产生有正超螺旋，拓扑酶可松驰超螺旋，有利于复制叉的前进及DNA的合成。DNA复制完成后，拓扑酶又可将DNA分子引入超螺旋，使DNA缠绕、折叠，压缩以形成染色质。DNA拓扑异构酶有Ⅰ型和Ⅱ型，它们广泛存在于原核生物及真核生物中。

表3 大肠杆菌和真核生物中的拓扑异构酶

类型

Ⅰ型拓扑异构酶 大肠杆菌 真核生物 Ⅱ型拓扑异构酶

切开二股DNA链

大肠杆菌

依赖ATP

真核生物

切开二股DNA链 依赖ATP

松弛正超螺旋； 引入负超螺旋，解环连等 松驰正超螺旋，但不能引入负超螺旋

切开一股DNA链 切开一股DNA链

松驰负超螺旋 松驰正，负超螺旋

作用

对超螺旋的作用

拓扑异构酶Ⅰ(TopoⅠ)的主要作用是将环状双链DNA的一条链切开一个口，切口处链的末端绕螺旋轴按照松驰超螺旋的方向转动，然后再将切口封起来。这就使DNA复制叉移动时所引起的前方DNA正超螺旋得到缓解，利于DNA复制叉继续向前打开。拓扑异构酶Ⅰ除上述作用外，对环状单链DNA还有打结或解结作用，对环状双链DNA的环连或解环连以及使环状单链DNA形成环状双链DNA都有作用(图13)。

拓扑异构酶Ⅱ(TopoⅡ)是在大肠杆菌中发现的，曾被称为旋转酶(gyrase)，它们作用特点是切开环状双链DNA的两条链，分子中的部分经切口穿过而旋转，然后封闭切口，TopoⅡ还可使DNA分子从超螺旋状态转变为松驰状态，此反应不需要ATP参与。DNA复制完成后，TopoⅡ在ATP参与下，DNA分子从松驰状态转变为负超螺旋。此外，TopoⅡ催化的拓扑异构化反应还有环连或解环连，以及打结或解结。DNA复制的过程：





 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复制的全部过程可以人为地分成三个阶段，第一个阶段为DNA复制的起始阶段，这个阶段包括起始点，复制方向以及引发体的形成，第二阶段为DNA链的延长，包括前导链及随从链的形成和切除RNA引物后填补空缺及连接岗崎片段。第三阶段为DNA复制的终止阶段。

3.1 DNA复制的起始阶段： 3.1.1 DNA复制的起始点

   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.很多实验都证明：复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起始点(originof replication)常用ori或o表示。细胞中的DNA复制一经开始就会连续复制下去，直至完成细胞中全部基因组DNA的复制。DNA复制从起始点开始直到终点为止，每个这样的DNA单位称为复制子或复制单元(replicon)。在原核细胞中，每个DNA分子只有一个复制起始点，因而只有一个复制子，而在真核生物中，DNA的复制是从许多起始点同时开始的，所以每个DNA分子上有许多个复制子。

DNA复制起始点有结构上的特殊性，例如：大肠杆菌染色体DNA复制起始点Oric由422个核苷酸组成，是一系列对称排列的反向重复序列，即回文结构(palindrome)，其中有9个核苷酸或13个核苷酸组成的保守序列，这些部位是大肠杆菌中DnaA蛋白识别的位置，大肠杆菌染色体DNA是环状双链DNA，它的复制是典型的“θ”型复制(由于形状像希腊字母θ)。从一个起点开始，同时向两个方向进行复制，当两个复制方向相遇时，复制就停止。而有些生物的DNA复制起始区是一段富含A·T的区段。这些特殊的结构对于在DNA复制起始过程中参与的酶和许多蛋白质分子的识别和结合都是必须的。

3.2 DNA复制的延长阶段

DNA的复制实际上就是以DNA为模板在DNA聚合酶作用下，将游离的四种脱氧单核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,简写为dNTP)聚合成DNA的过程。

这是一个非常复杂的酶促反应，需要许多种酶和蛋白质参与，现分别叙述它们在DNA复制中作用。

图4 DNA聚合酶Ⅲ催化先导链和随从的合成

图5 大肠杆菌DNA复制叉中复制过程简图

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复制的终止阶段

DNA在复制过程中，合成出的前导链为一条连续的长链。随从链则是由合成出许多相邻的片段，在连接酶的催化下，连接成为一条长链。连接作用是在连接酶催化下进行的。连接酶(ligase)的作用是催化相邻的DNA片段以3′、5′－磷酸二酯键相连接。连接反应中的能量来自ATP(或NAD＋)。连接酶先与ATP作用，以共价键相连生成E桝MP中间体。中间体即与一个DNA片段的5′－磷酸相连接形成E-AMP-5′－DNA。然后再与另一个DNA片段的3′-OHH末端作用，E和AMP脱下，两个DNA片段以3′、5′磷酸二酯键相连接。随从链的各个DNA片段就是这样连接成一条DNA长链(图14)。

图6 连接酶的催化反应

已有研究证明大肠杆菌染色体DNA具有复制终止位点，此处可以结合一种特异的蛋白质分子叫做Tus，这个蛋白质可能是通过阻止解链酶(Helicase)的解链活性而终止复制的。详细的机制还不完全清楚。

DNA复制完成后，靠拓扑酶将DNA分子引入超螺旋结构。3.4五、真核生物DNA复制的特点：

DNA复制的研究最初是在原核生物中进行的，有些原核生物的DNA复制已经搞得很清楚。真核生物比原核生物复杂得多，但DNA复制的基本过程还是相似的。在这里我们主要讨论一些重要的区别。

