(粵渝冀遼蘇皖閩鄂湘津京魯瓊專用)2018-2019學年高中生物 第3章 基因的本質 第3節(jié) DNA的復制學案 新人教版必修2

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1、 第3節(jié) DNA的復制 一、DNA分子復制方式的推測和實驗證據 1.對DNA分子復制的推測 (1)提出者:沃森和克里克。 (2)假說 ①解旋:DNA分子復制時,DNA分子的雙螺旋將解開,互補的堿基之間的氫鍵斷裂。 ②復制:解開的兩條單鏈作為復制的模板,游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則,通過形成氫鍵,結合到作為模板的單鏈上。 (3)特點:新合成的每個DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈,這種復制方式被稱做半保留復制。 2.DNA分子復制的實驗證據(選學) (1)實驗方法:放射性同位素標記法和密度梯度離心技術。 (2)實驗原理 ①DNA的兩條鏈都用15

2、N標記,那么這樣的DNA分子密度最大,離心時應該在試管的底部。 ②兩條鏈中都含有14N,那么這樣的DNA分子密度最小,離心時應該在試管的上部。 ③兩條鏈中一條含有15N,一條含有14N,那么這樣的DNA分子離心時應該在試管的中部。 (3)實驗過程 (4)實驗結果 ①立即取出,提取DNA→離心→全部重帶。 ②繁殖一代后取出,提取DNA→離心→全部中帶。 ③繁殖兩代后取出,提取DNA→離心→輕帶、中帶。 (5)實驗結果和預期的一致,說明DNA的復制是以半保留的方式進行的。 例1 沃森和克里克在發(fā)表了DNA分子雙螺旋結構的論文后,又提出了DNA自我復制的假說。下列有關假說內容的

3、敘述不正確的是(  ) A.DNA復制時,雙螺旋將解開,互補的堿基之間的氫鍵斷裂 B.以解開的兩條單鏈為模板,以游離的脫氧核苷酸為原料,依據堿基互補配對原則,通過氫鍵結合到作為模板的單鏈上 C.形成的DNA分子包括一條模板單鏈和一條新鏈 D.形成的兩個DNA分子是由兩條母鏈、兩條子鏈分別結合而成 答案 D 解析 沃森和克里克提出的DNA自我復制的假說為半保留復制,即形成的DNA分子包括一條母鏈和一條子鏈。 例2 在氮源為14N和15N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌,其DNA分子分別為14N-DNA(相對分子質量為a)和15N-DNA(相對分子質量為b)。將親代大腸桿菌轉移到含14N的培

4、養(yǎng)基上,再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ),用某種離心方法分離得到的結果如下圖所示。下列對此實驗的敘述不正確的是(  ) A.Ⅰ代細菌DNA分子中一條鏈是14N,另一條鏈是15N B.Ⅱ代細菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的 C.預計Ⅲ代細菌DNA分子的平均相對分子質量為 D.上述實驗結果證明DNA分子的復制方式為半保留復制 答案 B 解析 15N-DNA在14N的培養(yǎng)基上進行第一次復制后,產生的兩個子代DNA分子均含有一條15N的DNA鏈和一條14N的DNA鏈。這樣的DNA用離心法分離后,應該全部處在試管的中部。Ⅰ代的兩個DNA分子再分別進行復制,它們所產生的兩個子代DNA分別為

5、全14N-DNA分子和14N、15N-DNA分子。此時,將該DNA作離心處理,產生的DNA沉淀應該分別位于試管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的。Ⅲ代細菌DNA分子共有8個,各條單鏈的相對分子質量之和為(7a+b),則Ⅲ代細菌DNA分子的平均相對分子質量為。 二、DNA分子復制的過程 1.DNA復制的概念:以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。 2.時間:細胞有絲分裂的間期和減數第一次分裂前的間期。 3.過程 4.結果:形成兩個完全相同的DNA分子。 5.特點 (1)邊解旋邊復制。 (2)半保留復制。 6.意義:將遺傳信息從親代傳給子代,保持了遺傳信息

