2022-2023學(xué)年　人教版 必修二DNA的復(fù)制 學(xué)案

第3節(jié)DNA的復(fù)制學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1.概述DNA復(fù)制方式的假說及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。2．掌握DNA復(fù)制的過程。3．歸納DNA復(fù)制的相關(guān)計(jì)算規(guī)律。1.生命觀念：DNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定了DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性，滲透了生命的結(jié)構(gòu)和功能觀；DNA的復(fù)制也是遺傳信息傳遞和能量轉(zhuǎn)化的過程；遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞也能讓學(xué)生進(jìn)一步理解生命延續(xù)的本質(zhì)。2．科學(xué)思維：假說—演繹法來探究DNA的半保留復(fù)制；細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù)以及同位素標(biāo)記和離心等科學(xué)技術(shù)在證明DNA半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)中的合理運(yùn)用。3．科學(xué)探究：探究DNA的復(fù)制方式。4．社會(huì)責(zé)任：證明DNA半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评磉M(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程來體現(xiàn)科學(xué)的本質(zhì)。知識(shí)點(diǎn)一對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)及DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1.對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)(1)假說：eq\o(□,\s\up3(01))半保留復(fù)制。(2)提出者：eq\o(□,\s\up3(02))沃森和克里克。(3)假說內(nèi)容①解旋：DNA復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋解開，互補(bǔ)的堿基之間的eq\o(□,\s\up3(03))氫鍵斷裂。②復(fù)制：eq\o(□,\s\up3(04))解開的兩條單鏈分別作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)eq\o(□,\s\up3(05))堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，通過形成eq\o(□,\s\up3(06))氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。③結(jié)果：新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的eq\o(□,\s\up3(07))一條鏈，因此，這種復(fù)制方式稱作半保留復(fù)制。(4)其他假說①eq\o(□,\s\up3(08))全保留復(fù)制方式。②內(nèi)容：DNA復(fù)制以eq\o(□,\s\up3(09))DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是eq\o(□,\s\up3(10))新合成的。半保留復(fù)制與全保留復(fù)制模型2．DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)(1)實(shí)驗(yàn)方法：假說—演繹法。(2)實(shí)驗(yàn)技術(shù)：eq\o(□,\s\up3(11))同位素標(biāo)記技術(shù)和離心技術(shù)。(3)實(shí)驗(yàn)原理：15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，這兩種同位素的相對(duì)原子質(zhì)量eq\o(□,\s\up3(12))不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度eq\o(□,\s\up3(13))大，因此，利用離心技術(shù)可以在試管中分離開含有相對(duì)原子質(zhì)量不同的氮元素的DNA。(4)實(shí)驗(yàn)過程①用含eq\o(□,\s\up3(14))15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖若干代，這時(shí)，大腸桿菌的DNA幾乎都是eq\o(□,\s\up3(15))15N標(biāo)記的。②將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有eq\o(□,\s\up3(16))14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中。③在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA。④將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。