生物有关学案

Question

给我学案啊，快考试了

Answer 1

《分子与细胞》

元素 细胞膜 基质
化学成分 结构与功能 细胞质
化合物 细胞核 细胞器
细胞 生物膜系统
有丝分裂
无丝分裂 细胞分裂 细胞分化 细胞工程
减数分裂

高一生物内容构成

（一）走近细胞
一、 比较原核与真核细胞（多样性）
原核细胞 真核细胞
细胞 较小（1—10um） 较大（10--100 um）
细胞核 无成形的细胞核，核物质集中在核区。无核膜，无核仁。DNA不和蛋白质结合 有成形的真正的细胞核。有核膜，有核仁。DNA不和蛋白质结合成染色体
细胞质 除核糖体外，无其他细胞器 有各种细胞器
细胞壁 有。但成分和真核不同，主要是肽聚糖 植物细胞、真菌细胞有，动物细胞无
代表 放线菌、细菌、蓝藻、支原体 真菌、植物、动物
二、生命系统的层次性
植：营养、保护、机械、输导 植：根、茎、叶
细胞 组织 分泌 器官 花、果、种
动：上皮、结缔、肌肉、神经 动：心、肝……
运动、循环
消化、呼吸 病毒
系统（动） 个体 单细胞 种群 群落
泌尿、生殖 多细胞
神经、内分泌
非生物因素 Ⅰ号
生态系统 生产者 生物圈
生物因素 消费者 Ⅱ号
分解者
三、细胞学说内容（统一性）
○从人体的解剖和观察入手：维萨里、比夏
○显微镜下的重要发明：虎克、列文虎克
○理论思维和科学实验的结合：施来登、施旺

1． 细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。
2． 细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。
3． 新细胞可以从老细胞中产生。

○在修正中前进：细胞通过分裂产生新的细胞。

注：现代生物学的三大基石
1.1838—1839年 细胞学说 2．1859年 达尔文 进化论 3.1866年 孟德尔 遗传学
四、结论
除病毒以外，细胞是生物体结构和功能的基本单位，也是地球上最基本的生命系统。
（二）组成细胞的分子
基本：C、H、O、N （90％）
大量：C、H、O、N、P、S、（97％）K、Ca、Mg
元素 微量：Fe、Mo、Zn、Cu、B、Mo等
（20种） 最基本：C，占干重的48.4%,生物大分子以碳链为骨架
物质 说明生物界与非生物界的统一性和差异性。
基础 水：主要组成成分；一切生命活动离不开水
无机物 无机盐：对维持生物体的生命活动有重要作用
化合物 蛋白质：生命活动（或性状）的主要承担者／体现者
核酸：携带遗传信息
有机物 糖类：主要的能源物质
脂质：主要的储能物质
一、蛋白质 （占鲜重7－10％，干重50％）

结构 元素组成 C、H、O、N，有的还有P、S、Fe、Zn、Cu、B、Mn、I等
单体 氨基酸 （约20种，必需8种，非必需12种）
化学结构 由多个氨基酸分子脱水缩合而成，含有多个肽键的化合物，叫多肽。
多肽呈链状结构，叫肽链。一个蛋白质分子含有一条或几条肽链。
高级结构 多肽链形成不同的空间结构，分二、三、四级。
结构特点 由于组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序不同，于是肽链的空间结构千差万别，因此蛋白质分子的结构是极其多样的。
功能 ○蛋白质的结构多样性决定了它的特异性/功能多样性。
1． 构成细胞和生物体的重要物质：如细胞膜、染色体、肌肉中的蛋白质；
2． 有些蛋白质有催化作用：如各种酶；
3． 有些蛋白质有运输作用：如血红蛋白、载体蛋白；
4． 有些蛋白质有调节作用：如胰岛素、生长激素等；
5． 有些蛋白质有免疫作用：如抗体。
备注 ○连接两个氨基酸分子的键（—NH—CO—）叫肽键。
○各种蛋白质在结构上所具有的共同特点（通式）：

1． 每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个羧基连同一碳原子上；
2． 各种氨基酸的区别在于R基的不同。
○ 变性（熟鸡蛋）＆盐析＆凝固（豆腐）
计算 ○由N个aa形成的一条肽链围成环状蛋白质时，产生水／肽键 N 个；
○N个aa形成一条肽链时，产生水／肽键 N－1 个；
○N个aa形成M条肽链时，产生水／肽键 N－M 个；
○N个aa形成M条肽链时，每个aa的平均分子量为α，那么由此形成的蛋白质
的分子量为 N×α－（N－M）×18 ；

二、核酸
一切生物的遗传物质，是遗传信息的载体，是生命活动的控制者。
元素组成 C、H、O、N、P等
分类 脱氧核糖核酸（DNA双链） 核糖核酸（RNA单链）
单体