6、的連續(xù)性。 例3 下圖表示DNA分子復制的過程,結合圖示,下列有關敘述不正確的是(  ) A.DNA復制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵,使兩條鏈解開 B.DNA分子的復制具有雙向復制的特點,生成的兩條子鏈的方向相反 C.從圖示可知,DNA分子具有多起點復制的特點,縮短了復制所需的時間 D.DNA分子的復制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段 答案 C 解析 DNA復制需要以DNA的兩條鏈為模板,因此DNA分子復制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵,使兩條鏈解開;由圖可知,DNA分子的復制具有雙向復制的特點,生成的兩條子鏈方向相反;圖示中復制

7、的起點只有1個,不能體現DNA分子具有多起點復制的特點;DNA聚合酶的作用是將單個游離的脫氧核苷酸連接成DNA片段。 例4 下列關于DNA復制的敘述,正確的是(  ) A.在細胞有絲分裂間期,發(fā)生DNA復制 B.DNA通過一次復制后產生四個子代DNA分子 C.真核生物DNA復制的場所只有細胞核 D.單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈 答案 A 解析 DNA復制發(fā)生在細胞有絲分裂的間期和減數第一次分裂前的間期,是以親代DNA的兩條鏈為模板,合成兩個子代DNA的過程;真核生物DNA復制的主要場所是細胞核,線粒體、葉綠體內也可進行;DNA復制過程需要解旋酶和DNA聚合酶,

8、不需要DNA(水解)酶。 1.判斷正誤 (1)所有的細胞都能進行DNA復制(  ) (2)DNA解旋后的每一條脫氧核苷酸鏈都可以作為DNA復制的模板(  ) (3)DNA雙螺旋全部解開后,再開始進行DNA復制(  ) (4)DNA解旋酶破壞的是氫鍵,不能將DNA分解成脫氧核苷酸(  ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ 2.下列關于DNA復制過程的順序,正確的是(  ) ①互補堿基對之間氫鍵斷裂?、诨パa堿基對之間氫鍵合成?、跠NA分子在解旋酶的作用下解旋 ④以解旋后的母鏈為模板進行堿基互補配對?、葑渔溑c母鏈盤繞成雙螺旋結構 A.①③④②⑤ B.③①

9、⑤④② C.①④②⑤③ D.③①④②⑤ 答案 D 解析 DNA復制的基本過程是:解旋→合成子鏈→雙鏈螺旋化,在解旋時互補堿基對之間的氫鍵斷裂,在合成子鏈時重新形成新的氫鍵。 3.DNA的復制保持了親子代間遺傳信息的連續(xù)性,DNA的復制不可能發(fā)生在(  ) A.細胞核 B.葉綠體 C.線粒體 D.核糖體 答案 D 4.下列有關探究DNA復制過程的說法,不正確的是(  ) A.本實驗利用了同位素示蹤法 B.細胞有絲分裂一次意味著DNA復制一次 C.密度梯度超速離心后,DNA在試管中的位置與相對分子質量無關 D.本實驗結果說明了DNA具有半保留復制的特點 答案

10、 C 解析 探究DNA復制的實驗是利用15N標記親代細胞的DNA,在含14N的培養(yǎng)液中連續(xù)分裂兩次(在分裂的間期DNA都復制一次),分別取分裂一次和分裂兩次的細胞DNA,進行密度梯度超速離心,DNA在試管中的位置取決于DNA分子所含同位素的情況,即相對分子質量的大??;實驗結果說明了DNA具有半保留復制的特點。 5.如圖為DNA復制的圖解,請據圖回答下列問題: (1)DNA復制發(fā)生在___________________________期。 (2)②過程稱為____________。 (3)③中的子鏈是____________。 (4)③過程必須遵循____________原則。

