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1、第三节 DNA 的复制第三节 DNA 的复制 目标导航 1.结合探究活动，掌握 DNA 分子的复制过程。2.阅读教材，简述 DNA 复制的生物 学意义。 一、DNA 复制的概念与时间 1.概念 以亲代 DNA 分子为模板合成子代 DNA 的过程。 2.时间：细胞有丝分裂的间期和减数分裂的间期。 二、DNA 复制的过程及特点 1.DNA 复制的过程 2.DNA 复制的特点 (1)边解旋边复制； (2)半保留复制。 3.意义 在减数分裂和受精作用过程中，遗传信息通过亲代 DNA 的复制传给子代，保持了遗传信息的 连续性。 判断正误： (1)有的细胞并不进行 DNA 复制。( ) (2)DNA 双螺
2、旋全部解链后，开始 DNA 复制。( ) (3)单个脱氧核苷酸在 DNA 酶的作用下连接成子链， 并且 2 条子链形成子代 DNA 分子。 ( ) (4)DNA 的复制需要消耗能量。( ) (5)单个脱氧核苷酸借助 DNA 聚合酶通过氢键彼此连接成 DNA 链。( ) (6)真核细胞核内 DNA 复制后位于两条姐妹染色单体上。( ) (7)DNA 分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。( ) (8)通过碱基互补配对原则，保证了复制的准确进行。( ) (9)通过 DNA 复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。( ) (10)经过 DNA 复制得到的子代 DNA 是由亲代
3、 DNA 链和复制的新链随机结合而成的。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 一、DNA 复制需要的条件、场所、特点及结果意义 1.DNA 分子复制的过程归纳 2.不同生物的 DNA 分子复制的场所 在自然状态下，生物的 DNA 均在细胞中复制Error! 3.复制后两 DNA 分子的位置 核 DNA 复制后位于两姐妹染色单体上。 4.子 DNA 分开时刻及去向 细胞分裂过程中，两子 DNA 随着丝粒分裂姐妹染色单体分开而分开，即两子 DNA 分开于有丝 分裂后期或减数第二次分裂后期。 5.巧记 DNA 分子复制的“一、二、三、四” 若
4、图中的亲代 DNA 分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，请结合图示分析以下问题。 1.关于 DNA 分子数 (1)子代 DNA 分子总数2n个。 (2)含 15N 的 DNA 分子数2 个。 (3)含 14N 的 DNA 分子数2n个。 (4)只含 15N 的 DNA 分子数0 个。 (5)只含 14N 的 DNA 分子数(2n2)个。 2.关于脱氧核苷酸链数 (1)子代 DNA 分子中脱氧核苷酸链数2n1条。 (2)含 15N 的脱氧核苷酸链数2 条。 (3)含 14N 的脱氧核苷酸链数(2n12)条。 3.关于消耗的脱氧核苷酸数 设亲代 DNA 分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则 (1)经过n次
5、复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m(2n1)个。 (2)在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m2n1个。 1.下图表示 DNA 复制的过程，结合图示，下列有关叙述不正确的是( ) A.DNA 复制过程中首先需要解旋酶破坏 DNA 双链之间的氢键，使两条链解开 B.DNA 分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反 C.从图示可知，DNA 分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间 D.DNA 分子的复制需要 DNA 聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成 DNA 片段 问题导析 (1)DNA 分子过程中的解旋酶破坏 DNA 双链之间的氢键，使两条链解开。 (2)DNA 分子两条链是
