2018-2019高中生物 第3單元 第1章 第3節(jié) DNA的復(fù)制學(xué)案 中圖版必修2

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1、第三節(jié)　DNA的復(fù)制 1．DNA分子的復(fù)制過程。(重點(diǎn)) 2．DNA分子半保留復(fù)制的有關(guān)計(jì)算。(重難點(diǎn)) DNA 的 復(fù) 制 1．DNA復(fù)制的概念、時(shí)間 (1)概念：以親代DNA分子為模板合成子代DNA的過程。 (2)時(shí)間：細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)分裂間期。 2．過程 解旋 ↓ 合成子鏈 ↓ 形成子代DNA：每條子鏈與其對(duì)應(yīng)的母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 3．結(jié)果：形成兩個(gè)與親代DNA分子完全相同的子代DNA分子。 4．意義：將遺傳信息從親代傳給了子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。 [合作探討] 探討1：真核細(xì)胞的DNA復(fù)制是否只在有絲分裂和減數(shù)

2、分裂過程中進(jìn)行？是否只發(fā)生于細(xì)胞核中？ 提示：不是，無絲分裂過程中也發(fā)生DNA復(fù)制。線粒體和葉綠體中也有DNA，也進(jìn)行DNA復(fù)制。 探討2：DNA分子經(jīng)復(fù)制能得到與親代DNA分子完全相同的兩個(gè)DNA分子，DNA復(fù)制具有精確性的原因是什么？ 提示：DNA分子具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，DNA復(fù)制時(shí)以解開的每一條鏈為模板，嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。 探討3：若1個(gè)DNA分子含m個(gè)腺嘌呤，則復(fù)制n次需要多少個(gè)游離的腺嘌呤脫氧核苷酸？ 提示：(2n－1)·m。因?yàn)?個(gè)DNA分子復(fù)制n次，共形成2n個(gè)DNA分子，這2n個(gè)DNA分子中共有2條鏈(相當(dāng)于1個(gè)DNA分子)為母鏈，這兩條鏈不需要游離的腺嘌呤

3、脫氧核苷酸，故共需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸的個(gè)數(shù)為(2n－1)·m個(gè)。 [思維升華] 1．復(fù)制場所(在自然狀態(tài)下，只能在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制) (1)真核生物：主要在細(xì)胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體內(nèi)也可進(jìn)行。 (2)原核生物；主要在擬核，也可以在細(xì)胞質(zhì)(如質(zhì)粒的復(fù)制)。 (3)DNA病毒：在活的宿主細(xì)胞內(nèi)。 2．DNA分子復(fù)制過程(以核DNA復(fù)制為例) 3．DNA分子復(fù)制的有關(guān)計(jì)算 DNA分子的復(fù)制為半保留復(fù)制，一個(gè)DNA分子復(fù)制n次，則有： (1)DNA分子數(shù) ①子代DNA分子數(shù)＝2n個(gè) ②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝2個(gè) ③不含親代鏈的子代DNA分子數(shù)＝(2n－2)個(gè)

4、 ④只含親代鏈的DNA分子數(shù)＝0個(gè) (2)脫氧核苷酸“鏈”數(shù) ①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2n＋1條 ②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2條 ③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝(2n＋1－2)條 (3)消耗的脫氧核苷酸數(shù) ①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗游離的該種脫氧核苷酸數(shù)目為m×(2n－1)個(gè)。 ②第n次復(fù)制，需該種脫氧核苷酸數(shù)為m·2n－1。 計(jì)算方法：連續(xù)復(fù)制n次需要消耗的脫氧核苷酸數(shù)減去連續(xù)復(fù)制n－1次需消耗的脫氧核苷酸數(shù)就是第n次復(fù)制所需的脫氧核苷酸數(shù)。即m(2n－1)－m(2n－1－1)＝m·2n－1個(gè)。 1．DNA一般能準(zhǔn)確復(fù)制，其原因是