(5)實(shí)驗(yàn)預(yù)期(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)果①親代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中只出現(xiàn)了eq\o(□,\s\up3(20))一條DNA帶，位置靠近試管底部。②第一代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中只出現(xiàn)了eq\o(□,\s\up3(21))一條DNA帶，位置居中。③第二代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中出現(xiàn)了eq\o(□,\s\up3(22))兩條DNA帶，一條帶位置居中，另一條帶的位置更靠上。(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)期結(jié)果一致，DNA的復(fù)制是以eq\o(□,\s\up3(23))半保留的方式進(jìn)行的。1．若DNA復(fù)制的方式為全保留復(fù)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)是怎樣？提示：(1)親代，提取DNA→離心→全部重帶；(2)繁殖一代后取出，提取DNA→離心→一條重帶、一條輕帶；(3)繁殖兩代后取出，提取DNA→離心→一條重帶、一條輕帶。2．第一代只出現(xiàn)一條居中的DNA條帶，這個(gè)結(jié)果排除了哪種復(fù)制方式？提示：全保留復(fù)制。知識(shí)點(diǎn)二DNA復(fù)制的過程1．概念：以eq\o(□,\s\up3(01))親代DNA為模板合成eq\o(□,\s\up3(02))子代DNA的過程。2．發(fā)生時(shí)間：細(xì)胞分裂前的eq\o(□,\s\up3(03))間期，隨著eq\o(□,\s\up3(04))染色體復(fù)制而完成的。3．場(chǎng)所(1)真核生物：主要在eq\o(□,\s\up3(05))細(xì)胞核內(nèi)，eq\o(□,\s\up3(06))線粒體和eq\o(□,\s\up3(07))葉綠體也可以進(jìn)行。(2)原核生物：主要在eq\o(□,\s\up3(08))擬核。(3)DNA病毒：活的宿主細(xì)胞內(nèi)。4．復(fù)制過程5．結(jié)果：形成兩個(gè)eq\o(□,\s\up3(16))完全相同的DNA分子。6．特點(diǎn)(1)eq\o(□,\s\up3(17))邊解旋邊復(fù)制。(2)eq\o(□,\s\up3(18))半保留復(fù)制。7．基本條件：eq\o(□,\s\up3(19))模板、能量、原料、酶等。8．準(zhǔn)確復(fù)制的原因(1)DNA獨(dú)特的eq\o(□,\s\up3(20))雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板。(2)通過eq\o(□,\s\up3(21))堿基互補(bǔ)配對(duì)，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。9．意義：DNA通過復(fù)制，將eq\o(□,\s\up3(22))遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，從而保持了eq\o(□,\s\up3(23))遺傳信息的eq\o(□,\s\up3(24))連續(xù)性。3．所有的真核細(xì)胞都存在核DNA復(fù)制嗎？提示：不一定。如哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞因?yàn)闊o細(xì)胞核和各種細(xì)胞器而不能進(jìn)行核DNA復(fù)制；不分裂的細(xì)胞不存在DNA復(fù)制。4．DNA解旋酶與DNA聚合酶分別作用于什么化學(xué)鍵？提示：DNA解旋酶使氫鍵斷裂。DNA聚合酶使脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵形成。5．DNA復(fù)制效率高是因?yàn)榘氡Ａ魪?fù)制還是邊解旋邊復(fù)制？提示：是因?yàn)檫吔庑厪?fù)制。知識(shí)點(diǎn)三與DNA復(fù)制相關(guān)的計(jì)算DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，若將雙鏈被15N標(biāo)記的DNA轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中擴(kuò)增，復(fù)制n(n≥1)次，其結(jié)果如下：1.eq\a\vs4\al(子代DNA共\o(□,\s\up3(01))2n個(gè))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含15N的DNA：\o(□,\s\up3(02))2個(gè),只含15N的DNA：\o(□,\s\up3(03))0個(gè),含14N的DNA：\o(□,\s\up3(04))2n個(gè),只含14N的DNA：\o(□,\s\up3(05))2n－2個(gè)))2.eq\a\vs4\al(脫氧核苷酸鏈共\o(□,\s\up3(06))2n＋1條)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含15N的脫氧核苷酸鏈：\o(□,\s\up3(07))2條,含14N的脫氧核苷酸鏈：\o(□,\s\up3(08))2n＋1－2條))3．