成分 磷酸 H3PO4
五碳糖 脱氧核糖 核糖
含氮
碱基 A、G、C、T A、G、C、U
功能 主要的遗传物质，编码、复制遗
传信息，并决定蛋白质的合成 将遗传信息从DNA传递给
蛋白质。
存在 主要存在于细胞核，少量在线粒
体和叶绿体中。甲基绿 主要存在于细胞质中。吡罗红

△ 每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。

三、糖类和脂质
元素 类别 存在 生理功能
糖类 C、H、O 单糖 核糖C5H10O5 主细胞质 核糖核酸的组成成分；
脱氧核糖C4H10O5 主细胞核 脱氧核糖核酸的组成成分；
六碳糖：葡萄糖
C6H12O6、果糖等 主细胞质 是生物体进行生命活动的重要能源物质（70％以上）；
二糖
C12H22O11 麦芽糖、蔗糖 植物
乳糖 动物
多糖 淀粉、纤维素 植物 （细胞壁的组成成分），
重要的储存能量的物质；
糖原（肝、肌） 动物
脂质 C、H、O
有的 还有N、P 脂肪 动、植物 储存能量、维持体温恒定；
类脂/磷脂 脑、豆 构成生物膜的重要成分；
固醇 胆固醇 动物 动物的重要成分；
性激素 促性器官发育和第二性征；
维生素D 促进钙、磷的吸收和利用；

△ 组成生物体的任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，而只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。细胞就是这些物质最基本的结构形式。
四、鉴别实验
试剂 成分 实验现象 常用材料
蛋白质 双缩脲 A: 0.1g/mL NaOH 紫色 大豆
鸡蛋
B: 0.01g/mL CuSO4
脂肪 苏丹Ⅲ 橘黄色 花生
还原糖 班氏（加热） 砖红色沉淀 苹果、梨、白萝卜
淀粉 碘液 I2 蓝色 马铃薯

○具有还原性的糖：葡萄糖、麦芽糖、果糖

五、无机物
存在方式 生理作用
水
结合水4.5%

自由水95% 部分水和细胞中
其他物质结合。 细胞结构的组成成分。
绝大部分的水以
游离形式存在，可以自由流动。 1．细胞内的良好溶剂；
2．参与细胞内许多生物化学反应；
3．水是细胞生活的液态环境；
4．水的流动，把营养物质运送到细胞，并把废物运送到排泄器官或直接排出；
无机盐 多数以离子状态存，如K+、
Ca2+、Mg2+、Cl--、PO2+等 1．细胞内某些复杂化合物的重要组成部分，如Fe2+是血红蛋白的主要成分；
2．持生物体的生命活动，细胞的形态和功能；
3．维持细胞的渗透压和酸碱平衡；

六、小结
化合 有机组合 分化
化学元素 化合物 原生质 细胞

○原生质 1．泛指细胞内的全部生命物质，但并不包括细胞内的所有物质，如细胞壁；
2．包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分；其主要成分为核酸、蛋白质（和脂类）；
3．动物细胞可以看作一团原生质。
○细胞质 ： 指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部原生质。
○原生质层：成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，为一层半透膜。
(三)细胞的基本结构

细胞壁（植物特有）： 纤维素+果胶，支持和保护作用

成分：脂质（主磷脂）50%、蛋白质约40%、糖类2%-10%
细胞膜
作用：隔开细胞和环境；控制物质进出；细胞间信息交流；

真核 基质： 有水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等
细胞 细胞质 是活细胞进行新陈代谢的主要场所。
分工：线、内、高、核、溶、中、叶、液、
细胞器
协调配合：分泌蛋白的合成与分泌；生物膜系统
核膜：双层膜，分开核内物质和细胞质
核孔：实现核质之间频繁的物质交流和信息交流
细胞核 核仁：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关
染色质：由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体

一、 细胞器 差速离心：美国 克劳德

线粒体 叶绿体 高尔基体 内质网 液泡 核糖体 中心体
分布 动植物 植物 动植物 动植物 植物和某
些原生动物 动植物 动物
低等植物
形态 椭球形、棒形 扁平的球形或椭球形 大小囊泡、扁平囊 网状 椭球形粒状小体
结构 双层膜，有少量DNA 单层膜，形成囊泡状和管状，内有腔 没有膜结构
嵴（TP酶复合体）、基粒、基质 基粒（类体）、基质（片层结构）、酶 外连细胞膜，内连核膜 液泡膜、细胞液 蛋白质、RNA、和酶 两个互相垂直的中心粒
功能 有氧呼吸的主场所 进行光合作用的场所 细胞分泌，
成细胞壁 提供合成、运输条件 贮存物质，调节内环境 蛋白质合成的场所 与有丝分裂有关
备注 在核仁
形成