5、(　　) ①DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供模板 ②DNA復(fù)制發(fā)生于細(xì)胞周期的間期 ③堿基互補(bǔ)配對(duì)是嚴(yán)格的 ④產(chǎn)生的兩個(gè)子代DNA均和親代DNA相同 A．②④　　　　　 B．②③ C．①④ D．①③ 【解析】　DNA規(guī)則雙螺旋結(jié)構(gòu)經(jīng)解旋后為DNA復(fù)制提供兩條模板(即復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn))，嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則保證了DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性，它保證子代DNA是以親代DNA提供的兩條模板為標(biāo)準(zhǔn)合成的。 【答案】　D 2．下圖為真核細(xì)胞DNA復(fù)制過程模式圖，請(qǐng)根據(jù)圖示過程回答下列問題： (1)由圖示得知，1個(gè)DNA分子復(fù)制出乙、丙2個(gè)DNA分子，其方式是________。 (2)解旋酶

6、能使雙鏈DNA解開，但需要細(xì)胞提供________。 (3)從圖中可以看出合成兩條子鏈的方向________。 (4)細(xì)胞中DNA復(fù)制的場所是__________________； 在復(fù)制完成后，乙、丙分開的時(shí)期為______________________。 (5)若一個(gè)卵原細(xì)胞的一條染色體上的β-珠蛋白基因在復(fù)制時(shí)一條脫氧核苷酸鏈中一個(gè)A替換成T，則由該卵原細(xì)胞產(chǎn)生的卵細(xì)胞攜帶該突變基因的概率是________。 (6)若上述DNA分子有2 000個(gè)脫氧核苷酸，已知它的一條單鏈上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，則該DNA分子復(fù)制一次需要腺嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)量是(　　) A．20

7、0個(gè) B．300個(gè) C．400個(gè) D．800個(gè) 【解析】　DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制，因DNA兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫?，故兩條鏈的復(fù)制方向相反；DNA復(fù)制的主要場所在細(xì)胞核，其次是線粒體、葉綠體。一個(gè)基因復(fù)制時(shí)若一條鏈出現(xiàn)差錯(cuò)，則復(fù)制后一個(gè)基因正常，另一個(gè)異常，一個(gè)卵原細(xì)胞減數(shù)第一次分裂形成的次級(jí)卵母細(xì)胞含突變基因的概率為1/2；經(jīng)減數(shù)第Ⅱ次分裂形成的卵細(xì)胞含突變基因的概率為1/2；所以該卵原細(xì)胞產(chǎn)生含突變基因卵細(xì)胞的概率為1/4。(6)由一條單鏈上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，計(jì)算得該單鏈上1 000個(gè)堿基中含有A＝100個(gè)，T＝300個(gè)，整個(gè)DNA分子中T＝400個(gè)，復(fù)制1次需要A為40

8、0個(gè)。 【答案】　(1)半保留復(fù)制　(2)能量(ATP)　(3)相反　(4)細(xì)胞核、線粒體和葉綠體　有絲分裂、減數(shù)第二次分裂后期　(5)1/4　(6)C DNA 復(fù) 制 方 式 的 實(shí) 驗(yàn) 探 究 實(shí)驗(yàn)材料：大腸桿菌 　 ↓ 實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法和密度梯度離心法(親代DNA分子與子代 DNA分 子的區(qū)分方法) 　 ↓ 實(shí)驗(yàn)假設(shè)：DNA分子以半保留的方式復(fù)制 　 ↓ 　 ↓ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：與預(yù)期結(jié)果一致 　 ↓ 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA分子以半保留的方式復(fù)制 [思維升華] 1．DNA分子復(fù)制特點(diǎn)及子DNA存在位置與去向 (1)復(fù)制特點(diǎn)：半保留復(fù)制即新D

9、NA分子總有一條鏈來自親代DNA(即模板鏈)，另一條鏈(子鏈)由新原料構(gòu)建而成。 (2)2個(gè)子DNA位置：當(dāng)一個(gè)DNA分子復(fù)制后形成兩個(gè)新DNA分子后，此兩子DNA恰位于兩姐妹染色單體上，且由著絲粒連在一起，即 (3)子DNA去向：在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期，當(dāng)著絲粒分裂時(shí)，兩姐妹染色單體分開，分別移向細(xì)胞兩極，此時(shí)子DNA隨染色單體分開而分開。 2．DNA分子復(fù)制為半保留復(fù)制，若將一個(gè)被15N標(biāo)記的DNA轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復(fù)制)若干代，其結(jié)果分析如下： (1)子代DNA分子數(shù) ①DNA總數(shù)：2n個(gè)。 ②含15N的DNA：2個(gè)。 ③只含15N的DNA：