11、 (5)子代DNA分子中只有一條鏈來自親代DNA分子,由此說明DNA復制具有____________的特點。 答案 (1)有絲分裂間期和減數第一次分裂前的間 (2)解旋 (3)Ⅱ、Ⅲ (4)堿基互補配對 (5)半保留復制 [對點訓練] 題組一 DNA分子復制的實驗證據 1.某親本DNA分子雙鏈均以白色表示,以灰色表示第一次復制出的DNA子鏈,以黑色表示第二次復制出的DNA子鏈,該親本雙鏈DNA分子連續(xù)復制兩次后的產物是(  ) 答案 D 解析 因為DNA復制為半保留復制,因此親本DNA的兩條鏈將進入不同的子代DNA分子中,故A、B項錯誤;因為第二次復制時得到的4個DNA

12、分子中,都有一條DNA子鏈是在第二次復制時形成的,而C項中只有兩個DNA分子中含第二次復制出的子鏈(黑色表示),故C項錯誤,D項正確。 2.將在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)若干代的某真核細胞轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng),讓細胞連續(xù)進行有絲分裂,并進行密度梯度離心,則下列說法中不正確的是(  ) A.細胞經過一次分裂和離心后,DNA位于試管的中層 B.細胞經過兩次分裂和離心后,一半DNA位于試管的中層,另一半DNA位于上層 C.細胞經過三次分裂和離心后,的DNA位于試管的中層,的DNA位于試管的上層 D.該實驗可以證明DNA的復制是半保留復制 答案 C 解析 細胞經過一次

13、分裂和離心后,所形成的每個子代DNA分子中的兩條鏈中一條鏈含15N,另一條鏈含14N,位于試管的中層,A項正確;細胞經過兩次分裂和離心后,一半DNA位于試管的中層,另一半DNA位于上層,B項正確;細胞經過三次分裂和離心后,有的DNA位于試管的上層,的DNA位于試管的中層,C項錯誤;該實驗可以證明DNA的復制是半保留復制,D項正確。 3.在生命科學研究中,“同位素示蹤技術”是經常使用的研究手段。將大腸桿菌的DNA分子用3H標記后,放在普通培養(yǎng)基中繁殖兩代,并跟蹤檢測子代細菌的放射性(如圖所示),該實驗有力地證明了(  ) A.DNA分子復制需要3H B.DNA分子通過復制進行繁殖 C

14、.DNA分子進行半保留復制 D.DNA分子復制需要在細菌體內進行 答案 C 4.某DNA含有3 000個堿基,腺嘌呤占35%。若該DNA分子以15N同位素標記的游離脫氧核苷酸為原料復制3次,再將全部復制產物置于試管內離心,進行密度分層,得到結果如圖①所示;然后加入解旋酶再離心,得到結果如圖②所示。則下列有關分析中正確的是(  ) A.X層中的DNA只有14N標記,Y層中的DNA只有15N標記 B.W層中含15N標記的胞嘧啶3 150個 C.W層與Z層的核苷酸數之比為1∶4 D.X層中含有的氫鍵數是Y層的3倍 答案 B 解析 由于DNA復制為半保留復制,故X層為中帶,應是含

15、有15N和14N的DNA,A錯誤;由于DNA復制3次,產生了8個DNA,共有16條鏈,則Z含有2條14N鏈,W含有14條15N鏈。由題意可知,每個DNA含胞嘧啶3 000×15%=450(個),故W層中含15N鏈的胞嘧啶為450×14÷2=3 150(個),B正確;W層與Z層核苷酸數之比為14∶2=7∶1,C錯誤;X層為2個DNA,Y層為6個DNA,故X層氫鍵數為Y層的,D錯誤。 題組二 DNA分子復制的過程 5.下列有關真核細胞DNA分子復制的敘述,正確的是(  ) A.復制形成的兩個子代DNA分子共4個游離的磷酸基團 B.DNA復制時只以一條脫氧核苷酸鏈作為模板 C.DNA聚合