消耗的脫氧核苷酸數(shù)(1)若一親代DNA含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，則經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗游離的該脫氧核苷酸為eq\o(□,\s\up3(09))m×(2n－1)個(gè)。(2)若進(jìn)行第n次復(fù)制，則需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)為eq\o(□,\s\up3(10))m×2n－1個(gè)。用15N標(biāo)記含有100個(gè)堿基對(duì)的DNA分子，其中有胞嘧啶60個(gè)，該DNA分子在14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制4次。(1)含有15N的DNA分子占1/8。(√)(2)含有14N的DNA分子占7/8。(×)(3)含有14N的脫氧核苷酸單鏈為30條。(√)(4)復(fù)制結(jié)果共產(chǎn)生16個(gè)DNA分子。(√)1．(目標(biāo)1)下列關(guān)于DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)，說法錯(cuò)誤的是()A．可以將本實(shí)驗(yàn)中15N標(biāo)記的原料改為32P標(biāo)記的原料，用同樣的方法研究復(fù)制方式B．半保留復(fù)制的結(jié)果是子代DNA各自含有親代DNA的一條母鏈C．復(fù)制過程中有氫鍵的斷裂和形成過程D．子一代的結(jié)果就可以區(qū)分是全保留復(fù)制還是半保留復(fù)制答案A解析本實(shí)驗(yàn)采用的是離心技術(shù)，觀察DNA分布的位置，因此不能采用不穩(wěn)定的同位素進(jìn)行追蹤，應(yīng)采用N元素，因?yàn)?5N和14N是兩種穩(wěn)定同位素，只是質(zhì)量不同，A錯(cuò)誤；復(fù)制過程中伴隨解旋氫鍵會(huì)斷裂，形成子代DNA過程中堿基互補(bǔ)配對(duì)又形成氫鍵，C正確；子一代的結(jié)果就可以區(qū)分是全保留復(fù)制還是半保留復(fù)制，如果是全保留復(fù)制，子一代不會(huì)出現(xiàn)中帶，D正確。2．(目標(biāo)2)下圖為真核細(xì)胞DNA復(fù)制過程模式圖，根據(jù)圖示過程判斷下列說法不正確的是()A．上圖中兩種酶的功能并不相同B．該過程需要4種游離的脫氧核苷酸C．兩條子鏈的延伸方向都是由左到右D．復(fù)制后可形成兩條一樣的子代DNA答案C解析解旋酶的作用是使氫鍵斷裂，DNA聚合酶的作用是催化磷酸二酯鍵的形成，在DNA復(fù)制中使單個(gè)脫氧核苷酸連接在子鏈的3′-端，A正確；在DNA復(fù)制的過程中，子鏈復(fù)制的過程只能由5′→3′方向合成，因此兩條子鏈合成時(shí)延伸的方向是相反的，C錯(cuò)誤；復(fù)制結(jié)束后，兩條母鏈分別和兩條子鏈各組合成一個(gè)新的DNA分子，這樣一個(gè)DNA分子就復(fù)制成兩個(gè)相同的子代DNA分子，D正確。3．(目標(biāo)2)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子鏈的合成方向都是由5′→3′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DNA酶的作用下才能連接形成子鏈答案B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，A錯(cuò)誤；DNA的復(fù)制是邊解旋邊復(fù)制，C錯(cuò)誤；脫氧核苷酸必須在DNA聚合酶的作用下才能連接形成子鏈，D錯(cuò)誤。4．(目標(biāo)3)一個(gè)用15N標(biāo)記的DNA，放在14N的環(huán)境中培養(yǎng)，復(fù)制5次后15N標(biāo)記的DNA占DNA總數(shù)的()。含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是()A．eq\f(1,10)B．eq\f(1,5)C．eq\f(1,16)D．eq\f(1,32)答案CD解析一個(gè)由15N標(biāo)記的DNA，放在14N的環(huán)境中培養(yǎng)，復(fù)制5次后得到25＝32個(gè)DNA，共64條脫氧核苷酸鏈，根據(jù)DNA半保留復(fù)制特點(diǎn)，其中有2個(gè)DNA含15N，其他DNA不含15N，所以復(fù)制5次后15N標(biāo)記的DNA占DNA總數(shù)的eq\f(2,32)＝eq\f(1,16)，含15N的脫氧核苷酸鏈有2條，故占全部脫氧核苷酸鏈的比例是eq\f(2,64)＝eq\f(1,32)。5．(目標(biāo)2、3)圖甲表示DNA的結(jié)構(gòu)，其中的數(shù)字表示成分或局部結(jié)構(gòu)；圖乙表示DNA的復(fù)制，其中A、B表示酶，a、b、c、d表示DNA的模板鏈與子鏈?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題：(1)圖甲中7的名稱是____________________；堿基之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，遵循著____________原則；8的比例越高，DNA分子的穩(wěn)定性________(填“越高”“越低”或“不變”)。(2)圖乙中作用于圖甲中9的酶是________(寫出字母和名字)；B為__________，以母鏈DNA為模板，在子鏈DNA的3′-端逐個(gè)連接__________。(3)從圖乙中可以看出，DNA復(fù)制的特點(diǎn)是____________________，其中堿基序列相同的鏈?zhǔn)莀_____________________。