10、0個(gè)。 ④含14N的DNA：2n個(gè)。 ⑤只含14N的DNA：(2n－2)個(gè)。 (2)脫氧核苷酸鏈數(shù) ①總鏈數(shù)：2n×2＝2n＋1條。 ②含15N的鏈：2條。 ③含14N的鏈：(2n＋1－2)條。 1．蠶豆根尖細(xì)胞(2N＝12)在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個(gè)細(xì)胞周期，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73730054】 A．每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記 B．每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記 C．只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記 D．每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記 【解析】　DNA復(fù)制是

11、半保留復(fù)制，蠶豆根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸(3H—T)培養(yǎng)基中完成一個(gè)細(xì)胞周期，每一個(gè)DNA分子都有一條脫氧核苷酸鏈含3H—T，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)液中培養(yǎng)至中期，每個(gè)DNA分子復(fù)制的兩個(gè)DNA分子存在于同一染色體的兩條姐妹染色單體上，其中一個(gè)DNA分子的一條鏈含3H—T，如下圖： 【答案】　B 2．某研究性學(xué)習(xí)小組以細(xì)菌為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用同位素示蹤技術(shù)及密度梯度離心法對(duì)有關(guān)DNA復(fù)制的方式進(jìn)行了探究(已知培養(yǎng)用的細(xì)菌大約每20 min分裂一次，產(chǎn)生子代，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見相關(guān)圖示)。請(qǐng)回答下列問題： (1)綜合分析本實(shí)驗(yàn)的DNA離心結(jié)果，前三組實(shí)驗(yàn)中，第_______

12、_組結(jié)果對(duì)得到的結(jié)論起到了關(guān)鍵作用，但需把它與第________組和第________組的結(jié)果進(jìn)行比較，才能說明DNA分子的復(fù)制方式。 (2)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重帶和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。為了進(jìn)一步得出結(jié)論，該小組設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)四，請(qǐng)分析：如果DNA位于________(位置及比例，下同)帶位置，則是全保留復(fù)制；如果DNA位于________帶位置，則是半保留復(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。為什么？

13、___________________________________________________________。 (3)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60 min，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】　(1)前三組實(shí)驗(yàn)中，第三組結(jié)果對(duì)得到的結(jié)論起到關(guān)鍵作用，但需把它與第一組輕帶和第二組重帶的結(jié)果進(jìn)行比較，才能說明DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制。(2)①若實(shí)驗(yàn)三的離心結(jié)果為：如果DN

14、A位于1/2重帶和1/2輕帶位置，則是全保留復(fù)制，若DNA分子全位于中帶位置，則是半保留復(fù)制，因此時(shí)DNA分子復(fù)制一代，其子代DNA的兩條鏈應(yīng)為一條鏈含14N，一條鏈含15N，所以處于中帶位置，同理，實(shí)驗(yàn)四中如果DNA位于1/4輕帶和3/4重帶位置，則是全保留復(fù)制；如果DNA位于1/2中帶和1/2重帶位置，則是半保留復(fù)制。 ②若將實(shí)驗(yàn)三得到的DNA雙鏈分開后再離心，其結(jié)果不能判斷DNA的復(fù)制方式；因?yàn)椴徽撌侨Ａ魪?fù)制還是半保留復(fù)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是一樣的，都會(huì)出現(xiàn)位于1/2中帶和1/2重帶位置。(3)若將實(shí)驗(yàn)四的實(shí)驗(yàn)時(shí)間改為60 min，細(xì)菌分裂三次，因?yàn)镈NA復(fù)制方式為半保留復(fù)制，離心后密度帶

