高中生物第三章遗传的分子基础第三节遗传信息的传递学案浙科版必修2Word格式.docx

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D.上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制

答案　B

解析　15N－DNA在14N的培养基上进行第一次复制后，产生的两个子代DNA分子均含有一条15N的DNA链和一条14N的DNA链。

这样的DNA用离心法分离后，应该全部处在试管的中部。

Ⅰ代的两个DNA分子再分别进行复制，它们所产生的两个子代DNA分别为全14N－DNA分子和14N、15N—DNA分子。

此时，将该DNA作离心处理，产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部。

含15N的DNA分子占全部DNA分子的。

培养一个大肠杆菌，则其Ⅲ代细菌DNA分子共有8个，各条链的相对分子质量之和为（7a＋b），平均相对分子质量为。

例2　（2018·

杭州模拟）如图为科学家设计的DNA合成的同位素示踪实验，利用大肠杆菌来探究DNA的复制过程，下列说法正确的是（　　）

A.从获得试管①到试管③，细胞内的染色体复制了两次

B.用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA更方便

C.试管③中含有14N的DNA占

D.本实验是科学家对DNA复制方式假设的验证

答案　D

解析　大肠杆菌细胞内没有染色体，A错误；

噬菌体是营寄生生活的，不能在培养液中繁殖，不能代替大肠杆菌进行实验，B错误；

试管③中含有14N的DNA占100%，C错误；

本实验是对DNA半保留复制的验证实验，D正确。

二、DNA分子复制的过程

1.概念：

产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程。

2.DNA复制的过程

（1）解旋：

在解旋酶作用下，DNA分子两条链的配对碱基之间的氢键断裂，碱基暴露出来，形成两条“模板链”（母链）。

（2）合成子链：

以每一条母链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。

（3）形成子代DNA：

延伸子链，母子链盘绕成双螺旋结构。

结果，一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子。

3.复制的条件

模板：

亲代DNA解旋产生的两条母链。

原料：

游离的四种脱氧核苷酸。

酶：

DNA解旋酶、DNA聚合酶。

能量：

ATP。

4.复制的特点：

半保留复制，即子代DNA双链＝一条母链＋一条新子链。

5.意义：

将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

归纳总结　对DNA复制的理解

（1）DNA复制的场所：

主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。

（2）能够进行DNA复制的生物：

一切以DNA为遗传物质的生物。

（3）真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：

在体细胞中发生在有丝分裂间期；

在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。

（4）复制所需的酶是指一个酶系统。

①解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。

②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。

例3　下列关于DNA复制条件的叙述，不正确的是（　　）

A.DNA复制时只有DNA的一条链作模板

B.以4种游离的脱氧核苷酸为原料

C.DNA复制过程需要消耗能量

D.没有酶的催化，细胞DNA复制无法进行

答案　A

解析　DNA复制是指DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下将双链解开，以解开的两条链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链，每条子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构，最终形成与亲代DNA分子相同的子代DNA的过程。

例4　（2017·

浙江4月选考）若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第二次分裂中期。

下列叙述正确的是（　　）

A.每条染色体中的两条染色单体均含3H

B.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H

C.每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H

D.每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H

解析　若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，在间期的S期时DNA复制1次，所以第一次细胞分裂完成后得到的2个子细胞都是每一条染色体的DNA都只有1条链被标记，培养至第二次分裂中期，每条染色体中的两条染色单体均含3H标记。

特别提醒　DNA分子复制特点及子代DNA存在位置与去向

（1）复制特点——半保留复制，即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA（即模板链），另一条链（子链）由新链构建而成。

（2）2个子代DNA位置：

当一个DNA分子复制后形成两个新DNA分子后，这两个新DNA恰位于两条姐妹染色单体上，且由着丝粒连在一起，即：

（3）2个子代DNA去向：

在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分开，分别进入两个子细胞中。

例5　（2018·

杭州五校联考）下列关于DNA的相关计算，正确的是（　　）

A.具有1000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则每一条链上都具有胞嘧啶200个

B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后共需2n·

m个胸腺嘧啶

C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制需要2n－1·

D.无论是双链DNA还是单链DNA，（A＋G）所占的比例均是

答案　C

解析　具有1000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则DNA中含胞嘧啶400个，因此一条链上的胞嘧啶数可为0～400个，A项错误；