△ 细胞器是指在细胞质中具有一定形态结构和执行一定生理功能的结构单位，

三、协调配合 分泌蛋白 放射性同位素示踪法：罗马尼亚 帕拉德
有机物、O2
叶绿体 线粒体
能量、CO2

基因调控 初步合成 加工 修饰
细胞核 核糖体 内质网 高尔基体 细胞膜 胞外
氨基酸 肽链 一定空间结构

○生物膜系统：细胞器膜 + 细胞膜 + 核膜等形成的结构体系

四、细胞核 = 核膜（双层） + 核仁 + 染色质 + 核液

美西螈实验、蝾螈横缢实验、变形虫实验、伞藻嫁接与移植实验
细胞核是遗传信息储存和复制的场所，是代谢活动和遗传特性的控制中心。

○ 染色质和染色体是同一物质在细胞周期不同阶段相互转变的形态结构。
DNA 螺旋
○ + = 核小体（串珠结构） 染色质 30nm纤维
组蛋白 非组蛋白
螺旋化
0.4um超螺旋管（圆筒形） 2－10um染色单体（圆柱状、杆状）

二、树立观点(基本思想)
1．有一定的结构就必然有与之相对应功能的存在；
○结构和功能相统一
2．任何功能都需要一定的结构来完成
1．各种细胞器既有形态结构和功能上的差异，又相互联系，相互依存；
○分工合作
2．细胞的生物膜系统体现细胞各结构之间的协调配合。
○生物的整体性：整体大于各部分之和；只有在各部分组成一个整体的时才能体现出生命现象。
1．结构：细胞的各个部分是相互联系的。如分布在细胞质的内质网内连核膜，外接细胞膜。
2．功能：细胞的不同结构有不同的生理功能，但却是协调配合的。如分泌蛋白的合成与分泌。
3．调控：细胞核是代谢的调控中心。其DNA通过控制蛋白质类物质的合成调控生命活动。
4．与外界的关系上：每个细胞都要与相邻细胞、而与外界环境直接接触的细胞都要和外界环境进行物质交换和能量转换。

六、总结
细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。
（四）细胞物质的运输

○科学家研究细胞膜结构的历程是从物质跨膜运输的现象开始的，分析成分是了解结构的基础，现象和功能又提供了探究结构的线索。人们在实验观察的基础上提出假说，又通过进一步的实验来修正假说，其中方法与技术的进步起到关键的作用

成分：磷脂和蛋白质和糖类
结构：单位膜（三明治）→ 流动镶嵌模型
细胞膜 特性 结构特点：具有相对的流动性
生理特性：选择透过性（对离子和小分子物质具选择性）
保护作用
功能 控制细胞内外物质交换
细胞识别、分泌、排泄、免疫等

一、物质跨膜运输的实例
1.水分
条件 浓度 外液 > 细胞质/液 外液 < 细胞质/液
现象 动物 失水皱缩 吸水膨胀甚至涨破
植物 质壁分离 质壁分离复原
原理 外因 水分的渗透作用
内因 原生质层与细胞壁的伸缩性不同造成收缩幅度不同
结论 细胞的吸水和失水是水分顺相对含量梯度跨膜运输的过程

○ 渗透现象发生的条件：半透膜、细胞内外浓度差
○ 渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。
○ 半透膜：指一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称。
○ 质壁分离与复原实验可拓展应用于：（指的是原生质层与细胞壁）
①证明成熟植物细胞发生渗透作用； ②证明细胞是否是活的；
③作为光学显微镜下观察细胞膜的方法； ④初步测定细胞液浓度的大小；

2. 无机盐等其他物质
① 不同生物吸收无机盐的种类和数量不同。
② 物质跨膜运输既有顺浓度梯度的，也有逆浓度梯度的。
3. 选择透过性膜
可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过的膜。
□ 生物膜是一种选择透过性膜，是严格的半透膜。

二、流动镶嵌模型

1.要点
①磷脂双分子层 构成生物膜的基本支架，但这个支架不是静止的，它具有流动性。
②蛋白质 镶嵌、贯穿、覆盖在磷脂双分子层上，大多数蛋白质也是可以流动的。
③天然糖蛋白 蛋白质和糖类结合成天然糖蛋白，形成糖被具有保护、润滑和细胞识别等

2.与单位膜的异同
相同点：组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质
不同点：①流：蛋白质的分布有不均匀和不对称性；强调组成膜的分子是运动的。
②单：蛋白质均匀分布在脂双层的两侧；认为生物膜是静止结构。