(4)某DNA片段含有400個(gè)堿基，其中一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4。該DNA片段連續(xù)復(fù)制兩次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸________個(gè)。(5)若將圖中的一個(gè)DNA分子(DNA兩條鏈中N分別為15N和14N)，放在含有14N的培養(yǎng)基中連續(xù)進(jìn)行3次復(fù)制，則含有14N的DNA分子數(shù)是________個(gè)。答案(1)胸腺嘧啶脫氧核苷酸堿基互補(bǔ)配對(duì)越高(2)A解旋酶DNA聚合酶脫氧核苷酸(3)半保留復(fù)制、邊解旋邊復(fù)制a和c、b和d(4)420(5)8解析(4)根據(jù)DNA兩條鏈之間的堿基遵循A－T、C－G配對(duì)可知，一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，另一條鏈上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，則該基因中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7，C的數(shù)目為400×7/20＝140(個(gè))，該DNA片段連續(xù)復(fù)制兩次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸＝(22－1)×140＝420(個(gè))。(5)1個(gè)DNA經(jīng)過3次復(fù)制，共產(chǎn)生23＝8個(gè)DNA分子，由于DNA分子的復(fù)制是半保留復(fù)制，故8個(gè)DNA分子都含14N。題型一DNA半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)分析[例1]細(xì)菌在15N培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，使細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再移入14N培養(yǎng)基中培養(yǎng)，提取其子代的DNA經(jīng)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．第一次分裂的子代DNA應(yīng)為⑤B．第二次分裂的子代DNA應(yīng)為①C．第三次分裂的子代DNA應(yīng)為③D．親代的DNA應(yīng)為⑤解題分析親代DNA為15N/15N，如圖⑤；經(jīng)第一次分裂所形成的子代DNA應(yīng)均為15N/14N，應(yīng)如圖②所示；第二次分裂的子代DNA為15N/14N和14N/14N，且數(shù)量比為1∶1，如圖①所示；第三次分裂的子代DNA為15N/14N和14N/14N，且數(shù)量比為1∶3。答案A[例2]探究DNA復(fù)制的方式采用了假說—演繹法，下列說法不正確的是()A．提出假說：DNA復(fù)制是半保留復(fù)制B．演繹推理：親代為15N/15N—DNA，密度最大，應(yīng)位于試管底部；子一代為15N/14N—DNA，密度居中，應(yīng)位于試管中部；子二代為15N/14N—DNA和14N/14N—DNA，密度分別居中、最小，應(yīng)位于試管中部和上部C.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的D．演繹推理的過程即實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程解題分析演繹推理過程是根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理，推出預(yù)測(cè)的結(jié)果。答案D題型二DNA復(fù)制的過程、特點(diǎn)[例3]研究發(fā)現(xiàn)，線蟲染色體上DNA具有多起點(diǎn)雙向復(fù)制的特點(diǎn)。復(fù)制時(shí)，先在DNA的復(fù)制原點(diǎn)(Ori)部位結(jié)合相關(guān)因子，形成復(fù)制復(fù)合體，然后再進(jìn)行DNA復(fù)制，復(fù)制復(fù)合體可以大大提高DNA復(fù)制的效率。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．真核生物DNA上Ori的數(shù)目多于該生物的染色體數(shù)目B．復(fù)制復(fù)合體中含有解旋酶，能打開模板DNA分子中的氫鍵C．復(fù)制復(fù)合體中含有DNA聚合酶，能夠催化磷酸二酯鍵的形成D．每個(gè)細(xì)胞周期中Ori處可起始多次以保證子代DNA的快速合成解題分析由題可知，1個(gè)DNA分子上有多個(gè)Ori，而一條染色體只含有1個(gè)或者2個(gè)DNA分子，因此DNA上的Ori數(shù)目多于染色體的數(shù)目，A正確；在一個(gè)細(xì)胞周期中，DNA只復(fù)制一次，Ori只起始一次，D錯(cuò)誤。答案D[例4]如圖為真核細(xì)胞DNA復(fù)制過程的模式圖，據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述不正確的是()A．由圖示得知，DNA復(fù)制時(shí)邊解旋邊復(fù)制B．解旋酶能使雙鏈DNA解開，且需要消耗ATPC．從圖中可以看出合成兩條子鏈的方向都是3′到5′D．DNA聚合酶的作用位點(diǎn)為兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵解題分析解旋酶使DNA雙鏈解開，該過程需要消耗ATP，B正確；DNA復(fù)制的時(shí)候只能從5′-端向3′-端延伸，C錯(cuò)誤。