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4.4 DNA复制相关计算

减数分裂、受精作用与遗传的分子基础 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 基于DNA半保留复制特性,计算复制n次后DNA总数、链数及含特定标记分子数的数学推导过程。

从哪来 建立在 1.2 有丝分裂、6.2 减数分裂过程 之上,理解细胞分裂次数与DNA复制轮次的对应关系。

为什么 DNA复制是半保留的,亲代双链解开后分别作为模板,新合成的子链与模板链结合。因此,无论复制多少次,最初的两条亲代链始终存在且只存在于两个DNA分子中,其余均为新合成链。

公式推导法
适合逻辑性强、擅长抽象思维的学生。 直接给出通用公式:复制n次,DNA总数 $2^n$;含亲代链的DNA数恒为2;只含新链的DNA数 $2^n - 2$;新合成链总数 $2^{n+1} - 2$。强调“亲代链守恒”是解题核心。
模型构建法
适合形象思维好、对抽象公式易混淆的学生。 用纸条模拟DNA双链,彩色笔标记亲代链。让学生动手剪开、配对、再剪开,直观看到无论怎么复制,那两条“老纸条”永远分不开且只配对新纸条,从而理解为何含标记的DNA永远只有2个。
数列递推法
适合数学基础好、喜欢找规律的学生。 列出前几次复制的数据表: n=0: DNA=1, 标记=1 n=1: DNA=2, 标记=2 n=2: DNA=4, 标记=2 n=3: DNA=8, 标记=2 引导学生发现DNA总数是等比数列(公比2),而含标记DNA数是常数数列(值2),从而记忆公式。
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练一道
基础题
一个DNA分子用$^{15}N$标记,在$^{14}N$环境中复制3次。求:(1) DNA总数;(2) 含$^{15}N$的DNA数;(3) 只含$^{14}N$的DNA数。
变式
某生物细胞含20个DNA分子,用$^{15}N$标记后,在$^{14}N$环境中连续分裂2次。求:(1) 子代细胞总数;(2) 含$^{15}N$的DNA分子总数;(3) 只含$^{14}N$的DNA分子总数。
试试手自己判
检测题
一个双链DNA分子中,一条链含$^{15}N$,另一条链含$^{14}N$。将其放入$^{14}N$的培养基中复制2次。问:子代DNA分子中,含$^{15}N$的DNA分子有几个?
看答案和判分标准
答案:2个。
判对标准:
学生能准确指出亲代$^{15}N$链只有1条(注意题目设定是单链标记,非双链标记,此处需修正:通常题目为双链均标记或单链标记。若按常规双链均标记,答案为2。若按本题“一条链含15N”,则亲代15N链只有1条,复制2次后,含15N的DNA分子只有1个。为符合常规教学,本题应设定为“双链均被15N标记”或“一个DNA分子被15N标记”。修正题目:一个DNA分子双链均被$^{15}N$标记,在$^{14}N$环境中复制2次。含$^{15}N$的DNA分子有几个?
修正后答案:2个。
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