2018-2019學(xué)年高中生物 第3章 基因的本質(zhì) 第3節(jié) DNA的復(fù)制學(xué)案 新人教版必修2

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1、 第3節(jié)　DNA的復(fù)制 [學(xué)習(xí)目標]　1.了解沃森和克里克對DNA分子復(fù)制方式的早期推測。2.理解DNA分子的復(fù)制。3.了解DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)。 一、DNA分子復(fù)制方式的推測和實驗證據(jù) 1．對DNA分子復(fù)制的推測 (1)提出者：沃森和克里克。 (2)假說 ①解旋：DNA分子復(fù)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(fù)制：解開的兩條單鏈作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結(jié)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(fù)制方式被稱做半保留復(fù)制。 2．DNA分

2、子復(fù)制的實驗證據(jù)(選學(xué)) (1)實驗方法：放射性同位素標記法和密度梯度離心技術(shù)。 (2)實驗原理 ①DNA的兩條鏈都用15N標記，那么這樣的DNA分子密度最大，離心時應(yīng)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(yīng)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(yīng)該在試管的中部。 (3)實驗過程 (4)實驗結(jié)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(jié)果和預(yù)期的一致，說明DNA的復(fù)制是以

3、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(jié)構(gòu)的論文后，又提出了DNA自我復(fù)制的假說。下列有關(guān)假說內(nèi)容的敘述不正確的是(　　) A．DNA復(fù)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(jù)堿基互補配對原則，通過氫鍵結(jié)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(jié)合而成 答案　D 解析　沃森和克里克提出的DNA自我復(fù)制的假說為半保留復(fù)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

4、桿菌，其DNA分子分別為14N－DNA(相對分子質(zhì)量為a)和15N－DNA(相對分子質(zhì)量為b)。將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(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(jié)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(yù)計Ⅲ代細菌DNA分子的平均相對分子質(zhì)量為 D．上述實驗結(jié)果證明DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制 答案　B 解析　15N－DNA在14N的培養(yǎng)基上進行第一次復(fù)制后，產(chǎn)生的兩個子代DNA分子均含有一條15N的DNA鏈和一條14N的D

5、NA鏈。這樣的DNA用離心法分離后，應(yīng)該全部處在試管的中部。Ⅰ代的兩個DNA分子再分別進行復(fù)制，它們所產(chǎn)生的兩個子代DNA分別為全14N－DNA分子和14N、15N－DNA分子。此時，將該DNA作離心處理，產(chǎn)生的DNA沉淀應(yīng)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(zhì)量之和為(7a＋b)，則Ⅲ代細菌DNA分子的平均相對分子質(zhì)量為。 二、DNA分子復(fù)制的過程 1．DNA復(fù)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(shù)第一次分裂前的間期。 3．過程 4．結(jié)果：形成兩個完

6、全相同的DNA分子。 5．特點 (1)邊解旋邊復(fù)制。 (2)半保留復(fù)制。 6．意義：將遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性。 例3　下圖表示DNA分子復(fù)制的過程，結(jié)合圖示，下列有關(guān)敘述不正確的是(　　) A．DNA復(fù)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(fù)制具有雙向復(fù)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(fù)制的特點，縮短了復(fù)制所需的時間 D．DNA分子的復(fù)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(fù)制需要以DNA的兩條鏈為模板，因此DNA分子復(fù)制過程中首

7、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(fù)制具有雙向復(fù)制的特點，生成的兩條子鏈方向相反；圖示中復(fù)制的起點只有1個，不能體現(xiàn)DNA分子具有多起點復(fù)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(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是(　　) A．在細胞有絲分裂間期，發(fā)生DNA復(fù)制 B．DNA通過一次復(fù)制后產(chǎn)生四個子代DNA分子 C．真核生物DNA復(fù)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(fù)制發(fā)生在細胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期，是以親代DNA的兩條鏈為模板