答案C知識(shí)拓展1.DNA的半不連續(xù)復(fù)制模型DNA半保留復(fù)制時(shí)，DNA的兩條鏈都能作為模板，同時(shí)合成兩條新的互補(bǔ)鏈。DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械模?，生物體內(nèi)所有已知的DNA聚合酶只能催化5′→3′方向的延伸。為了探究DNA在復(fù)制時(shí)兩條鏈如何同時(shí)作為模板合成其互補(bǔ)鏈這個(gè)問題，日本學(xué)者岡崎等提出了DNA的半不連續(xù)復(fù)制模型(如圖所示)，以圖中b鏈為模板時(shí)，最終合成的互補(bǔ)鏈實(shí)際上是由許多沿5′→3′方向合成的DNA片段連接起來的。2．前導(dǎo)鏈和后隨鏈的復(fù)制特點(diǎn)DNA復(fù)制過程中，當(dāng)以a鏈為模板時(shí)，DNA聚合酶可以沿5′→3′方向連續(xù)合成新的互補(bǔ)鏈，這條新的互補(bǔ)鏈稱為前導(dǎo)鏈。當(dāng)以b鏈為模板時(shí)，DNA聚合酶也是沿5′→3′方向合成新鏈片段，但是與前導(dǎo)鏈的復(fù)制方向正好相反，待復(fù)制叉向前移動(dòng)相應(yīng)的距離后，DNA聚合酶又重復(fù)這一過程，隨著復(fù)制叉的移動(dòng)會(huì)形成許多不連續(xù)的片段，這些片段被稱為岡崎片段，最后這些岡崎片段在DNA連接酶的作用下被連接成一條完整的子鏈，這條子鏈稱為后隨鏈。在生物細(xì)胞中，這種前導(dǎo)鏈的連續(xù)復(fù)制和后隨鏈的不連續(xù)復(fù)制是普遍存在的，稱為DNA分子的半不連續(xù)復(fù)制。3.復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制叉復(fù)制是從DNA上的特定部位開始的，這一部位稱為復(fù)制起點(diǎn)。復(fù)制起點(diǎn)一般A、T含量較高。因?yàn)锳、T之間有2個(gè)氫鍵，G、C之間有3個(gè)氫鍵，解開A—T堿基對(duì)所需的能量比解開G—C堿基對(duì)所需的能量少。復(fù)制時(shí)，雙鏈DNA在起始點(diǎn)處打開，沿兩條張開的單鏈模板合成DNA新鏈，尚未解開螺旋的親代雙鏈DNA同新合成的兩條子代雙鏈DNA的交界處，稱為復(fù)制叉。兩個(gè)復(fù)制叉之間形成的空間稱為復(fù)制泡。4．復(fù)制方向DNA兩條子鏈的合成方向相反，具有雙向復(fù)制的特點(diǎn)。一般來講，原核生物每個(gè)DNA只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，真核生物染色體DNA有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。真核細(xì)胞DNA的復(fù)制是從多個(gè)起點(diǎn)開始的，真核生物的這種復(fù)制方式提高了DNA復(fù)制的效率。在復(fù)制速率相同的前提下，真核生物細(xì)胞的復(fù)制環(huán)大小不一，原因是它們的復(fù)制時(shí)間有先后，如圖2中DNA是從其最右邊開始復(fù)制的。題型三DNA復(fù)制的相關(guān)計(jì)算[例5]1963年，Cairns將不含放射性的大腸桿菌(擬核DNA呈環(huán)狀，共含有m個(gè)堿基，其中有a個(gè)胸腺嘧啶)放在含有3H胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，觀察到的大腸桿菌DNA復(fù)制過程如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．從圖中可看出大腸桿菌細(xì)胞中DNA復(fù)制是單起點(diǎn)雙向復(fù)制的B．DNA復(fù)制分配到兩個(gè)子細(xì)胞時(shí)，其上的基因不遵循基因分離定律C．復(fù)制第n次需要胞嘧啶的數(shù)目是2n－1(m－a)/2D.復(fù)制n次形成的被3H標(biāo)記的脫氧核苷酸單鏈為2n＋1－2解題分析親代DNA分子中含胞嘧啶(m－2a)/2個(gè)，復(fù)制第n次，需要合成2n－2n－1＝2n－1個(gè)DNA分子，所以共需胞嘧啶的數(shù)目是2n－1(m－2a)/2，C錯(cuò)誤；復(fù)制n次共形成2n個(gè)DNA分子，含2n·2＝2n＋1個(gè)脫氧核苷酸單鏈，其中被3H標(biāo)記的單鏈為2n＋1－2，D正確。答案C[例6]如圖為真核細(xì)胞內(nèi)某DNA片段(15N標(biāo)記)結(jié)構(gòu)示意圖，共由1000對(duì)脫氧核苷酸組成，其中堿基A占20%。下列說法正確的是()A．該DNA片段復(fù)制3次，則需要游離的鳥嘌呤脫氧核苷酸2800個(gè)B．該DNA片段的一條核苷酸鏈中eq\f(C＋G,A＋T)為3∶2C．解旋酶作用于①部位，DNA聚合酶用于催化②部位的化學(xué)鍵構(gòu)成D．將該DNA片段置于14N培養(yǎng)液中復(fù)制3次后，含14N的DNA分子占eq\f(3,4)解題分析由題干可知，該DNA片段中堿基A有400個(gè)，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，A＝T＝400個(gè)，C＝G＝600個(gè)，該DNA片段復(fù)制3次，則需要游離的鳥嘌呤脫氧核苷酸為600×(23－1)＝4200(個(gè))，A錯(cuò)誤；由于堿基A占20%，因此堿基T占20%，堿基C占30%，堿基G占30%，該DNA片段的兩條脫氧核苷酸鏈中eq\f(C＋G,A＋T)為3∶2，則該DNA片段的一條脫氧核苷酸鏈中eq\f(C＋G,A＋T)也為3∶2，B正確；DNA聚合酶用于催化①部位的化學(xué)鍵形成，解旋酶作用于②部位，C錯(cuò)誤；將該DNA片段置于14N培養(yǎng)液中復(fù)制3次后，子代DNA分子全部含有14N，D錯(cuò)誤。