高中生物“DNA復制”知識的理解及應用

劉廣昌

(福建省上杭縣教師進修學校 364200)

“DNA復制”涉及很多的零碎知識點，尤其部分知識死記硬背是不行的，只有深入的理解其本質(zhì)，才能在解題中以不變應萬變.為提高該部分的授課效率，使學生牢固的掌握該部分知識，并促進其學習能力的提升，應積極采取針對性策略，嚴把理解以及應用關，尤其結(jié)合具體例題講解，為學生展示如何運用DNA分子復制知識解答相關習題，深化其認識，糾正其理解上的誤區(qū).

1 DNA的復制方式

經(jīng)過“DNA復制”知識的學習學生已經(jīng)認識到DNA是半保留復制.授課中為使深入理解保留復制的具體過程，應注重運用多媒體課件為學生動態(tài)的展示DNA的復制過程，在其頭腦中留下深刻印象.

例1大腸桿菌擬核DNA是環(huán)狀DNA分子，將無放射性標記的大腸桿菌，放置在含3H標記的dTTP培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使新合成的DNA鏈中的脫氧胸苷均被3H標記，在第二次復制未完成時將DNA復制阻斷，如圖1所示，對該實驗的理解不正確的是( ).

圖1

A.復制過程中雙鏈會局部解旋

B.Ⅰ所示的DNA鏈被3H標記

C.DNA復制以兩條鏈為模板

D.兩條子鏈復制非同步進行

解析A項， DNA復制時會局部解旋且邊解旋邊復制，正確.B項，Ⅰ表示的是新合成的子鏈的一部分，因原料被3H標記，因此，Ⅰ中的DNA鏈會被3H標記，正確.C項，認真觀察圖1中內(nèi)容可知，DNA復制以兩條鏈為模板，正確.D項，有第二次復制過程可知，兩條子鏈的復制是同步進行的.綜上，只有D項敘述錯誤.

2 DNA復制的計算

DNA復制知識較為抽象，涉及到數(shù)學方面的知識.為使學生理解與掌握DNA復制相關參數(shù)的計算，應注重為學生總結(jié)相關的計算技巧，推導相關的計算結(jié)論.同時，在課堂上圍繞具體的習題，與學生一起分析計算過程，指出在計算的過程中應注意的細節(jié)，提高計算正確率.

例2若某被15N標記的DNA分子含有100個堿基對，其中含有60個胞嘧啶.在14N的培養(yǎng)基中，使該DNA分子連續(xù)進行4次復制，則對相關結(jié)果的判斷正確的是( ).

A.DNA均含有14N

B.復制期間游離的腺嘌呤脫氧核苷酸有640個

C.含有15N的單鏈占1/8

D.子代DNA中嘌呤和嘧啶之比為2∶3

解析A項，因DNA分子的復制為半保留復制，經(jīng)過4次復制生成16條DNA分子，均會被14N 標記，正確.B項，因原DNA含有100個堿基對，且含有60個胞嘧啶，因此，A的個數(shù)為40個，復制期間需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)為(24-1)×40=600個，錯誤.C項，含有15N的DNA單鏈所占的比例為2/(24×2)=1/16，錯誤.D項，雙鏈DNA中嘌呤和嘧啶配對，因此，兩者數(shù)目相等，錯誤.綜上可知選擇A項.

3 DNA復制的條件

DNA的復制需要在一定的條件下運行，需要具備DNA模板、游離的4種脫氧核苷酸、相關的酶( DNA解旋酶、 DNA聚合酶)、能量.授課中為使學生深刻的理解DNA的復制條件，應注重結(jié)合自身教學經(jīng)驗，創(chuàng)設新穎的問題情境，要求學生根據(jù)自己的理解進行分析，鞏固所學并進一步拓展其視野.

例3NTP(核苷三磷酸)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中2′位置為羥基，若2′位置的羥基脫掉氧原子，則形成dNTP(脫氧核苷三磷酸)，則有關NTP和dNTP的說法不正確的是( ).

圖2

A.NTP、dNTP和磷脂分子都具有C、H、O、N、P元素

B.dNTP脫去2個磷酸基團可為體內(nèi)DNA分子復制提供原料

C.γ位被32P標記的dNTP，作為DNA合成的原料，可使DNA分子被標記”

D.NTP可為DNA復制提供所需的能量

解析題目創(chuàng)設的情境較為新穎，能很好的拓展學生分析問題的能力.觀察給出圖2內(nèi)容可知NTP和dNTP的構(gòu)成元素為C、H、O、N、P，和磷脂分子的構(gòu)成元素相同，A項正確.dNTP脫去2個磷酸基團可稱為DNA復制的原料，B項正確.α位的磷酸基團和脫氧核苷才構(gòu)成DNA的基本單位，因此，γ位被32P標記的dNTP，并不能使DNA被標記，C項錯誤.D項，NTP高能磷酸鍵斷裂，可為DNA復制提供能量，D項正確.綜上，選擇C項.