三、跨膜运输的方式

例子 方式 浓度梯度 载体 能量 作用
水、甘油、气体、乙醇、苯 自由扩散 顺 × × 被选择吸收的物质从高浓度的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运
葡萄糖进入红细胞 协助扩散 顺 √ ×
进入红细胞的钾离子 主动运输 逆 √ √ 能保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要
的物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞要害的物质。

○大分子或颗粒：胞吞、胞吐

四、小结
组成 决定
磷脂分子+蛋白质分子 结构 功能（物质交换）
具有
导致 保证 体现
运动性 流动性 物质交换正常 选择透过性
成分组成结构，结构决定功能。构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的，因此决定了由它们构成的细胞膜的结构具有一定的流动性。结构的流动性保证了载体蛋白能把相应的物质从细胞膜的一侧转运到到另一侧。由于细胞膜上不同载体的数量不同，所以，当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出细胞膜的数量、速度及难易程度的不同，即反映出物质交换过程中的选择透过性。可见，流动性是细胞膜结构的固有属性，无论细胞是否与外界发生物质交换关系，流动性总是存在的，而选择透过性是细胞膜生理特性的描述，这一特性，只有在流动性基础上，完成物质交换功能方能体现出来。

(五)细胞的能量供应和利用

H2O 外界
水
H2O O2 矿质元素
[H]
光 ATP 原生质
ADP+PI 热能
ATP
ADP+PI
CO2+H2O C3H6O3 C2H5OH+CO2

一、 酶——降低反应活化能
◎ 新陈/细胞代谢：活细胞内全部有序化学反应的总称。
◎ 活化能：分子从常态转变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

1． 发现

①巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
②巴斯德（法、微生物学家）：发酵与活细胞有关；发酵是整个细胞。
③利比希（德、化学家）：引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
④比希纳（德、化学家）：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
⑤萨姆纳（美、科学家）：从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。
⑥许多酶是蛋白质。
⑦切赫与奥特曼（美、科学家）：少数RNA具有生物催化功能。

2．定义

酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。
注：
①由活细胞产生（与核糖体有关）
②催化性质：A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。
B.反应前后酶的性质和数量没有变化。
③成分：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。

3．特性

① 高效性：催化效率很高，使反应速度很快，是一般无机催化集的107——1013倍。
② 专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 → 多样性 。
③ 需要合适的条件（温度和pH值） → 温和性 → 易变性 。

酶的催化作用需要适宜的温度、pH值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构。低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。

图例

解析 在底物足够，其他因素固定的条件下，酶促反应的速度与酶浓度成正比。 1.在S较低时，V随S增加而加快，近乎成正比；
2.在S较低时，V随S增加而加快，但不显著；
3.当S很大且达到一定限度时，V也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应也几乎不再改变。
1.在一定T内V随T的
升高而加快；
2.在一定条件下，每一种酶在某一T时活力最大，称最适温度；
3.当T升高到一定限度时，V反而随温度的升高而降低。
◎动物T：35—40℃
PH ： 6.5—8.0

◎ 酶工程

生产提取 制成 酶制剂 应用 治疗疾病；加工和生产一些产品；
和分离纯化 固定化酶 化验诊断和水质检测；其他分支。

二、ATP（三磷酸腺苷）
◎ ATP是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接
能源，它的水解与合成存在着能量的释放与贮存。

1．结构简式
A — P ～ P ～ P

腺苷 普通化学键13.8KJ/mol 高能磷酸键 30.54 KJ/mol 磷酸基团

2．ATP与ADP的转化
ATP
呼吸作用
（线粒体） 吸 Pi
（细胞质基质） 能 吸收分泌（渗透能）
（叶绿体） 放 肌肉收缩（机械能）
光合作用 Pi 能 神经传导、生物电（电能）
ADP (每个活细胞) 合成代谢（化学能）
体温（热能）
萤火虫（光能）
◎ 糖类—主要能源物质 热能 散失
太阳光能 脂肪—主要储能物质 氧化
（直接能源） 蛋白质—能源物质之一 分解 化学能 ATP

水解酶、放
◎ ATP ADP + Pi + 能量
合成酶、吸

3．能产生ATP： 线粒体、叶绿体、细胞质基质
能产生水： 线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核
能碱基互补配对： 线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核

三、ATP的主要来源——细胞呼吸
◎呼吸是通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。
◎细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。分为：