答案B題后歸納有關(guān)DNA復(fù)制相關(guān)計(jì)算的兩個(gè)注意點(diǎn)(1)分析被標(biāo)記物質(zhì)所占的比例時(shí)，應(yīng)注意求的是DNA數(shù)，還是脫氧核苷酸鏈數(shù)；看準(zhǔn)是“含”還是“只含”；還應(yīng)注意培養(yǎng)液中化學(xué)元素的不同。(2)在計(jì)算消耗脫氧核苷酸數(shù)時(shí)要明確是經(jīng)過n次復(fù)制還是第n次復(fù)制。題型四DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂[例7]假設(shè)將含有一對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞的DNA分子用15N標(biāo)記，并供給含14N的原料。該細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂產(chǎn)生的4個(gè)精細(xì)胞中，含15N標(biāo)記的DNA的精子所占的比例是()A．0B．25%C．50%D．100%解題分析含有一對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞，每個(gè)DNA分子的雙鏈均用15N標(biāo)記，以14N的脫氧核苷酸為原料，依據(jù)DNA分子的半保留復(fù)制，在減數(shù)分裂前的間期DNA完成復(fù)制后，每個(gè)親代DNA分子經(jīng)過復(fù)制形成的2個(gè)子代DNA分子都有1條鏈含有15N、另一條鏈含有14N，這兩個(gè)DNA分子分別存在于同1條染色體所含有的2條姐妹染色單體上；減數(shù)分裂Ⅰ結(jié)束所形成的2個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞中的每條染色單體都含有15N；在減數(shù)分裂Ⅱ后期，著絲粒分裂，染色單體分離成為染色體，分別移向細(xì)胞兩極，所以減數(shù)分裂Ⅱ結(jié)束所形成的4個(gè)精細(xì)胞都含有15N；精細(xì)胞變形發(fā)育形成精子?？梢?，含15N標(biāo)記的DNA的精子所占的比例是100%。答案D[例8]洋蔥根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中完成一個(gè)細(xì)胞周期，然后轉(zhuǎn)入不含3H標(biāo)記的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)至第一個(gè)細(xì)胞周期的分裂中期，如圖能正確表示該細(xì)胞分裂中期的是(只考慮其中一條染色體上的DNA分子)()解題分析洋蔥根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中完成一個(gè)細(xì)胞周期后，每個(gè)細(xì)胞中的每條染色體上的DNA分子中有且只有一條鏈被3H標(biāo)記，然后轉(zhuǎn)入不含3H標(biāo)記的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，待培養(yǎng)至第一個(gè)細(xì)胞周期的分裂中期時(shí)，每條染色體中只有一條染色單體被標(biāo)記，而且該染色單體的DNA分子中只有一條鏈被3H標(biāo)記。答案D[基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)]知識(shí)點(diǎn)一對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)及DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1.如圖表示早期科學(xué)家對(duì)DNA復(fù)制方式的兩種推測(cè)。據(jù)圖不能作出的推斷是()A.全保留復(fù)制是指兩個(gè)子代DNA中，一個(gè)DNA含兩條母鏈，一個(gè)DNA含兩條全新的子鏈B.半保留復(fù)制是指新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈C.DNA每復(fù)制一次，會(huì)使子代DNA的數(shù)目增加一倍D.DNA的復(fù)制過程是邊解旋邊復(fù)制答案D解析由圖可知，全保留復(fù)制是指兩個(gè)子代DNA中，一個(gè)DNA含兩條母鏈，一個(gè)DNA含兩條全新的子鏈，A不符合題意；由圖可知，半保留復(fù)制指子代DNA鏈中，一條為母鏈，一條為子鏈，B不符合題意；由圖可知，DNA每復(fù)制一次，會(huì)使子代DNA的數(shù)目增加一倍，C不符合題意；由圖無法得出DNA復(fù)制是邊解旋邊復(fù)制的過程這一結(jié)論，D符合題意。知識(shí)點(diǎn)二DNA復(fù)制的過程2.某DNA分子片段為，可進(jìn)行人工復(fù)制使其數(shù)量增加，復(fù)制時(shí)應(yīng)給予的條件是()①—ATGTG—和—TACAC—作模板鏈②四種核糖核苷酸③四種脫氧核苷酸④DNA聚合酶⑤DNA水解酶A.①③④B．①②④C.①②⑤D．①③⑤答案A解析DNA的每一條鏈都作為DNA復(fù)制的模板，需要的原料是四種脫氧核苷酸，需要DNA聚合酶，不需要DNA水解酶。3．如圖表示發(fā)生在根尖分生區(qū)細(xì)胞核內(nèi)的某生理過程，其中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈，下列敘述錯(cuò)誤的是()A.