6、反向平行的，两条链复制时箭头方向是相反的。 (3)图示中复制的起点只有 1 个，不能体现 DNA 分子具有多起点复制的特点。 (4)DNA 聚合酶的作用底物是单个游离的脱氧核苷酸。 答案 C 一题多变 判断正误： (1)DNA 解旋后的每一条脱氧核苷酸链都可以作为 DNA 复制的模板。( ) (2)通过 DNA 复制，可以将遗传信息准确无误地从亲代传给子代。( ) (3)减数分裂过程中 DNA 分子复制发生于减前的间期、两分子 DNA 分开发生于减后期。 ( ) (4)1个DNA分子复制n次后所产生的新DNA分子中只有两个子DNA含第一代DNA的链。 ( ) 答案 (1) (2) (3) (4
7、) 二、研究 DNA 复制常用方法 1.研究 DNA 复制常用同位素标记法和离心法 常标记 3H、15N、32P，通过离心不同质量的 DNA 在试管中占据不同位置确定复制方式。 2.实例 (1)方法：同位素标记及密度梯度离心法。 (2)实验原理 含 15N 的双链 DNA 密度大，含14N 的双链 DNA 密度小，一条链含14N、一条链含15N 的双链 DNA 分子密度居中。 (3)实验假设 DNA 以半保留的方式复制。 (4)实验预期 离心后应出现 3 条 DNA 带。 重带(密度最大)：两条链都为 15N 标记的亲代双链 DNA。 中带(密度居中)：一条链为 14N 标记，另一条链为15N
8、 标记的子代双链 DNA。 轻带(密度最小)：两条链都为 14N 标记的子代双链 DNA。 (5)实验过程 (6)过程分析 立即取出，提取 DNA 离心 全部重带。 繁殖一代后取出，提取 DNA 离心 全部中带。 繁殖两代后取出，提取 DNA 离心 轻带、 中带。 1 2 1 2 (7)实验结论 DNA 的复制是以半保留方式进行的。 (8)重带中带轻带比例关系为 02(2n2)(注：n代表 DNA 复制次数)。 1.DNA 复制是否只在有丝分裂和减数分裂过程中进行？是否只发生于细胞核中？ 答案 不是， 无丝分裂过程中也发生 DNA 复制 ； 线粒体和叶绿体中也有 DNA， 也进行 DNA 复制
9、。 2.如果将 DNA 分子的两条链用 15N 标记，转移到含14N 的培养基中培养，试分析子代 DNA 被标 记的情况。 DNA 复制次 数 含 15N 的 DNA 含 14N 的 DNA 含 15N 的 DNA 链 含 14N 的 DNA 链 复制 1 次_ 复制 2 次_ 答案 2 2 2 2 2 4 2 6。 3.若用 15N 标记一个 DNA 分子的两条链，用含14N 标记的脱氧核苷酸为原料复制一次。那么， 半保留复制和全保留复制两种情况下产生的子代 DNA 有什么不同？ 答案 半保留复制：两个子代 DNA 分子都为一条链含 15N，一条链含14N。 全保留复制：子代 DNA 分子中
10、有一个两条链都为 14N，另一个两条链都为15N。 2.在氮源为 14N 和15N 的培养基上生长的大肠杆菌，其 DNA 分子分别为14NDNA(相对分子质 量为 a)和 15NDNA(相对分子质量为 b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N 的培养基上，再连续 繁殖两代(和)，用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。下列对此实验的叙述不正 确的是( ) A.代细菌 DNA 分子中一条链是 14N，另一条链是15N B.代细菌含 15N 的 DNA 分子占全部 DNA 分子的1 4 C.预计代细菌 DNA 分子的平均相对分子质量为7ab 8 D.上述实验结果证明 DNA 复制方式为半保留复制 问题导
11、析 (1)15NDNA 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。 (2)子代的两个 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 14NDNA 分子和 14N、15NDNA 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 。 1 2 (3)代细菌 DNA 分子共有 8 个，各条单链的相对分子质量之和为(7ab)，平均相对分子质 量