8、，合成兩個子代DNA的過程；真核生物DNA復(fù)制的主要場所是細胞核，線粒體、葉綠體內(nèi)也可進行；DNA復(fù)制過程需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA(水解)酶。 1．判斷正誤 (1)所有的細胞都能進行DNA復(fù)制(　　) (2)DNA解旋后的每一條脫氧核苷酸鏈都可以作為DNA復(fù)制的模板(　　) (3)DNA雙螺旋全部解開后，再開始進行DNA復(fù)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(guān)于DNA復(fù)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　③

9、DNA分子在解旋酶的作用下解旋?、芤越庑蟮哪告湠槟０暹M行堿基互補配對?、葑渔溑c母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu) A．①③④②⑤ B．③①⑤④② C．①④②⑤③ D．③①④②⑤ 答案　D 解析　DNA復(fù)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(fù)制保持了親子代間遺傳信息的連續(xù)性，DNA的復(fù)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(guān)探究DNA復(fù)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(fù)制一次 C．密

10、度梯度超速離心后，DNA在試管中的位置與相對分子質(zhì)量無關(guān) D．本實驗結(jié)果說明了DNA具有半保留復(fù)制的特點 答案　C 解析　探究DNA復(fù)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(fù)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(zhì)量的大?。粚嶒灲Y(jié)果說明了DNA具有半保留復(fù)制的特點。 5．如圖為DNA復(fù)制的圖解，請據(jù)圖回答下列問題： (1)DNA復(fù)制發(fā)生在___________________________期。 (2)②過程稱為_______

11、_____。 (3)③中的子鏈是____________。 (4)③過程必須遵循____________原則。 (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(fù)制具有____________的特點。 答案　(1)有絲分裂間期和減數(shù)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(fù)制 [對點訓(xùn)練] 題組一　DNA分子復(fù)制的實驗證據(jù) 1．某親本DNA分子雙鏈均以白色表示，以灰色表示第一次復(fù)制出的DNA子鏈，以黑色表示第二次復(fù)制出的DNA子鏈，該親本雙鏈DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次后的產(chǎn)物是(　　) 答案　D 解析　因為DNA

12、復(fù)制為半保留復(fù)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(fù)制時得到的4個DNA分子中，都有一條DNA子鏈是在第二次復(fù)制時形成的，而C項中只有兩個DNA分子中含第二次復(fù)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(zhuǎn)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(jīng)過一次分裂和離心后，DNA位于試管的中層 B．細胞經(jīng)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(jīng)過三次分裂和離心后，的DNA

13、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(fù)制是半保留復(fù)制 答案　C 解析　細胞經(jīng)過一次分裂和離心后，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(jīng)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(jīng)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(fù)制是半保留復(fù)制，D項正確。 3．在生命科學(xué)研究中，“同位素示蹤技術(shù)”是經(jīng)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

14、射性(如圖所示)，該實驗有力地證明了(　　) A．DNA分子復(fù)制需要3H B．DNA分子通過復(fù)制進行繁殖 C．DNA分子進行半保留復(fù)制 D．DNA分子復(fù)制需要在細菌體內(nèi)進行 答案　C 4.某DNA含有3000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(fù)制3次，再將全部復(fù)制產(chǎn)物置于試管內(nèi)離心，進行密度分層，得到結(jié)果如圖①所示；然后加入解旋酶再離心，得到結(jié)果如圖②所示。則下列有關(guān)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3150個 C．W層與Z層的核苷酸數(shù)之比為

15、1∶4 D．X層中含有的氫鍵數(shù)是Y層的3倍 答案　B 解析　由于DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，故X層為中帶，應(yīng)是含有15N和14N的DNA，A錯誤；由于DNA復(fù)制3次，產(chǎn)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(shù)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(shù)為Y層的，D錯誤。 題組二　DNA分子復(fù)制的過程 5．下列有關(guān)真核細胞DNA分子復(fù)制的敘述，正確的是(　　) A．

16、復(fù)制形成的兩個子代DNA分子共4個游離的磷酸基團 B．DNA復(fù)制時只以一條脫氧核苷酸鏈作為模板 C．DNA聚合酶催化堿基對之間的連接 D．復(fù)制過程中先全部解旋，再進行半保留復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)制過程中邊解旋，邊進行半保留復(fù)制，D錯誤。 6．(2018·太原高一檢測)DNA分子復(fù)制時解旋酶作用于下列哪一結(jié)構(gòu)(　　) 答案　D 解析　解旋酶的作