該過程表示的是DNA復(fù)制，該過程需要解旋酶和DNA聚合酶B.根尖分生區(qū)細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂或減數(shù)分裂時(shí)均可發(fā)生圖中所示的過程C.a鏈和c鏈中的堿基序列相同，b鏈和c鏈屬于互補(bǔ)鏈D.該過程遵循的堿基配對(duì)方式是A—T、T—A、G—C、C—G答案B解析圖示為DNA分子復(fù)制過程，該過程需要DNA聚合酶和解旋酶的催化，A正確；根尖分生區(qū)細(xì)胞不能進(jìn)行減數(shù)分裂過程，B錯(cuò)誤；DNA分子復(fù)制的方式是半保留復(fù)制，a鏈和d鏈屬于互補(bǔ)鏈，a鏈和b鏈屬于互補(bǔ)鏈，c鏈和d鏈屬于互補(bǔ)鏈，故a鏈和c鏈中的堿基序列相同，b鏈和c鏈屬于互補(bǔ)鏈，C正確；DNA分子復(fù)制過程中遵循的堿基配對(duì)方式有A—T、T—A、G—C、C—G，D正確。4．圖1為果蠅DNA的電鏡照片，圖中的泡狀結(jié)構(gòu)叫作DNA復(fù)制泡(DNA上正在復(fù)制的部分)；圖2為圖1中一個(gè)復(fù)制泡的模式圖。下列說法錯(cuò)誤的是()A.DNA聚合酶只能催化子鏈從5′→3′延伸B.DNA的復(fù)制為邊解旋邊復(fù)制，多起點(diǎn)雙向復(fù)制C.一個(gè)DNA分子上出現(xiàn)多個(gè)復(fù)制泡可提高DNA復(fù)制效率D.圖2中酶甲為解旋酶，酶乙為DNA聚合酶或RNA聚合酶答案D解析根據(jù)圖示，DNA聚合酶在母鏈上從3′→5′移動(dòng)，說明其只能催化子鏈從5′→3′延伸，A正確；圖2中酶甲為解旋酶，酶乙為DNA聚合酶，D錯(cuò)誤。5．雙脫氧核苷酸常用于DNA測(cè)序，其結(jié)構(gòu)與脫氧核苷酸相似，能參與DNA的合成，且遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。DNA合成時(shí)，在DNA聚合酶作用下，若連接上的是雙脫氧核苷酸，子鏈延伸終止；若連接上的是脫氧核苷酸，子鏈延伸繼續(xù)。在人工合成體系中，有適量的序列為GTACATACGTA的單鏈模板、胸腺嘧啶雙脫氧核苷酸和4種脫氧核苷酸。則以該單鏈為模板合成出的不同長(zhǎng)度的子鏈最多有()A.2種B．3種C．4種D．5種答案C解析根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，單鏈模板序列為GTACATACGTA，其合成的子鏈為CATGTATGCAT。因?yàn)殡p脫氧核苷酸能使子鏈延伸終止，所以在胸腺嘧啶雙脫氧核苷酸存在時(shí)，能形成CAT/GT/AT/GCAT/(“/”表示子鏈延伸終止處)，由此可見，可以形成4種不同長(zhǎng)度的子鏈。知識(shí)點(diǎn)三與DNA復(fù)制相關(guān)的計(jì)算6.某一DNA中，A為200個(gè)，復(fù)制數(shù)次后消耗周圍環(huán)境中含A的脫氧核苷酸3000個(gè)，該DNA已經(jīng)復(fù)制了幾次()A.4次B．3次C．5次D．6次答案A解析某DNA中含有腺嘌呤是200，復(fù)制n次后消耗腺嘌呤脫氧核苷酸3000個(gè)，則有關(guān)系式200×(2n－1)＝3000，解得n＝4。7．一個(gè)不含放射性元素的噬菌體，在脫氧核苷酸被32P標(biāo)記及氨基酸被15N標(biāo)記的細(xì)菌體內(nèi)，連續(xù)繁殖三代，含有32P和15N標(biāo)記的噬菌體分別占子代噬菌體總數(shù)的比例為()A.100%、100% B．25%、50%C.50%、50% D．25%、0答案A解析噬菌體侵染細(xì)菌后在親代噬菌體的DNA的作用下，以細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的脫氧核苷酸和氨基酸為原料合成子代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)外殼。細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)脫氧核苷酸被32P標(biāo)記，氨基酸被15N標(biāo)記，則后代每個(gè)噬菌體都含有32P和15N。知識(shí)點(diǎn)四DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂8.用32P標(biāo)記了玉米體細(xì)胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在第二次細(xì)胞分裂的中期、后期，一個(gè)細(xì)胞中的染色體總條數(shù)和被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)分別是()A.中期20和20、后期40和20B.中期20和10、后期40和20C.中期20和20、后期40和10D.中期20和10、后期40和10答案A解析玉米的一個(gè)正常細(xì)胞中含有的染色體條數(shù)為20，有絲分裂過程中只有后期染色體加倍(40)，其他時(shí)期染色體條數(shù)與體細(xì)胞都相同(20)，故無論經(jīng)過幾次分裂，在有絲分裂中期染色體條數(shù)都是20，后期染色體條數(shù)都是40。據(jù)分析可知有絲分裂中期、后期染色體條數(shù)分別為20和40條；由于DNA分子的半保留復(fù)制，第一次有絲分裂完成時(shí)，每個(gè)DNA分子中都有1條鏈被32P標(biāo)記；第二次有絲分裂中期時(shí)，每條染色體含有2個(gè)DNA分子，一個(gè)DNA分子兩條鏈均含31P，一個(gè)DNA分子一條鏈被32P標(biāo)記，一條鏈含31P，故被標(biāo)記的染色體為20條，而后期由于染色單體的分開，染色體加倍為40條，被標(biāo)記的染色體只有一半，即20條，A正確。