具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后DNA数由1个变为2n个，因此需要（2n－1）·

m个胸腺嘧啶，其第n次复制DNA数由2n－1个变为2n个，这一过程需要（2n－2n－1）·

m＝2n－1·

m个胸腺嘧啶，B项错误，C项正确；

只有在双链DNA中才遵循卡伽夫法则，即A＝T、G＝C，在单链DNA中不存在这一关系，因此只有双链DNA中（A＋G）所占的比例为，单链DNA中该比值不一定为，D项错误。

1.保证准确无误地进行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

解析　DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；

碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。

2.用15N标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖四代，a、b、c为三种DNA分子；

a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，如下图，这三种DNA分子的比例正确的是（　　）

3.DNA分子复制时，解旋酶作用的部位应该是（　　）

A.腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键

B.腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键

C.脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键

D.脱氧核糖与磷酸之间的化学键

解析　DNA复制过程中用到解旋酶和DNA聚合酶，其中解旋酶的作用是把两条螺旋的双链解开，破坏的是A与T、G与C之间的氢键。

4.细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是（　　）

A.第一次分裂的子代DNA应为⑤

B.第二次分裂的子代DNA应为①

C.第三次分裂的子代DNA应为③

D.亲代的DNA应为⑤

解析　亲代DNA为15N－15N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N－14N，应如图②所示。

5.科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。

组别

1组

2组

3组

4组

培养液中

唯一氮源

14NH4Cl

15NH4Cl

繁殖代数

多代

一代

两代

培养产物

A

B

B的子Ⅰ代

B的子Ⅱ代

操作

提取DNA并离心

离心结果

仅为轻带（14N/14N）

仅为重带（15N/15N）

仅为中带（15N/14N）

轻带（14N/14N）

中带（15N/14N）

请分析并回答：

（1）要得到DNA中的N全部被15N标记的大肠杆菌B，必须经过__________代培养，且培养液中的__________是唯一氮源。

（2）综合分析本实验的DNA离心结果，第________组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第________组和第________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是________________________。

（3）分析讨论：

①若B的子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。

②若将B的子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果__________（填“能”或“不能”）判断DNA的复制方式。

③若在同等条件下将B的子Ⅱ代继续培养，子n代DNA离心的结果是：

密度带的数量和位置____________________________________________。

④若某次实验的结果中，B的子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N中有少部分含________。

答案　

（1）多　15N（15NH4Cl）

（2）3　1　2　半保留复制

（3）①B　半保留　②不能　③没有变化　④15N

解析　在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两条单链均被15N标记，“轻带”为两条单链均被14N标记，“中带”为一条单链被14N标记，另一条单链被15N标记。

[对点训练]

题组一　探究DNA的复制过程

1.1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料进行实验（如图），证实了DNA是以半保留方式复制的。

②、③、④、⑤试管是模拟可能出现的结果。

下列相关推论正确的是（　　）

培养条件与方法：

（1）在含15N的培养基培养若干代，使DNA双链均被15N标记（试管①）。

（2）转至14N的培养基培养，每30分钟繁殖一代。

（3）取出每代DNA样本，并离心分层。

A.该实验运用了同位素标记法，出现④的结果至少需要90分钟

B.③是转入14N培养基中复制一代的结果，②是复制二代的结果

C.对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用的是试管③结果

D.给试管④中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管⑤所示

解析　该实验运用了同位素标记法，根据DNA半保留复制特点可知，④是复制二代的结果，因此出现④的结果至少需要60分钟，A错误；

根据DNA半保留复制特点可知，③是转入14N培养基中复制一代的结果，④是复制二代的结果，B错误；

对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用的是试管③结果，C正确；

给试管④中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果应该是出现重带和轻带，与试管⑤所示不符，D错误。