有氧呼吸 无氧呼吸
概念 指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成许多ATP的过程。 指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。
过程 ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP
② 2丙酮酸+ 6H2O → 6CO2 + [H]+ 2ATP
③ [H] + 6O2 → 12H2O + 34ATP ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP
→ 2C3H6O3
② 2丙酮酸 → 2C2H5OH + 2CO2
反应式 C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2 + 12H2O + 38ATP C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP
→ 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
不同点 场所 ： ①②线粒体基质 ③内膜 始终在细胞质基质
条件 ： 除①外，需分子氧、酶 不需分子氧、需酶
产物 ： CO2 、H2O 酒精和CO2或乳酸
能量 ： 大量、合成38ATP（1161KJ） 少量、合成2ATP(61.08KJ)
相同点 联系 ： 从葡萄糖分解成丙酮酸阶段相同，以后阶段不同
实质 ： 分解有机物，释放能量，合成ATP
意义 ： 为生物体的各项生命活动提供能量；为体内其他化合物合成提供原料

◎比较
光合作用 呼吸作用
反应场所 绿色植物（在叶绿体中进行） 所有生物（主要在线粒体中进行）
反应条件 光、色素、酶 酶（时刻进行）
物质转变 把无机物CO2和H2O合成有机物（CH2O） 分解有机物产生CO2和H2O
能量转变 把光能转变成化学能储存在有机物中 释放有机物的能量，部分转移ATP
实质 合成有机物、储存能量 分解有机物、释放能量、产生ATP
联系 有机物、氧气
光合作用 呼吸作用
能量、二氧化碳

◎ 光合作用的实质
通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。
四、光和光合作用

◎光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的
有机物，并释放出氧气的过程。影响因素有：光、温度、CO2浓度、水分、矿质元素等。
1．发现
内容 时间 过程 结论
普里斯特 1771年 蜡烛、小鼠、绿色植物实验 植物可以更新空气
萨克斯 1864年 叶片遮光实验 绿色植物在光合作用中产生淀粉
恩格尔曼 1880年 水绵光合作用实验 叶绿体是光合作用的场所释放出氧。
鲁宾与卡门 1939年 同位素标记法 光合作用释放的氧全来自水

2．场所
双层膜
叶绿体 基质
基粒 多个类囊体（片层）堆叠而成
胡萝卜素（橙黄色）1/3
类胡萝卜素 叶黄素（黄色） 2/3 吸蓝紫光
色素 （1/4） 叶绿素A（蓝绿色）3/4
叶绿素（3/4） 叶绿素B（黄绿色）1/4 吸红橙和蓝紫光
3．过程

光反应 暗反应
条件 光、色素、酶 CO2、[H]、ATP、酶
时间 短促 较缓慢
场所 内囊体的薄膜 叶绿体的基质
过程 ① 水的光解
2H2O → 4[H] + O2
② ATP的合成/光合磷酸化
ADP + Pi + 光能 → ATP ① CO2的固定
CO2 + C5 → 2C3
② C3/ CO2的还原
2C3 + [H] →（CH2O）
实质 光能 → 化学能，释放O2 同化CO2，形成（CH2O）
总式 CO2 + H2O → （CH2O）+ O2
或 CO2 + 12H2O → （CH2O）6 + 6O2 + 6H2O
物变 无机物CO2、H2O → 有机物（CH2O）
能变 光能 → ATP中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能
◎ 同位素示踪
14C 光反应 2C 3 暗反应 （14CH2O）
3H2O 固定 [3H] 还原 （C3H2O）
H218O 光 18O2

◎ 人为创设条件，看物质变化：

1． 光照 → [H]和ATP → 暗反应 → （CH2O）
↓ ↓ ↓ ↓
切断 → 不能生成 → 不能进行 → 不能生成

2． CO2 → C5 → C3 → （CH2O）
↓ ↓ ↓ ↓

参考资料：找的

Answer 2

第3章 基因的本质
第3节 DNA的复制
含山县高级职业中学 胡广平
教材预览
导言：
通过上节课有关DNA结构的学习，理解DNA分子不仅能够储存大量的遗传信息，还能传递遗传信息，遗传信息的传递就是通过DNA分子的复制来完成的，怎样复制呢？沃森和克里克在发表的DNA分子双螺旋结构的那篇著名论文后紧接着发表了第二篇论文，提出了遗传物质进行自我复制的半保留复制假说。你能从DNA分子的双螺旋结构，设想出DNA复制的方式吗？
创设情境：北京奥运会会徽“中国印 舞动的北京”，将中国传统的印章和书法等艺术形式与体育运动特征结合起来，巧妙地勾画出一个向前奔跑、舞动着迎接胜利的人形。要将这枚会徽复制成两个印章（由于时间紧迫，由两个人手工刻制）：一个送交国际奥委会，一个留在中国。想一想，怎样将这枚会徽复制成两个完全一样的印章？做成后又怎样验证这两个印章的相似程度？
提示：要复制两枚相同的印章必须要有一个共同的模板，制作两枚印章的原料应出自同一块石材，应先制造模型，并按模型制造会徽。复制过程已模板为参照和标准，复制完成后要验证这两个印章的相似程度也必须以原始会徽图样为检验标准，最简单的验证方法是将两枚印章的图形盖在白纸上进行比较。
提问：①DNA分子的复制是否也需要模板？②DNA分子的复制是直接以自身为模板的吗？DNA分子的结构是怎样的？你能从DNA分子的双螺旋结构，设想出DNA复制的方式吗？
本节聚焦
1．科学家对DNA分子的复制作出了哪些推测？
2．怎样证明DNA分子是半保留复制的？
3．DNA分子复制的过程是怎样的？
学习过程：
学生首先思考课本第52页的三个问题，然后以小组为单位展开讨论。
一 DNA复制的概念
在细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期，以母细胞DNA分子为模板，合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。
二 对DNA分子复制的推测
阅读课本P52的问题探究并思考其问题。
结合我们前面学过的知识推测一下DNA分子是如何复制的。
资料链接：关于DNA分子复制的早期推测
关于DNA分子是如何复制的，在早期的研究中科学家们提出了三个模型，它们是全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型，这里我们主要介绍全保留复制模型和弥散复制模型。
全保留复制模型在全保留复制模型中，母链DNA分开，分别复制形成两条子链DNA，此后两条母链DNA彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链DNA分子(如下图)。