[能力提升]9．下圖表示洋蔥根尖分生區(qū)某細(xì)胞內(nèi)正在發(fā)生的某種生理過程，圖中甲、乙、丙均表示DNA分子，a、b、c、d均表示DNA的一條鏈，A、B表示相關(guān)酶。下列相關(guān)敘述正確的是()A.圖中酶A能使甲解旋，酶B在c鏈的形成及c鏈和d鏈的連接過程中發(fā)揮作用B.若該DNA分子含1000個(gè)堿基對(duì)，其中鳥嘌呤300個(gè)，第三次復(fù)制時(shí)需要消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸4900個(gè)C.若圖示過程發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，乙、丙分開的時(shí)期為減數(shù)分裂Ⅱ后期D.DNA中脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成雙螺旋結(jié)構(gòu)的骨架答案D解析圖中酶A為解旋酶，能使DNA分子解開雙螺旋，酶B為DNA聚合酶，在合成新的子鏈c鏈的過程中發(fā)揮作用，但在子代DNA的c鏈和d鏈的連接過程中不發(fā)揮作用，A錯(cuò)誤；據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，該DNA分子含1000個(gè)堿基對(duì)，其中鳥嘌呤300個(gè)，由于A＋G＝1/2堿基總數(shù)，則腺嘌呤為1000－300＝700(個(gè))，第三次復(fù)制時(shí)需要消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸＝(23－22)×700＝2800(個(gè))，B錯(cuò)誤；圖示DNA復(fù)制過程發(fā)生在洋蔥根尖細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)，洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞只進(jìn)行有絲分裂，乙、丙分開的時(shí)期為有絲分裂后期，C錯(cuò)誤。10．某DNA分子(兩條鏈均含14N)含有3000個(gè)堿基，腺嘌呤占35%，若該DNA分子用15N同位素標(biāo)記過的四種游離脫氧核苷酸為原料復(fù)制3次。將全部復(fù)制產(chǎn)物進(jìn)行密度梯度離心，得到如圖1所示結(jié)果；如果將全部復(fù)制產(chǎn)物加入解旋酶處理后再離心，則得到如圖2所示結(jié)果。下列有關(guān)分析不正確的是()A.X層全部是僅含14N的DNAB.X層中含有的DNA數(shù)是Y層的1/3C.W層與Z層的核苷酸鏈數(shù)之比為7∶1D.W層中15N標(biāo)記的胞嘧啶3150個(gè)答案A解析由于DNA分子復(fù)制為半保留復(fù)制，所以X層全部是含14N和15N的DNA，A錯(cuò)誤；DNA分子復(fù)制了3次，產(chǎn)生2個(gè)DNA分子含14N和15N，6個(gè)DNA分子只含15N，所以X層中含有的DNA數(shù)是Y層的1/3，B正確；由于DNA分子復(fù)制了3次，產(chǎn)生了8個(gè)DNA分子，含16條脫氧核苷酸鏈，其中含15N標(biāo)記的有14條鏈，所以W層與Z層的核苷酸鏈之比為14∶2＝7∶1，C正確；由于DNA分子復(fù)制了3次，產(chǎn)生了8個(gè)DNA分子，含16條脫氧核苷酸鏈，其中含15N標(biāo)記的有14條鏈，相當(dāng)于7個(gè)DNA，每個(gè)DNA含有3000個(gè)堿基，腺嘌呤占35%，因此胞嘧啶占15%，共450個(gè)，所以W層中含15N標(biāo)記胞嘧啶為450×7＝3150(個(gè))，D正確。11．如圖甲是DNA分子局部組成示意圖，圖乙表示DNA分子復(fù)制的過程。請(qǐng)回答以下問題：(1)圖中甲有________種堿基，有________個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。從主鏈上看，兩條單鏈的方向________，從堿基關(guān)系上看，兩條單鏈________。(2)圖乙的DNA分子復(fù)制過程中保證DNA分子復(fù)制精確無誤的關(guān)鍵是____________。(3)若圖乙的該DNA分子含有48502個(gè)堿基對(duì)，而子鏈延伸的速度為105個(gè)堿基對(duì)/min，則此DNA分子完成復(fù)制約需要30s，而實(shí)際只需要16s，根據(jù)題圖分析，這是因?yàn)開_______________；由圖可知，延伸的子鏈緊跟著解旋酶，這說明DNA分子復(fù)制是____________。(4)DNA分子在復(fù)制過程中，某位點(diǎn)上的一個(gè)正常堿基(設(shè)為P)經(jīng)誘變變成了尿嘧啶。該DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次，得到的4個(gè)子代DNA分子的相應(yīng)位點(diǎn)上的堿基對(duì)分別為U—A、A—T、G—C、C—G。推測(cè)“P”可能是()A.胸腺嘧啶B.腺嘌呤C.胸腺嘧啶或腺嘌呤D.胞嘧啶或鳥嘌呤答案(1)42反向平行互補(bǔ)配對(duì)(2)堿基互補(bǔ)配對(duì)(3)多起點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行邊解旋邊復(fù)制(4)D解析(3)若單起點(diǎn)單向