12、为。 7ab 8 答案 B 一题多变 判断正误： (1)将第代细菌离心分离将会出现 3 条带。( ) (2)不管复制多少代，含 15N 标记的 DNA 分子只有两个。( ) (3)从代开始细菌 DNA 分子中至少一条链含 14N。( ) 答案 (1) (2) (3) 1.实验室模拟生物体 DNA 的复制必需的一组条件是( ) 酶 游离的脱氧核苷酸 ATP DNA 分子 mRNA 适宜的酸碱度 适宜温度 tRNA A. B. C. D. 答案 D 解析 DNA 的复制过程是重要的生理过程，离不开酶和能量，还需要 DNA 模板、游离的脱氧 核苷酸等基本条件，而酶的作用受温度、酸碱度的影响。 2.保
13、证准确无误地进行 DNA 复制的关键步骤是( ) A.解旋酶促使 DNA 的两条互补链分离 B.游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对 C.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螺旋结构 答案 B 解析 抓住题中的关键词 “准确无误” ， 那是因为游离的脱氧核苷酸与模板母链上的碱基互补 配对。 3.用 15N 标记的 DNA 分子， 放入14N 培养基中进行复制， 当测得含有15N 的 DNA 分子数为 12.5% 时，该 DNA 分子已复制的次数是( ) A.1 B.2 C.3 D.4 答案 D 解析 DNA 复制为半保留复制， 含 15N 的 DNA 分子在1
14、4N 培养基中复制n次， 则形成 2n个 DNA， 其中含 15N 的 DNA 分子占 ，已知12.5%，则n4。 2 2n 2 2n 4.下列关于 DNA 复制过程的正确顺序是( ) 互补碱基对之间氢键断裂 互补碱基对之间形成氢键 DNA 分子在解旋酶的作用下解 旋 以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对 新链与模板链盘旋成双螺旋结构 A. B. C. D. 答案 A 解析 DNA 分子解旋碱基互补配对合成子链子链与模板链盘绕成双螺旋。 5.据图回答下面的问题。 (1)该图表示的生理过程是_，该过程主要发生在细胞的_部位。 (2)图中 1、 2、 3、 4、 5 对应碱基分别是_、 _、 _、
15、 _、 _。 (3)假如经过科学家的测定，A 链上的某片段中的 ATCG 为 2113，能不能说明该 科学家的测定是错误的？_。原因是_。 (4)如果以 A 链的该片段为模板，复制出的 B 链碱基比例应该是_。 答案 (1)DNA 复制 细胞核 (2)A T C C T (3)不能 在单链中不一定 AT、GC (4)TAGC2113 基础巩固 1.下列关于 DNA 复制的叙述中，不正确的是( ) A.DNA 的复制过程是边解旋边复制 B.在叶肉细胞中 DNA 的复制发生在细胞核、叶绿体和线粒体中 C.DNA 复制过程中，要消耗 ATP 并且需要酶的催化 D.DNA 复制需要的原料是脱氧核糖核酸
16、 答案 D 解析 DNA 复制需要的原料是脱氧核苷酸，脱氧核糖核酸指的是 DNA。 2.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，下图为可能的结果，下列叙述错误的 是( ) A.第一次分裂的子代 DNA 应为 B.第二次分裂的子代 DNA 应为 C.第三次分裂的子代 DNA 应为 D.亲代的 DNA 应为 答案 A 解析 亲代 DNA 为 15N15N，经第一次复制所形成的子代 DNA 应均为15N14N，即中 DNA 应如 图所示。 3.1 个 DNA 复制成 2 个 DNA，这两个携带
17、完全相同遗传信息的 DNA 分子彼此分离发生在( ) A.细胞分裂间期 B.减数第一次分裂后期 C.减数第一次分裂后期和有丝分裂后期 D.减数第二次分裂后期和有丝分裂后期 答案 D 解析 DNA 复制以后，两条染色单体仍由一个着丝粒连接着，而着丝粒分裂的时期即是 DNA 分子彼此分离的时期。 4.某一个 DNA 分子的碱基总数中，腺嘌呤为 200 个，复制n次后，消耗周围环境中含腺嘌呤 的脱氧核苷酸 3 000 个，该 DNA 分子已经复制了几次(是第几代)( ) A.三次(第四代) B.四次(第五代) C.五次(第六代) D.六次(第七代) 答案 B 解析 依题意， 一个 DNA 分子中 A