弥散复制模型在弥散(分散)复制模型中，亲代双链被切成双链片段，而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板，新、老双链片段又以某种方式聚集成“杂种链”。
问题：DNA分子的复制究竟是半保留复制还是全保留复制？
提示：要分析DNA分子的复制究竟是半保留复制还是全保留复制，就必须区分亲代与子代的DNA.
新的问题：DNA分子看不见摸不着，怎样才能区分亲代与子代的DNA呢？
提示：可采用同位素标记法（学生也可能提出新的更巧妙的方法）
知识链接：
同位素示踪：同位素示踪所利用的放射性同位素(或稳定性同位素)及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质。因此，可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物(如标记食物、药物和代谢物质等)代替相应的非标记化合物。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪、气相层析仪、核磁共振等质量分析仪器来测定。
课堂练习：
1、DNA分子的复制方式是________________（半保留复制或全保留复制）。
2、沃森和克里克关于DNA复制的假说：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将________，互补的碱基之间的氢键________，________ 作为复制的模板，游离的________为原料，依据________________原则，通过形成________，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称做________________。
答案：半保留复制；解旋；断裂；以解开的每一段母链；4种脱氧核苷酸；碱基互补配对原则；氢键；半保留复制
三 DNA半保留复制的实验证据
提问：如何证明DNA分子的复制方式是半保留复制，如何证明沃森和克里克的假说的合理性。
为了证明DNA分子的复制方式，1958年科学家以大肠杆菌为实验材料，运用同位素示踪技术，设计了一个非常精巧的实验，证实了DNA的确是以半保留的方式进行复制的。（课本P52-P53）
思维训练：（对照图3-12作答）
①如果与对照(14N/14N)相比，子代I能分辩出两条带_____________和______________，则可以排除______________。②如果子代I只有一条__________，则可以排除_________，
但不能肯定是_________________；③如果子代I只有一条中等密度带，再继续做子代II_DNA密度鉴定，若子代II可以分出___________和__________，则可以排除______，同时肯定__________；④如果子代II不能分出_________密度两条带，则排除_________________________________。
答案：①一条轻带(14N/14N)；一条重带(15N/15N )；半保留和分散复制 ②中等密度带； 全保留复制；半保留复制③1/2中等密度带和1/2轻密度带 ；分散复制； 半保留复制 ④中、轻 ；半保留复制
思考：这个实验是如何区分亲代和子代的DNA分子的，实验的结果说明了什么？
提示：本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代和子代的DNA了。实验结果与预期的一样，在试管中出现了DNA的这三条带，证明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
四 DNA“准确”复制的原理
1. DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；
2．碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。
五 DNA复制的过程
学生阅书第54页，看图3-13，银幕上也出现动态的DNA分子复制过程图解，待学生看懂图后，回答如下问题：
① 什么叫解旋？解旋的目的是什么？
提示：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。
② 什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？
提示：子链是相对于母链而言的，是指在DNA复制过程中以母链为模板合成的新的脱氧核苷酸长链。如复制n次后，则形成2n条子链。
③简述“子链”形成的过程。
提示：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段子链。
师生共同活动，学生讨论和教师点拨相结合。复制的过程大致可归纳为如下三点：
①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，两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。解开的两条单链叫母链（模板链）。
②合成互补子链：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段子链。
③子、母链结合盘绕形成新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盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，这样，1DNA分子→2个完全相同的DNA分子。
六 DNA复制的特点
①DNA分子是边解旋边复制的，是一种半保留式复制，即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条（子链）则是新合成的。
②DNA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。
思考：DNA复制后两个子代DNA分子和亲代DNA分子是否完全相同？为什么？
七 DNA复制的必需条件
DNA复制时必需条件是亲代DNA的两条母链提供准确模板、四种脱氧核苷酸为原料、能量（ATP）和一系列的酶，缺少其中任何一种，DNA复制都无法进行。
八 DNA复制的生物学意义
DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。
九 小结：
1.复制的时间：体细胞为有丝分裂间期，生殖细胞为减数第一次分裂间期。
2.复制的场所：主要是细胞核，但在拟核、叶绿体、线绿体、细胞质基质中也进行DNA的复制。
3.复制的条件：以两条DNA分子单链为模板，以细胞中游离的脱氧核苷酸为原料，需要DNA解旋酶、DNA聚合酶等酶的催化，需ATP提供能量。
4.复制的过程
(1)解旋：利用细胞提供的能量，在解旋酶作用下，两条螺旋的双链解开。
(2)合成子链：以DNA分子的两条母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则合成互补的子链。
(3)形成子DNA：每条新链(子链)与其对应的模板链(母链)盘绕成双螺旋结构。
5.复制的结果：形成两个完全相同的DNA分子。
6.复制的特点：边解旋边复制并且是半保留式复制。
7.复制的意义：使遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
表解如下：
以亲代DNA 1.时期：分裂间期 4.过程：
分子为模板合成 2.场所：细胞核 解旋→碱基配对→子代DNA形成
子代DNA分子的 3.条件：
模板：DNA双链 5.特点
过程。 酶： 解旋酶等 半保留复制
原料：四种脱氧核苷酸 边解旋边复制
能量：ATP
知识拓展：
DNA复制的精确性并不意味着DNA的复制过程没有一点差错。在复制过程中，有时会出现一些错配碱基，但DNA聚合酶本身就具备一定的纠错功能，它能及时地把错配的碱基切除掉，然后，再补上正确的碱基。然而，即使如此，复制过程中，仍然会有极个别的错误保留下来，导致遗传的变异。
【相关链接】
1、碱基互补配对为什么是A与T，G与C？
DNA分子是规则的双螺旋结构，它的直径和每一螺旋的长度都是一定的。嘌呤是双环化合物，嘧啶是单环化合物，两个嘌呤配对比两个嘧啶配对要宽的多，只能一个嘌呤与一个嘧啶配对，A与T之间配对是通过两个氢键相连，G与C之间配对是通过三个氢键相连，A与C或G与T之间，在氢键位置上是彼此无法配对的，所以碱基配对只能是A与T，G与C。
2、真核生物DNA分子的复制
真核生物的DNA分子是线状，它的复制我们不要认为是从一端开始依次复制下去。线状DNA分子的复制，具有多个复制起点，而且从每个复制起点开始都是双向复制。如下图：

