劉廣昌

(福建省上杭縣教師進(jìn)修學(xué)校 364200)

“DNA復(fù)制”涉及很多的零碎知識(shí)點(diǎn)，尤其部分知識(shí)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(yīng)萬變.為提高該部分的授課效率，使學(xué)生牢固的掌握該部分知識(shí)，并促進(jìn)其學(xué)習(xí)能力的提升，應(yīng)積極采取針對性策略，嚴(yán)把理解以及應(yīng)用關(guān)，尤其結(jié)合具體例題講解，為學(xué)生展示如何運(yùn)用DNA分子復(fù)制知識(shí)解答相關(guān)習(xí)題，深化其認(rèn)識(shí)，糾正其理解上的誤區(qū).

1 DNA的復(fù)制方式

經(jīng)過“DNA復(fù)制”知識(shí)的學(xué)習(xí)學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)到DNA是半保留復(fù)制.授課中為使深入理解保留復(fù)制的具體過程，應(yīng)注重運(yùn)用多媒體課件為學(xué)生動(dòng)態(tài)的展示DNA的復(fù)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(biāo)記的大腸桿菌，放置在含3H標(biāo)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(biāo)記，在第二次復(fù)制未完成時(shí)將DNA復(fù)制阻斷，如圖1所示，對該實(shí)驗(yàn)的理解不正確的是( ).

圖1

A.復(fù)制過程中雙鏈會(huì)局部解旋

B.Ⅰ所示的DNA鏈被3H標(biāo)記

C.DNA復(fù)制以兩條鏈為模板

D.兩條子鏈復(fù)制非同步進(jìn)行

解析A項(xiàng)， DNA復(fù)制時(shí)會(huì)局部解旋且邊解旋邊復(fù)制，正確.B項(xiàng)，Ⅰ表示的是新合成的子鏈的一部分，因原料被3H標(biāo)記，因此，Ⅰ中的DNA鏈會(huì)被3H標(biāo)記，正確.C項(xiàng)，認(rèn)真觀察圖1中內(nèi)容可知，DNA復(fù)制以兩條鏈為模板，正確.D項(xiàng)，有第二次復(fù)制過程可知，兩條子鏈的復(fù)制是同步進(jìn)行的.綜上，只有D項(xiàng)敘述錯(cuò)誤.

2 DNA復(fù)制的計(jì)算

DNA復(fù)制知識(shí)較為抽象，涉及到數(shù)學(xué)方面的知識(shí).為使學(xué)生理解與掌握DNA復(fù)制相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，應(yīng)注重為學(xué)生總結(jié)相關(guān)的計(jì)算技巧，推導(dǎo)相關(guān)的計(jì)算結(jié)論.同時(shí)，在課堂上圍繞具體的習(xí)題，與學(xué)生一起分析計(jì)算過程，指出在計(jì)算的過程中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)，提高計(jì)算正確率.

例2若某被15N標(biāo)記的DNA分子含有100個(gè)堿基對，其中含有60個(gè)胞嘧啶.在14N的培養(yǎng)基中，使該DNA分子連續(xù)進(jìn)行4次復(fù)制，則對相關(guān)結(jié)果的判斷正確的是( ).

A.DNA均含有14N

B.復(fù)制期間游離的腺嘌呤脫氧核苷酸有640個(gè)

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

3 DNA復(fù)制的條件

DNA的復(fù)制需要在一定的條件下運(yùn)行，需要具備DNA模板、游離的4種脫氧核苷酸、相關(guān)的酶( DNA解旋酶、 DNA聚合酶)、能量.授課中為使學(xué)生深刻的理解DNA的復(fù)制條件，應(yīng)注重結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)新穎的問題情境，要求學(xué)生根據(jù)自己的理解進(jìn)行分析，鞏固所學(xué)并進(jìn)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(guān)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(gè)磷酸基團(tuán)可為體內(nèi)DNA分子復(fù)制提供原料

C.γ位被32P標(biāo)記的dNTP，作為DNA合成的原料，可使DNA分子被標(biāo)記”