15、的數(shù)量和位置沒有發(fā)生變化，還是在重帶和中帶位置。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)果中的“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15N。 【答案】　(1)三　一　二　(2)①全保留　半保留 1/4輕和3/4重　1/2中和1/2重?、诓荒堋〔徽撌侨Ａ暨€是半保留復(fù)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是一樣的　(3)沒有變化　15N 1．下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是(　　) A．DNA復(fù)制時(shí)，嚴(yán)格遵循A—U、C—G的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 B．DNA復(fù)制時(shí)，兩條脫氧核糖核苷酸鏈均可作為模板 C．DNA分子全部解旋后才開始進(jìn)行DNA復(fù)制 D．脫氧核苷酸必須在

16、DNA酶的作用下才能連接形成子鏈 【解析】　DNA復(fù)制時(shí)，嚴(yán)格遵循A—T、C—G的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則；DNA是以兩條脫氧核苷酸鏈作為模板進(jìn)行復(fù)制的；DNA分子邊解旋邊復(fù)制；脫氧核苷酸必須在DNA聚合酶的作用下才能連接形成子鏈。 【答案】　B 2．某DNA分子含m對(duì)堿基，其中腺嘌呤有A個(gè)。下列有關(guān)此DNA在連續(xù)復(fù)制時(shí)所需的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)目的敘述中，錯(cuò)誤的是(　　) A．在第一次復(fù)制時(shí)，需要m－A個(gè) B．在第二次復(fù)制時(shí)，需要2(m－A)個(gè) C．在第n次復(fù)制時(shí)，需要2n－1(m－A)個(gè) D．在n次復(fù)制過程中，共需要2n(m－A)個(gè) 【解析】　解答本題時(shí)，首先把模板中胞嘧啶脫氧核苷酸

17、數(shù)目求出，即(2m－2A)/2＝m－A，則復(fù)制一次，需要(m－A)(21－1)＝m－A個(gè)；復(fù)制2次，共需要(22－1)(m－A)＝3(m－A)個(gè)，因此，第二次復(fù)制需要3(m－A)－(m－A)＝2(m－A)個(gè)；在n次復(fù)制過程中，共需要(m－A)(2n－1)個(gè)，則第n次復(fù)制需要(m－A)(2n－1)－(m－A)(2n－1－1)＝2n－1(m－A)個(gè)。 【答案】　D 3．將大腸桿菌的DNA分子用15N標(biāo)記，然后置于不含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。當(dāng)DNA分子復(fù)制n次后，不含15N的DNA分子數(shù)為(　　) A．2　　　　　 B．2n C．2n－2 D．2n－2 【解析】　親代DNA用15N標(biāo)記經(jīng)

18、n次復(fù)制后，子代只有2個(gè)DNA分子含15N其余均不含15N。 【答案】　C 4．細(xì)菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再將其移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，抽取親代及子代的DNA，離心分離，如圖①～⑤為可能的結(jié)果，下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．子一代DNA應(yīng)為② B．子二代DNA應(yīng)為① C．子三代DNA應(yīng)為④ D．親代的DNA應(yīng)為⑤ 【解析】　由題意可知，子一代的DNA應(yīng)為全中(14N‖15N)，即圖②；子二代DNA應(yīng)為中(14N‖15N)、輕(14N‖14N)，即圖①；子三代DNA應(yīng)為中(14N‖15N)、輕(14N‖14N)，即圖③，而不是

19、全輕(14N‖14N)；親代的DNA應(yīng)為全重(15N‖15N)，即圖⑤。 【答案】　C 5．果蠅的體細(xì)胞含有8條染色體。現(xiàn)有一個(gè)果蠅體細(xì)胞，它的每條染色體的DNA雙鏈都被32P標(biāo)記。如果把該細(xì)胞放在不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，使其連續(xù)分裂，那么將會(huì)在第幾次細(xì)胞分裂中出現(xiàn)每個(gè)細(xì)胞的中期和后期分別有8條、16條被標(biāo)記的染色體(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73730055】 A．第1次　　　　　　　 B．第2次 C．第3次 D．第4次 【解析】　親代DNA為32P/32P，則第一次分裂中期染色體為32P/31P·32P/31P，后期著絲粒分裂后，每條染色體均為32P/31P，所以第一次分裂中期與后期分別有8條和16條被標(biāo)記的染色體。 【答案】　A 9