图7 端粒酶催化端区TG链的合成

1.与原核生物不同，真核生物DNA复制有许多起始点，例如酵母S.cerevisiae的17号染色体约有400个起始点，因此，虽然真核生物DNA复制的速度(60核苷酸/每秒钟)比原核生物DNA复制的速度(E.coli 1700核苷酸/每秒钟)慢得多，但复制完全部基因组DNA也只要几分钟的时间。

2.SV40病毒DNA主要依靠宿主细胞中的DNA复制体系进行DNA的复制，这是了解真核生物DNA复制的体外模型。在真核生物DNA复制叉处，需要两种不同的酶。DNA聚合酶α(polα)和DNA聚合酶δ(polδ)。polα和引物酶紧密结合，在DNA模板上先合成RNA引物，再由polα延长DNA链，这种活性还要复制因子C参与。同时结合在引物模板上的PCNA(增殖细胞核抗原Proliferating cell nuclear antigen)此时释放了polα，然后由polδ结合到生长链3′末端，并与PCNA结合，继续合成前导链。而随从链的合成靠polα紧密与引物酶结合并在复制因子C帮助下，合成岗崎片段(图15)。

图8 真核生物DNA复制叉结构示意图

3.由于真核生物染色体是线性DNA，它的两端叫做端区(telomeres)，端区是由重复的寡核苷酸序列构成的。例如酵母的端区重复序列是5′G(1?)T(3)3′。前面讲到所有生物DNA聚合酶都只能催化DNA从5′→3′的方向合成，因此当复制叉到达线性染色体末端时，前导链可以连续合成到头，而由于随从链是以一种不连续的形式合成岗崎片段，所以不能完成线性染色体末端的复制，如果这个问题不解决，真核生物在细胞分裂时DNA复制将产生5′末端隐缩，使DNA缩短，近十多年的研究表明，真核生物体内都存在一种特殊的反转录酶叫做端粒酶(telomerase)，它是由蛋白质和RNA两部分组成的，它以自身的RNA为模板，在随从链模板DNA的3′桹H末端延长DNA，再以这种延长的DNA为模板，继续合成随从链(图16)。由此可见端粒酶在保证染色体复制的完整性上有重要意义。

4.DNA复制的方式

4.1

θ-复制replication by θ-structure

4.2

滚环复制replication by rolling cycles structure 13 φX174噬菌体由一个单链环状DNA组成，这条链称为正（+）链；合成的互补链称为负

（一）链。双链体的复制以滚环复制方式进行。

4.3

D-环复制Replication by displacement loop structure D-环复制（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复制的调控

5.1 ColEI质粒DNA的复制调控 Rop蛋白、反义RNA

5.2 真核细胞DNA的复制调控 细胞生活周期水平调控（限制点调控）：决定细胞停留在G1期还是进入S期（by cylins,cdc(cell division cycle)gene products）.染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制。

复制子水平调控：决定复制的起始与否，并且是高度保守的。

第五篇：《DNA的复制》教案2

《DNA的复制》教案

教学目标

（1）知识目标：概述DNA分子的复制；探讨DNA复制的生物学意义（2）能力目标：培养学生自学能力，观察能力、分析理解能力（3）德育目标：激发学生学科学、用科学、爱科学的求知欲

教学重点、难点

（1）教学重点：DNA复制的条件、过程及特点。（2）教学难点：DNA复制的过程，特别是半保留复制。

教学过程

关于DNA分子的复制的教学，教师首先可以通过课题下的2008北京奥运会的会幑“中国印•舞动的北京”导及问题探讨，激起学生和兴趣。然后让学生回顾以前学过的有关有丝分裂和减数分裂过程中DNA复制的时间。接下来设置问题：“DNA是如何复制的”？让学生积极讨论。然后才引出沃森和克里克对DNA复制过程的推测，从而得出DNA 的半保留复制过程。其次，指导学生阅读课本，充分利用课本的彩图来分析、学习科学家对DNA复制过程所做的经典实验，通过这个实验使学生掌握科学研究的思想，领悟科学探究的魅力，也掌握一种生物学实验常用的方法－放射性同位素标记法，分析用CsCL密度梯度离心后重带、中带、轻带表示的DNA分子的双链构成怎样的，在整个实验亲代、子一代、子二代细胞中提取出的DNA离心结果说明了什么。通过层层分析，学生不仅能够自已得出结论，同时也训练了学生的逻辑思维能力和进一步明确了什么是半保留复制。从而也得出了DNA复制的定义。最后，提出相关问题：

（1）什么是解旋：解旋的目的是什么？（2）什么叫子链？复制一次能形成几条子链？（3）简述子链形成过程？

让学生充分回答上述问题后，教师播放多媒体DNA分子复制过程的动态图解。归纳出复制三点过程：

①解旋提供准确模板②合成互补子链③子、母链结合盘绕形成新DNA分子。以上过程可配合板图进行归纳。通过这个过程得出DNA复制的特点：

（一）DNA分子是边解旋边复制的，是一种半保留复制，即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条则是新合成的。

（二）DNA复制严格遵守碱基互补配对原则准确复制，从而保证了子代和亲代具有相同的遗传性状。

设问：DNA复制后两个子代DNA分子与亲代DNA分子是否完全相同？为什么？

通过设问，让学生进一步理解和巩固DNA复制的全过程。接下来让学生总结出DNA复制的四大基本条件：

①模板：开始解旋的DNA分子的两条单链； ②原料：是游离在核液中的脱氧核苷酸； ③能量：是通过水解ATP提供；

④酶：酶是指一个酶系统，不仅仅是指一种解旋酶。

最后通过以上分析，总结出DNA复制的意义以及在生活中的应用：

意义：DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使物种得以延续。

应用：目前DNA分子广泛应用于刑事案件侦破等方面。

如：DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一。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。