（a）DNA分子上具有多个复制起点 （b）复制开始 （c）形成岗畸片段（d）复制进行（e）复制完成
3、聚合酶链式反应：随着分子生物学技术的发展，利用.DNA复制的原理，使DNA在体外完成复制成为现实，这就是著名的聚合酶链式反应(polymerase cImin reaction，PCR)。PCR技术是一种在体外快速扩增特定DNA序列的方法，它的主要原理是：模板双链DNA分子在94℃左右的条件下，分离成单链的DNA分子，在55℃左右条件下，引物(含几十个碱基的DNA单链分子)与单链的模板DNA分子结合，然后耐高热的DNA聚合酶以单链DNA为模板，利用反应混合物中的四种脱氧核糖核苷酸，在72℃条件下合成与模板DNA互补的DNA片段。这一反应不断重复进行，经过几十个循环之后，特定的：DNA片段便得到数十万乃至千万倍的增加。PCR技术不仅可以用来扩增目的DNA片断，进行基因工程操作，而且在临床医疗诊断、癌症治疗的监控、基因突变的检测，法医鉴定等诸多领域都有着重要的用途。
十 课堂练习：
1、DNA分子复制的时间是在________和________________。
2、复制过程：○1解旋：利用细胞提供的________，在的__________作用下，把两条螺旋的双链解开；○2复制：以解开的每一段母链为_______，以周围环境中游离的______________为原料，按照___________原则，在__________作用下，各自合成与母链互补的一段_____。○3重新螺旋：每条子链与其对应的______盘绕成________结构，而形成一个新的DNA分子。
3、复制的特点：○1_________________;○2___________ _____。
4、复制的基本条件__________、______、_________、___________。
5、准确复制的原因：______________、________________________。
6、制的结果____________________。
7、复制的意义：DNA分子通过复制，使____________从亲代传给子代，从而保持了____________________。
例题精析：
例1、实验室内模拟生物体DNA的复制必需的一组条件是 ( )
①酶 ②游离的脱氧核苷酸 ③ATP ④DNA分子 ⑤mRNA ⑥tRNA ⑦适宜的温度 ⑧适宜的酸碱度
A、①②③④⑤⑥ B、②③④⑤⑥⑦
C、②③④⑤⑦⑧ D、①②③④⑦⑧
解析:DNA的复制过程是重要的生理过程,离不开酶和能量，还需要DNA模板、游离的脱氧核苷酸等基本条件。而酶的作用受温度、酸碱度的影响。
答案:D
例2、一个双链DNA分子为第一代，经过3次自我复制，在第四代DNA分子中，有几条第一代脱氧核苷酸的长链 （ ）
A、2 B、4 C、8 D、16
解析: DNA分子是半保留复制的，所以不论复制多少代，其中只有两条是第一代脱氧核苷酸的长链。
答案:A
例3、某生物组织中提取的DNA成分中，鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基含量的46℅，已知其中一条链的碱基中28℅是腺嘌呤，22℅是胞嘧啶。求：
⑴全部碱基中腺嘌呤占 ℅；
⑵与已知链相对应的链中，腺嘌呤占该链全部碱基的 ℅。
解析:⑴因为G+C占全部碱基的46℅，所以A+T＝1－46℅＝54℅；又因为A=T，所以A=T=27℅。
⑵因为已知链上的A占该链碱基的28℅，所以已知链上的A占全部碱基的28℅÷2＝14℅。由⑴题知整个DNA上的A占全部碱基的27℅，所以与已知链相对应的链上的A占全部碱基的27℅－14℅＝13℅，因此对应链上的A占该链碱基的比为13℅×2＝26℅。
答案:⑴27 ⑵26
【自我诊断】
●基础题
1、DNA的复制不可能发生在 （ ）
A、细胞核中 B、叶绿体中 C、线粒体中 D、核糖体中
答案: D
2、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
答案: B
3、保证准确无误的进行DNA复制的关键步骤是 （ ）
A、解旋酶促使DNA的两条链分离
B、游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对