18、200 个， 设复制n次， 消耗 A 3 000 个， 则(2n1)2003 000，所以n4。 5.将用 15N 标记的一个 DNA 分子放在含有14N 的培养基中，让其复制三次，则含有15N 的 DNA 分子占全部 DNA 分子的比例、 含有 14N 的 DNA 分子占全部 DNA 分子的比例以及含有15N 的脱氧 核苷酸链占全部 DNA 单链的比例依次是( ) A. 、 B. 、1、 1 2 7 8 1 4 1 4 1 4 C. 、 D. 、1、 1 4 7 8 1 8 1 4 1 8 答案 D 解析 15N 标记的 DNA 分子在 14N 的培养基中复制 3 次，形成了 8 个 DNA
19、 分子，共 16 条单链。 由于半保留复制，有 2 个 DNA 分子含 15N，占全部 DNA 分子的 ，只有 2 条链含15N，占全部单 1 4 链的 。 1 8 6.如图所示为 DNA 分子复制过程， 其中 a、 b、 c、 d 表示脱氧核苷酸链。 下列正确的叙述是( ) A.体外复制需要 ATP 和核糖体 B.a 和 d 的碱基序列肯定相同 C.b 中的比值与 c 相同 AT GC D.b 中的比值与 c 相同 AG TC 答案 C 解析 DNA 的复制不需要核糖体，A 错误；DNA 的两条链是互补的，所以 a 和 d 的碱基序列不 相同，B 错误；b 与 c 也是互补关系，所以 b、c
20、 两条链上，的值相同，而的值互为 AT GC AG TC 倒数，C 正确、D 错误。 巩固提升 7.在实验室里，让一个 DNA 分子(称为第一代)连续复制三次，那么，在第四代 DNA 分子中， 含有第一代 DNA 分子链的 DNA 分子占( ) A.100% B.75% C.50% D.25% 答案 D 解析 一个DNA分子复制三次以后， 共形成8个DNA分子， 含有第一代DNA分子链的只有两个， 所以有第一代 DNA 分子链的 DNA 分子占 ，即 25%。故选 D。 1 4 8.已知某 DNA 分子含有 1 000 个碱基对，其中一条链上 AGTC1234； 该 DNA 分 子连续复制了
21、3 次，下列说法正确的是( ) A.共形成了 8 个 DNA 分子，其中有 7 个 DNA 分子中的脱氧核苷酸长链完全是新合成的 B.新合成的子代 DNA 分子中，AGTC1234 C.第 3 次复制时，需要周围环境中 1 600 个含 A 的脱氧核苷酸 D.3 次复制共需周围环境中 4 800 个含 G 的脱氧核苷酸 答案 C 解析 每个 DNA 分子中含 A1 0002400 个，3 次复制共产生 8 个 13 (1234) 2 DNA 分子， 由于是半保留复制， 所以共需含 A 的脱氧核苷酸(231)4002 800 个， 而第 3 次则需 2 800400(221)1 600 个。同理
22、，每个 DNA 分子中含 G600 个，3 次复制共需 含 G 的脱氧核苷酸(231)6004 200 个。 9.用 15N 标记含有 100 个碱基对的 DNA 分子，其中有胞嘧啶 60 个，该 DNA 分子在14N 的培养 基中连续复制 4 次。其结果不可能是( ) A.含有 15N 的 DNA 分子占1 8 B.含有 14N 的 DNA 分子占7 8 C.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸 600 个 D.复制结果共产生 16 个 DNA 分子 答案 B 解析 DNA 的复制是半保留复制，经过四次复制形成 16 个 DNA 分子，有两个 DNA 分子中一条 链含有 15N，另一条链含有1
23、4N，其余 14 个 DNA 分子两条链全部含有14N。该 DNA 分子中含有 胞嘧啶 60 个，由此计算出含有鸟嘌呤 60 个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有 40 个，复制四次需要腺 嘌呤脱氧核苷酸的数量为 40(241)600 个。 10.如图是 DNA 复制图解，请据图回答下面的问题。 (1)DNA 复制的时期是_。 (2)DNA 准确复制的结构基础是_ 和_。 (3)一个被15N标记的DNA分子， 放在没有标记的环境中培养， 复制三次后标记的DNA分子占DNA 分子总数的_，标记的链占全部 DNA 单链的_。 (4)一个 DNA 分子复制完毕后，新形成的 DNA 分子的子链是_。 A.是 DN