16、酶催化堿基對之間的連接 D.復制過程中先全部解旋,再進行半保留復制 答案 A 解析 每個DNA分子含有2個游離的磷酸基團,因此復制形成的兩個子代DNA分子共有4個游離的磷酸基團,A正確;DNA復制時兩條脫氧核苷酸鏈都作為模板,B錯誤;DNA聚合酶催化游離的脫氧核苷酸間形成磷酸二酯鍵從而連接成DNA片段,C錯誤;DNA復制過程中邊解旋,邊進行半保留復制,D錯誤。 6.(2018·太原高一檢測)DNA分子復制時解旋酶作用于下列哪一結構(  ) 答案 D 解析 解旋酶的作用是破壞堿基對之間的氫鍵,使DNA雙螺旋解開,只有D項屬于DNA上的堿基對。 7.DNA一般能準確復制,其原因是

17、(  ) ①DNA規(guī)則的雙螺旋結構為復制提供模板 ②DNA復制發(fā)生于細胞周期的間期?、蹓A基互補配對是嚴格的?、墚a生的兩個子代DNA均和親代DNA相同 A.②④ B.②③ C.①④ D.①③ 答案 D 解析 DNA規(guī)則的雙螺旋結構在解旋后為DNA復制提供兩條模板,嚴格的堿基互補配對原則保證了DNA復制的準確性,保證了子代DNA是以親代DNA提供的兩條鏈為模板合成的。 8.DNA分子經過誘變,某位點上的一個正常堿基(設為X)變成了尿嘧啶,該DNA連續(xù)復制兩次,得到的4個子代DNA分子相應位點上的堿基對分別為U—A、A—T、G—C、C—G,推測“X”可能是(  ) A.胸腺嘧啶

18、 B.胞嘧啶 C.腺嘌呤 D.胸腺嘧啶或腺嘌呤 答案 B 解析 據半保留復制的特點,DNA分子經過兩次復制后,突變鏈形成的兩個DNA分子中含有U—A、A—T堿基對,而另一條正常,正常鏈形成的兩個DNA分子中含有G—C、C—G堿基對,因此被替換的可能是G,也可能是C。 9.在生物實驗室內模擬生物體DNA復制所必需的條件是(  ) ①酶類?、谟坞x4種脫氧核苷酸 ③ATP?、蹹NA分子 ⑤適宜的溫度?、捱m宜的pH A.①②③④ B.②③④⑤ C.①②③⑤⑥ D.①②③④⑤⑥ 答案 D 解析 DNA復制所必需的4個條件是模板、原料、酶和能量,在體外模擬DNA復制時,還需考

19、慮到酶的活性受到溫度及pH的影響,故正確選項為D。 10.如圖為DNA分子復制過程,其中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈。下列敘述中正確的是(  ) A.體外復制需要ATP和核糖體 B.a和d的堿基序列肯定相同 C.b中的比值與c相同 D.b中的比值與c相同 答案 C 解析 DNA復制需要模板、原料、酶和能量等必要條件,而核糖體是細胞內合成蛋白質的場所,A錯誤;由圖可知,a、d是模板DNA的兩條鏈,故a與d的堿基互補配對,B錯誤;b與c堿基互補配對,的比值相同,C正確;b中的比值是c中該比值的倒數,D錯誤。 11.如圖為真核細胞DNA分子復制過程模式圖。據圖分析,下列相關敘述

20、中錯誤的是(  ) A.由圖示可知,DNA分子復制的方式是半保留復制 B.由圖中可以看出合成兩條子鏈時,DNA聚合酶移動的方向是相反的 C.子鏈合成的方向是一定的 D.解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化,且需要消耗ATP 答案 D 解析 由圖示可以看出,新合成的每個DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈,因此,DNA分子復制的方式為半保留復制;由圖中的箭頭可知,兩條鏈上DNA聚合酶移動的方向是相反的;子鏈合成的方向是一定的,即只能從5′端向3′端延伸;圖示解旋的過程中只需要解旋酶的催化,而不需要DNA聚合酶的催化。 12.女性子宮瘤最長的DNA分子可達36 mm,DNA