C、配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链
D、模板母链与互补子链盘绕成双链结构
答案: B
4、具有100个碱基对的一个DNA分子区段，内含40个胸腺嘧啶，如果连续复制2次，需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 （ ）
A、 60个 B、80个 C、120个 D、180个
答案: D
5、在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的42％，若其中一条链中胞嘧啶占该链碱基总数的24％，胸腺嘧啶占30％，那么在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占 （ ）
A、12％ 34％ B、21％ 52％ C、34％ 12 ％ D、58％ 30％
答案： C
6、已知某DNA分子长度达30mm，DNA复制速度约为4um／min，但复制整个过程的完成时间仅需30min多，这主要是因为 ( )
A．边解旋边复制 B．以半保留方式复制
C．有许多复制起点即分段复制 D．DNA双链同时复制
答案：C
7. 用15N标记的DNA分子，放入14N培养基中进行复制，当测得含有15N的DNA分子占12.5%时，该DNA分子已复制的次数是 ( )
A．1 B．2 C．3 D．4
答案：D
●拓展题
8．某DNA分子中含有1000个碱基对（P元素只是32P）若将该DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中，让其复制两次，则子代DNA分子的相对分子质量平均比原DNA分子（ ）
A．减少1500 B．增加1500 C．减少1000 D．增加1000
答案：A
9、在试管中合成DNA的过程是：先把高能磷酸基团接种在四种脱氧核苷酸上，然后将这四种三磷酸脱氧核苷酸放入一只试管内。还要加入从某中生物体内提取的DNA聚合酶等酶系，最后放入带15N标记的人体DNA分子，根据下面实验结果回答：
（1）生化分析得知：新合成的DNA分子中，A=T，G=C这个事实说明DNA的合成遵循_____________________________________________________________。
（2）生化分析发现，新合成的DNA分子中，带15N标记的DNA约占总量的50％，这个事实说明__________________________________________________________________。
答案：（1）碱基互补配对原则 （2）DNA分子的复制方式是半保留复制
10、含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可能参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。现在将某哺乳动物的细胞放在含有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，经过第一、二次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从G0、、G1、G2代细胞中提取DNA，经密度梯度离心后得到结果如下图。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3种DNA分子的位置。请回答：
（1）G0、、G1、G23代DNA离心后的试管分别是图中
G0_____、、G1_______、G2_______。
（2）G2代在○1、○2、○33条带中DNA数的比例为
___________________。
（3）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_________。
（4）上述实验结果证明DNA分子的复制是________。
DNA的自我复制使生物的__________保持相对稳定。
答案：（1）A B D（2）0:1:1（3）31P 31P和32P（4）半保留复制 遗传特性