24、A 母链的片段 B.和 DNA 母链之一完全相同 C.和 DNA 母链完全不同 D.和 DNA 母链稍有不同 (5)由(3)题可见，DNA 分子复制方式为_复制。 答案 (1)有丝分裂的间期和减数分裂的间期 (2)独特的双螺旋结构 碱基互补配对原则 (3) 1 4 1 8 (4)B (5)半保留 11.某 DNA 分子有 、 两条链，将 链上某一区域放大如右图所示，结合所学知识回答下 列问题： (1)DNA 分子在体内细胞中进行复制时，首先在_酶的作用下 DNA 双链解开。 (2)若 DNA 在复制过程中， 链上的一个碱基发生改变，由 AT，该 DNA 分子经 3 次复制后 所产生的异常 DN
25、A 分子所占的比例为_。 (3)请举一例，说明核中 DNA 分子在细胞分裂间期发生复制的事实：_。 答案 (1)解旋 (2) (3)经细胞分裂间期后，细胞核中 DNA 分子的含量加倍(或经间期后， 1 2 一个着丝粒上含有两条姐妹染色单体) 解析 (1)DNA 分子复制过程中，氢键的断裂需要解旋酶；(2)当一条链上的一个碱基发生改 变后，以这条链为模板复制产生的 DNA 分子均异常，以另一条链为模板复制成的 DNA 分子均 正常，故后代异常 DNA 分子所占比例为 ；(3)经细胞分裂间期后，细胞核中 DNA 含量加倍， 1 2 或一个着丝粒上含有两条姐妹染色单体。 12.请回答下列与 DNA
26、分子的结构和复制有关的问题： (1)DNA 分子复制的时间是_ _，一条脱氧核糖核苷酸链上相邻的碱基靠_ 连接。 (2)在 DNA 分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表 A 和 G，用另一种长度的塑料 片代表 C 和 T，那么由此搭建而成的 DNA 双螺旋的整条模型粗细_，原因是 _。 (3)DNA 分子经过诱变，某位点上的一个正常碱基(P)变成了尿嘧啶，该 DNA 连续复制两次， 得到的 4 个子代 DNA 分子相应位点上的碱基对分别为 UA、AT、GC、CG，推测“P” 可能是_。 (4)7乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。某 DNA 分子中腺嘌呤(A)占碱基
27、 总数的 30%，其中的鸟嘌呤(G)全部被 7乙基化，该 DNA 分子正常复制产生两个 DNA 分子，其 中一个 DNA 分子中胸腺嘧啶(T)占碱基总数的 45%，另一个 DNA 分子中鸟嘌呤(G)所占比例为 _。 (5)请你在下面框图中画出某亲本双链 DNA 分子连续复制两次后的产物模式图。 答案 (1)有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期 脱氧核糖磷酸脱氧核糖 (2) 相同 嘌呤必定与嘧啶互补配对 (3)胞嘧啶或鸟嘌呤 (4)20% (5)如图 解析 (1)DNA 分子复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。 一条脱氧核糖核苷 酸链上相邻的碱基靠“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接。(2)
28、A、G 都为嘌呤，C、T 都 为嘧啶，根据碱基互补配对原则，一条链中嘌呤只能和另一条链中的嘧啶互补配对，故搭建 成的 DNA 模型粗细相同。(3)突变后是 U，则以突变的单链为模板两次复制后形成两个 DNA 分 子，相应位点上的碱基为 UA、AT。另外一条未突变单链两次复制后形成两个 DNA 分子相 应位点上的碱基是 GC、 CG。 所以 P 点正常碱基可能是 G 或 C。 (4)据 DNA 分子中的 A 占 30%， 可知 T 占 30%，C 占 20%，G 占 20%。当其中的 G 全部被 7乙基化后，新复制的两个 DNA 分子 中 G 的比例不变，仍为 20%。(5)DNA 复制为半保留
29、复制，因此在第二次复制形成的 4 个 DNA 分子中，其中 2 个 DNA 分子是亲本链和第二次复制子链形成的，另 2 个 DNA 分子是第一次复 制子链和第二次复制子链形成的。 走进高考 13.(2014上海卷，4)某亲本 DNA 分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的 DNA 子链，以黑色表示第二次复制出的 DNA 子链，该亲本双链 DNA 分子连续复制两次后的产物是 ( ) 答案 D 解析 亲代 DNA 双链用白色表示，DNA 复制方式是半保留复制，因此复制一次后得到的两个 DNA 分子只含有白色和灰色，而第二次复制得到以这两个 DNA 分子的四条链为模板合成的四 个 DNA 分子中，都含有黑色的 DNA 子链，故 D 正确。