21、復制速度約為4 μm/min,但復制過程僅需40 min左右即可完成,這可能是因為(  ) A.邊解旋邊復制 B.只有一個復制起點,但解旋之后可以向著兩個方向復制 C.以半保留方式復制 D.復制起點多,同時分段復制 答案 D 解析 真核細胞中的DNA分子復制起點多,并且同時分段復制,所以DNA的復制比較迅速。 [綜合強化] 13.如圖為高等植物細胞中DNA復制過程模式圖。請根據圖示過程,回答下列問題: (1)由圖示可知,1個DNA分子復制出乙、丙2個DNA分子的方式是________________。 (2)細胞中DNA復制的場所為__________________

22、__;在復制完成后,乙、丙分開的時期為________________________________________________________________________。 (3)把乙(只含14N)放在含15N的培養(yǎng)液中培養(yǎng),復制2次后子代DNA單鏈中含15N的DNA單鏈所占的比例是________________。 答案 (1)半保留復制 (2)細胞核、線粒體和葉綠體 有絲分裂后期和減數第二次分裂后期 (3) 14.(2018·曲阜師大高一期中)下圖為真核細胞中發(fā)生的一項生理過程示意圖,請據圖回答下列問題: (1)圖中表示的生理過程是__________,此過程發(fā)生的

23、主要場所是____________。 (2)該過程首先需要在__________酶作用下把兩條鏈解開;需要____________直接供能。 (3)已知一個親代DNA分子有P個堿基,其中腺嘌呤Q個,連續(xù)進行此項生理過程n次,共消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸________個。 (4)該過程得到的子代DNA與親代相同,原因是______________________________。 答案 (1)DNA復制 細胞核 (2)解旋 ATP (3)(2n-1)(-Q) (4)DNA分子獨特的雙螺旋結構為復制提供了準確的模板,在復制過程中遵循堿基互補配對原則 15.DNA的復制方式可以通過設想

24、來進行預測,可能的情況是全保留復制、半保留復制、彌散復制三種。究竟是哪種復制方式呢?下面設計實驗來證明DNA的復制方式。 實驗步驟: a.在氮源為14N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為14N-DNA(對照)。 b.在氮源為15N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為15N-DNA(親代)。 c.將親代15N大腸桿菌轉移到氮源為14N的培養(yǎng)基中,再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ),用密度梯度離心法分離,不同相對分子質量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。 實驗預測: (1)如果與對照(14N/14N)相比,子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶:一條________帶和一條_____

25、___帶,則可以排除____________________________________。 (2)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶,則可以排除________,但不能肯定是__________________________。 (3)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶,再繼續(xù)做子代ⅡDNA密度鑒定:若子代Ⅱ可以分出__________和__________,則可以排除彌散復制,同時肯定半保留復制;如果子代Ⅱ不能分出________密度兩條帶,則排除______________,同時確定為______________。 (4)有人提出:第一代(Ⅰ)的DNA用解旋酶處理后再離心就能直接判斷DNA的復制

26、方式,如果輕帶和重帶各占,則一定為半保留復制。你認為這位同學的說法是否正確?________,原因是________________________________________________________________________。 答案 (1)輕密度(14N/14N) 重密度(15N/15N) 半保留復制和彌散復制 (2)全保留復制 半保留復制還是彌散復制 (3)一條中密度帶 一條輕密度帶 中、輕 半保留復制 彌散復制 (4)不正確 無論半保留復制還是全保留復制,如果研究DNA單鏈的情況,結果是一致的,無法區(qū)分 解析 從題目中的圖示可知,深色為親代DNA的脫氧核苷酸鏈(母鏈),淺色為新形成的子代DNA的脫氧核苷酸(子鏈)。因此全保留復制后得到的子代DNA分子,一個是原來的兩條母鏈重新形成的親代DNA分子,一個是兩條子鏈形成的子代DNA分子;半保留復制后得到的每個子代DNA分子的一條鏈為母鏈,一條鏈為子鏈;彌散復制后得到的每個子代DNA分子的單鏈都是由母鏈片段和子代片段間隔連接而成的。 13

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