17、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(fù)制，其原因是(　　) 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)生于細胞周期的間期?、蹓A基互補配對是嚴格的?、墚a(chǎn)生的兩個子代DNA均和親代DNA相同 A．②④B．②③C．①④D．①③ 答案　D 解析　DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)在解旋后為DNA復(fù)制提供兩條模板，嚴格的堿基互補配對原則保證了DNA復(fù)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(jīng)過誘變，某位點上的一個正常堿基(設(shè)為X)變成了尿嘧啶，該DNA連續(xù)復(fù)制兩次，得到的4個子代DNA分

18、子相應(yīng)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 B．胞嘧啶 C．腺嘌呤 D．胸腺嘧啶或腺嘌呤 答案　B 解析　據(jù)半保留復(fù)制的特點，DNA分子經(jīng)過兩次復(fù)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(nèi)模擬生物體DNA復(fù)制所必需的條件是(　　) ①酶類　②游離4種脫氧核苷酸?、跘TP?、蹹NA分子?、葸m宜的溫度　⑥適宜的pH A．①②③④ B．②③④⑤ C．①②③⑤⑥ D．①②③④⑤⑥ 答案　D

19、解析　DNA復(fù)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(fù)制時，還需考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(fù)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(fù)制需要ATP和核糖體 B．a(chǎn)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(fù)制需要模板、原料、酶和能量等必要條件，而核糖體是細胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)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

20、倒數(shù)，D錯誤。 11．如圖為真核細胞DNA分子復(fù)制過程模式圖。據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述中錯誤的是(　　) A．由圖示可知，DNA分子復(fù)制的方式是半保留復(fù)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(fù)制的方式為半保留復(fù)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，

21、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36mm，DNA復(fù)制速度約為4μm/min，但復(fù)制過程僅需40min左右即可完成，這可能是因為(　　) A．邊解旋邊復(fù)制 B．只有一個復(fù)制起點，但解旋之后可以向著兩個方向復(fù)制 C．以半保留方式復(fù)制 D．復(fù)制起點多，同時分段復(fù)制 答案　D 解析　真核細胞中的DNA分子復(fù)制起點多，并且同時分段復(fù)制，所以DNA的復(fù)制比較迅速。 [綜合強化] 13．如圖為高等植物細胞中DNA復(fù)制過程模式圖。請根據(jù)圖示過程，回答下列問題： (1)由圖示可知，1個DNA分子復(fù)制出乙、丙2個DNA分子的方式是_____________

22、___。 (2)細胞中DNA復(fù)制的場所為____________________；在復(fù)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(fù)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(fù)制　(2)細胞核、線粒體和葉綠體　有絲分裂后期和減數(shù)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(jù)圖回答

23、下列問題： (1)圖中表示的生理過程是__________，此過程發(fā)生的主要場所是____________。 (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_________________________________ _______________________________________________________________

24、_________。 答案　(1)DNA復(fù)制　細胞核　(2)解旋　ATP (3)(2n－1)(－Q)　(4)DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了準確的模板，在復(fù)制過程中遵循堿基互補配對原則 15．DNA的復(fù)制方式可以通過設(shè)想來進行預(yù)測，可能的情況是全保留復(fù)制、半保留復(fù)制、彌散復(fù)制三種。究竟是哪種復(fù)制方式呢？下面設(shè)計實驗來證明DNA的復(fù)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(zhuǎn)移到氮源為14N的培養(yǎng)基

25、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(zhì)量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。 實驗預(yù)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________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(fù)制，同時肯定半保留復(fù)制

26、；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(fù)制方式，如果輕帶和重帶各占，則一定為半保留復(fù)制。你認為這位同學(xué)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(fù)制和彌散復(fù)制　(2)全保留復(fù)制　半保留復(fù)制還是彌散復(fù)制　(3)一條中密度帶　一條輕密度帶　中、輕　半保留復(fù)制　彌散復(fù)制　(4)不正確　無論半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制，如果研究DNA單鏈的情況，結(jié)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(fù)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(fù)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(fù)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