4 DNA復制的實驗探究

有關DNA復制的實驗習題主要考查學生綜合分析問題的能力.為使學生更好地理解實驗原理，掌握解答實驗習題的思路，授課中應注重為學生剖析DNA復制的代表性實驗，并在課堂上與學生積極互動，使其更好地把握實驗步驟、實驗細節(jié)，培養(yǎng)實驗興趣.

例4為研究細菌DNA的復制方式(半保留，全保留)，使用同位素示蹤技術以及密度梯度離心法進行實驗.已知細菌大約每20min分裂一次，產(chǎn)生子代.實驗如圖3所示：

圖3

4.1 分析討論

(1)若實驗三的離心結(jié)果為：如果DNA位于1/2重和1/2輕帶位置，則是____復制；如果DNA位于全中帶位置，則是____復制.

(2)若將實驗三得到的DNA雙鏈分開再離心，其結(jié)果____(填“能”或“不能”)判斷DNA的復制方式.

4.2 實驗得出結(jié)論

DNA復制方式為半保留復制.若將實驗四的實驗時間改為60min，離心后密度帶的數(shù)量和位置是否發(fā)生變化？____.若實驗三的結(jié)果中，子一代DNA的“中帶”比以往實驗結(jié)果的“中帶”略寬，可能的原因是新合成的DNA單鏈中的N尚有少部分為____.

解析對于問題(1)通過分析實驗一、實驗二可知，當DNA位于1/2重和1/2輕帶位置是應為全保留復制，如果DNA位于全中帶位置則半保留復制.如將實驗三得到的DNA雙鏈分開再離心，不能判斷DNA鏈的來源，也就無法判斷其復制類型.問題(2)實驗四的實驗時間改為60min時，DNA分子復制3次，其中6個DNA分子只含15N，2個DNA分子1條含有14N，1條含有15N，離心后密度帶的數(shù)量和位置不變.實驗三的結(jié)果中，子一代DNA的“中帶”比以往實驗結(jié)果的“中帶”略寬，則新合成的DNA單鏈中的N尚有少部分為15N.

5 DNA復制的綜合性問題

高中生物DNA分子復制常常涉及到一些綜合性問題，不僅要求學生熟練掌握基礎知識，而且需要結(jié)合題干創(chuàng)設的情境進行合理推理.教學中為更好地拓展學生視野，提高其運用所學解答相關問題的綜合能力，應注重圍繞教學的重點知識講解一些綜合性問題，鞏固學生所學的同時，使其掌握解答綜合問題的思路與方法.

例5如圖4甲是DNA分子局部組成示意圖，圖乙表示DNA分子復制的過程，據(jù)此回答問題：

圖4

(1)圖甲中有____種堿基，有____個游離的磷酸基團.從主鏈上看2條單鏈的方向____，從堿基關系上看，2條單鏈____.

(2)圖乙的該DNA分子含有48502個堿基，而子鏈延伸的速度為105個堿基對/min，則此DNA分子完成復制約16s，據(jù)圖分析，這是因為____；有圖可知延伸的子鏈緊跟著解旋酶，表明DNA分子復制是____.

(3) DNA分子在復制過程中某位點上的1個正常堿基(設為P)經(jīng)誘變變成了尿嘧啶，該DNA分子連續(xù)復制兩次，得到4個子代DNA分子的相應位點上的堿基對分別為U-AA-TG-CC-G，推測“P”可能是( ).

A.胸腺嘧啶 B.腺嘌呤

C.胸腺密啶或腺嘌呤 D.胞嘧啶或鳥嘌呤

解析該題考查的DNA分子復制知識較多，能很好的檢驗學生對DNA分子復制的認識與理解深度.問題(1)圖甲中含有A、T、C、G4種堿基，因DNA為雙螺旋結(jié)構(gòu)因此有兩個游離的磷酸基團.看上看兩條單鏈的方向反向平行，從堿基關系上看，兩條單鏈互補配對；問題(2)若按正常的子鏈延伸速度，DNA分子復制約需要30s，但實際上僅僅只用了16s，表明復制是雙向進行的，由圖可知延伸的子鏈緊跟著解旋酶，可知DNA分子復制是邊解旋邊復制.問題(3)正常堿基變成U后，能夠和A配對，因此含有U與A，A與T的2個DNA分子是發(fā)生突變的，而含有G-C、C-G的兩個DNA分子是未發(fā)生突變的，而這兩個正常的DNA分子和親代DNA分子的堿基組成一致，清代DNA分子中的堿基組成為G-C或C-G，因此P可能是胞嘧啶或鳥嘌呤，選擇D.