D.NTP可為DNA復(fù)制提供所需的能量

解析題目創(chuàng)設(shè)的情境較為新穎，能很好的拓展學(xué)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(xiàng)正確.dNTP脫去2個(gè)磷酸基團(tuán)可稱為DNA復(fù)制的原料，B項(xiàng)正確.α位的磷酸基團(tuán)和脫氧核苷才構(gòu)成DNA的基本單位，因此，γ位被32P標(biāo)記的dNTP，并不能使DNA被標(biāo)記，C項(xiàng)錯(cuò)誤.D項(xiàng)，NTP高能磷酸鍵斷裂，可為DNA復(fù)制提供能量，D項(xiàng)正確.綜上，選擇C項(xiàng).

4 DNA復(fù)制的實(shí)驗(yàn)探究

有關(guān)DNA復(fù)制的實(shí)驗(yàn)習(xí)題主要考查學(xué)生綜合分析問題的能力.為使學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)原理，掌握解答實(shí)驗(yàn)習(xí)題的思路，授課中應(yīng)注重為學(xué)生剖析DNA復(fù)制的代表性實(shí)驗(yàn)，并在課堂上與學(xué)生積極互動(dòng)，使其更好地把握實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)興趣.

例4為研究細(xì)菌DNA的復(fù)制方式(半保留，全保留)，使用同位素示蹤技術(shù)以及密度梯度離心法進(jìn)行實(shí)驗(yàn).已知細(xì)菌大約每20min分裂一次，產(chǎn)生子代.實(shí)驗(yàn)如圖3所示：

圖3

4.1 分析討論

(1)若實(shí)驗(yàn)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(fù)制；如果DNA位于全中帶位置，則是____復(fù)制.

(2)若將實(shí)驗(yàn)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(fù)制方式.

4.2 實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論

DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制.若將實(shí)驗(yàn)四的實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)三的結(jié)果中，子一代DNA的“中帶”比以往實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二可知，當(dāng)DNA位于1/2重和1/2輕帶位置是應(yīng)為全保留復(fù)制，如果DNA位于全中帶位置則半保留復(fù)制.如將實(shí)驗(yàn)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(fù)制類型.問題(2)實(shí)驗(yàn)四的實(shí)驗(yàn)時(shí)間改為60min時(shí)，DNA分子復(fù)制3次，其中6個(gè)DNA分子只含15N，2個(gè)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(shí)驗(yàn)三的結(jié)果中，子一代DNA的“中帶”比以往實(shí)驗(yàn)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(fù)制的綜合性問題

高中生物DNA分子復(fù)制常常涉及到一些綜合性問題，不僅要求學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)，而且需要結(jié)合題干創(chuàng)設(shè)的情境進(jìn)行合理推理.教學(xué)中為更好地拓展學(xué)生視野，提高其運(yùn)用所學(xué)解答相關(guān)問題的綜合能力，應(yīng)注重圍繞教學(xué)的重點(diǎn)知識(shí)講解一些綜合性問題，鞏固學(xué)生所學(xué)的同時(shí)，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(fù)制的過程，據(jù)此回答問題：

圖4

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

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

(3) DNA分子在復(fù)制過程中某位點(diǎn)上的1個(gè)正常堿基(設(shè)為P)經(jīng)誘變變成了尿嘧啶，該DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次，得到4個(gè)子代DNA分子的相應(yīng)位點(diǎn)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(fù)制知識(shí)較多，能很好的檢驗(yàn)學(xué)生對DNA分子復(fù)制的認(rèn)識(shí)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(gè)游離的磷酸基團(tuán).看上看兩條單鏈的方向反向平行，從堿基關(guān)系上看，兩條單鏈互補(bǔ)配對；問題(2)若按正常的子鏈延伸速度，DNA分子復(fù)制約需要30s，但實(shí)際上僅僅只用了16s，表明復(fù)制是雙向進(jìn)行的，由圖可知延伸的子鏈緊跟著解旋酶，可知DNA分子復(fù)制是邊解旋邊復(fù)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(gè)DNA分子是發(fā)生突變的，而含有G-C、C-G的兩個(gè)DNA分子是未發(fā)生突變的，而這兩個(gè)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.