2.（2017·

温州模拟）如图表示采用同位素示踪技术和离心处理来探究DNA复制方式的过程图解，下列说法错误的是（　　）

A.轻带表示14N－14N的DNA分子

B.证明DNA的复制方式为半保留复制

C.细菌繁殖三代后取样，提取DNA，离心后试管中出现三条条带

D.若将DNA双链分开来离心，则b、c两组实验结果条带位置相同

解析　轻带表示14N－14N的DNA分子，A正确；

据分析可知，该实验可以证明DNA的复制方式为半保留复制，B正确；

细菌繁殖三代后取样，提取DNA，离心后试管中出现2条条带，一条中带，一条轻带，C错误；

若将DNA双链分开来离心，则b、c实验结果均为一条重带，一条轻带，D正确。

3.（2017·

台州模拟）将15N标记的大肠杆菌（其DNA经密度梯度离心后如甲图），转至以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养，每20分钟繁殖一代，收集并提取DNA，进行密度梯度离心，如图为离心结果模拟图。

已知大肠杆菌DNA中胞嘧啶个数为X。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.繁殖过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数

B.乙是转入14N培养基中复制一代的结果

C.出现丙结果至少需要40分钟

D.出现丁结果至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为4X

解析　双链DNA中嘌呤数等于嘧啶数，故繁殖过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数，A正确；

转入14N培养基中复制一代的结果是产生2个DNA，且均为一条链为14N，另一条链为15N，对应图丙，B错误；

据B项分析可知，出现丙结果至少需要20分钟，C错误；

转入14N培养基中复制二代的结果是产生4个DNA，其中15N标记的只有2个DNA（一条链为14N，另一条链为15N），其余的2个DNA均为14N标记，对应图丁，出现丁结果至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为3X，D错误。

4.将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心，则下列说法中不正确的是（　　）

A.细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层

B.细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层

C.细胞经过三次分裂和离心后，的DNA位于试管的中层，的DNA位于试管的上层

D.该实验可以证明DNA的复制是半保留复制

解析　细胞经过一次分裂和离心后，所形成的每个子代DNA分子中的两条链中一条链含15N，另一条链含14N，位于试管的中层，A项正确；

细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层，B项正确；

细胞经过三次分裂和离心后，有的DNA位于试管的上层，的DNA位于试管的中层，C项错误；

该实验可以证明DNA的复制是半保留复制，D项正确。

题组二　DNA分子复制的过程

5.下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是（　　）

A.DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸

B.在复制过程中，解旋和复制是同时进行的

C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链

D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子

解析　在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链；

边解旋边复制也是DNA复制的一个特点；

以解开的每一条单链为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链，最后每条新合成的子链与对应的模板链螺旋，形成两个一样的DNA分子。

6.在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在（　　）

A.两条DNA母链之间

B.DNA子链与其互补的母链之间

C.两条DNA子链之间

D.DNA子链与其非互补母链之间

解析　在DNA复制时，首先是构成DNA的两条母链解旋，然后以分开的两条母链为模板，按照碱基互补配对原则合成子链。

7.下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是（　　）

①互补碱基对之间氢键断裂

②互补碱基对之间氢键合成

③DNA分子在解旋酶的作用下解旋

④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对

⑤子链与母链盘绕成双螺旋结构

A.①③④②⑤B.③①⑤④②

C.①④②⑤③D.③①④②⑤

解析　DNA复制的基本过程是：

解旋→合成子链→双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间氢键断裂，在合成子链时重新形成新的氢键。

8.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是（　　）

A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的

B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的

C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶

D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率

解析　从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，A错误；

图中DNA分子复制是边解旋边双向复制，B正确；

真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与，C正确；

真核细胞的DNA分子具有多个复制起点，这种复制的方式加速了复制过程，提高了复制速率，D正确。

题组三　DNA复制过程中的数量关系

9.某双链DNA分子中共有含氮碱基1400个，其中一条单链上（A＋T）∶（C＋G）＝2∶5。

问该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（　　）

A.200个B.400个

C.600个D.1200个

解析　双链DNA分子中一条单链上（A＋T）∶（C＋G）＝2∶5，则整个双链DNA分子中（A＋T）∶（C＋G）＝2∶5，而双链DNA分子中共有碱基1400个，所以A＝T＝200个，该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（22－1）×

200＝600个。

10.某双链DNA分子，经三次复制后，所得到的第四代DNA分子中，含有原亲代DNA链的分子数是（　　）

A.1B.2C.4D.8

解析　亲代DNA分子有两条链，在复制过程中分别进入两个子代DNA分子中，所以不管复制多少次，只有两个DNA分子含有亲代DNA链。

11.已知一条完全标记上15N的DNA分子在含14N的培养基中经n次复制后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为7∶1，则n是（　　）

A.2B.3C.4D.5

解析　DNA分子复制是半保留复制，所以无论这个DNA分子复制多少次，总有两个DNA分子各有一条链带有15N标记，因此仅含14N的DNA分子总数应为14个，复制n次后，共得到16个DNA分子；

由公式2n＝16可知，DNA分子复制了4次。

12.在噬菌体侵染细菌的实验中，如果细菌体内的DNA和蛋白质分别含有31P和32S，噬菌体中的DNA和蛋白质分别含有32P和35S，噬菌体DNA在细菌体内复制了三次，那么从细菌体内释放出的子代噬菌体中含有32P的噬菌体和含有35S的噬菌体分别占子代噬菌体总数的（　　）

A.和1B.和0

C.和0D.和1

解析　噬菌体侵染细菌时进入细菌体内的只有噬菌体的DNA，被标记的蛋白质外壳留在外面，新的噬菌体的蛋白质是以细菌的氨基酸为原料重新合成的，因此所有子代噬菌体的外壳都含有32S而不含35S。

假如一个含有32P的噬菌体在细菌体内利用31P复制了三次，由于DNA是半保留复制，在产生的8个子代噬菌体中，只有2个含有32P，占所有子代噬菌体的。

[综合强化]

13.如下图所示为DNA的复制图解，请据图回答下列问题：

（1）DNA的复制发生在__________________期。

（2）②过程称为________。

（3）③过程中的子链是________。

（4）③过程必须遵循______________原则。

（5）子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有________的特点。

（6）将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，则含14N的DNA细胞占细胞总数的________，含15N的DNA细胞占细胞总数的________。

答案　

（1）有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间　

（2）解旋　（3）Ⅱ、Ⅲ　（4）碱基互补配对　（5）半保留复制　（6）100%　12.5%

解析　DNA的复制发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。

DNA复制时，先将两条链之间的氢键打开，形成两条单链，即解旋；

然后以两条单链为模板，按照碱基互补配对原则，再各形成一条新链，最后母链和新合成的子链进行螺旋化，形成新的DNA分子。

DNA分子复制的方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和一条与母链互补的子链，DNA分子中的两条母链一直往后代传递。

复制n次后产生的子代DNA分子为2n个，本题中含有15N标记的子代DNA分子为2个，所占比例为。

14.下面是DNA复制的有关图示。

A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。

D→F表示哺乳动物的DNA复制。

图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“”表示时间顺序。

（1）若A中含有48502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min，假设DNA分子从头到尾复制，则理论上此DNA分子复制约需30s，而实际上只需约16s，根据A→C过程分析，这是因为_____________________________________________________________________。

（2）哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长，若按A→C的方式复制，至少需要8h，而实际上只需要约2h左右，根据D→F过程分析，是因为______________________。

（3）A→F均有以下特点：

延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是_________的。

（4）C与A相同，F与D相同，C、F能被如此准确地复制出来，是因为（写出两点原因）：

①____________________________________________，

②____________________________________________。

答案　

（1）复制是双向进行的

（2）DNA分子中有多个复制起点

（3）边解旋边复制

（4）①DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板

②碱基互补配对原则保证DNA分子复制的准确无误

解析　

（1）由题知，实际复制时间约相当于理论上复制时间的一半，再根据图示可知DNA复制为双向复制。

（2）哺乳动物的DNA分子的实际复制时间要短于按A→C的方式复制的时间，说明DNA复制不只是单起点双向复制，结合D→F可推断DNA复制为多起点双向复制。

15.DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的。

当时推测可能有如图A所示的三种方式。

1958年，Meslson和Stahl用密度梯