人教版高中生物必修2同步学习第3章 第3节 dna的复制 第4节 基因通常是有遗传效应的dna片段.docx
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人教版高中生物必修2同步学习第3章第3节dna的复制第4节基因通常是有遗传效应的dna片段
第3节 DNA的复制第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．运用演绎与推理的方法,阐释DNA复制的条件、过程与特点,提升科学思维能力。
（科学思维） 2.通过探究DNA复制的实验,掌握科学研究的方法,培养实验探究能力。
（科学探究） 3.举例说明基因是核酸的功能片段。
说明基因和遗传信息的关系。
（生命观念）
一、DNA半保留复制的实验证据
1．实验材料：
大肠杆菌。
2．实验方法：
同位素标记技术。
3．实验过程
用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌,即用15N标记大肠杆菌的DNA
将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中
一段时间
收集大肠杆菌并提取DNA,进行密度梯度离心,记录离心后试管中DNA的位置
4．实验结果
（1）复制一次产生的DNA中,一条链含14N,另一条链含15N,即15N/14N—DNA,DNA密度居中。
（2）复制两次产生的DNA中,有两个DNA双链均含14N,即14N/14N—DNA,另两个DNA中一条链含15N,另一条链含14N,即15N/14N—DNA。
5．实验结论：
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
二、DNA复制的过程
1．概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．时间：
细胞分裂前的间期。
3．过程图析
4．结果：
形成两个与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子。
5．特点：
边解旋边复制、半保留复制。
6．准确复制的原因
（1）DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。
（2）通过碱基互补配对,保证了复制准确无误地进行。
7．意义：
将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了遗传信息的连续性。
三、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．说明基因与DNA关系的实例
2．DNA片段中的遗传信息
（1）遗传信息：
蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
（2）特点
①多样性：
碱基排列顺序的千变万化。
②特异性：
每一个DNA分子的碱基有特定的排列顺序。
3．基因：
通常是有遗传效应的DNA片段。
有些病毒的遗传物质是RNA,对这类病毒而言,基因就是有遗传效应的RNA片段。
知识点一 DNA的复制
1．对DNA复制的拓展理解
（1）复制的场所
（2）DNA的复制往往是从多个起点同时进行的,如下图：
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。
2．DNA复制的相关计算
某DNA分子中,含有p个碱基对,其中腺嘌呤为q个,该DNA分子用15N标记,其复制所需原料含14N,其连续复制n次。
过程如图。
（1）DNA分子数
子代DNA分子数
2n
含15N的DNA分子数
2
含14N的DNA分子数
2n
只含14N的DNA分子数
2n－2
（2）脱氧核苷酸链数
子代DNA中脱氧核苷酸链数
2n＋1
含15N的脱氧核苷酸链数
2
含14N的脱氧核苷酸链数
2n＋1－2
（3）消耗脱氧核苷酸数
消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数
（2n－1）q
消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数
（2n－1）（p－q）
1．下列关于DNA复制的叙述,正确的是（ ）
A．在细胞分裂前的间期会发生DNA复制
B．一个DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
C．DNA双螺旋结构全部解链后,开始DNA的复制
D．单个脱氧核苷酸在DNA水解酶的作用下连接合成新的子链
答案：
A
2．下图为真核细胞DNA的复制过程模式图。
据图分析,下列相关叙述错误的是（ ）
A．由图示可知,DNA复制的方式是半保留复制
B．从图中可以看出合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的
C．子链合成的方向是一定的,即只能从5′端→3′端
D．解旋需要解旋酶及DNA聚合酶的催化,且需要消耗ATP
解析：
选D。
由题图可知,新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,因此,DNA复制的方式为半保留复制,A正确；由题图中的箭头可知,两条链上DNA聚合酶移动的方向是相反的,B正确；子链合成的方向是一定的,即只能从5′端向3′端延伸,C正确；题图所示解旋的过程中只有解旋酶的作用,而没有DNA聚合酶的参与,D错误。
3．（2019·河北邢台高一期末）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位于试管的上层
C．细胞经过三次分裂和离心后,3/4的DNA位于试管的中层,1/4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
答案：
C
4．（2019·泰安高一检测）用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在含有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．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个
C．含有14N的DNA分子占7/8
D．复制结果共产生16个DNA分子
解析：
选C。
该DNA分子在14N培养基中连续复制4次,可得到24＝16个DNA分子,其中含有15N的DNA分子占2/16,因为DNA复制的方式为半保留复制,亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中,含有14N的DNA分子占100%,A、D不符合题意,C符合题意；在含有100个碱基对的DNA分子中,若有胞嘧啶60个,则含有腺嘌呤的个数为
＝40个,则连续复制4次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40×（24－1）＝600个,B不符合题意。
画图法解决染色体和DNA复制的问题
第一步：
画出含有染色体的细胞图,并画出相应染色体上的DNA分子。
第二步：
用不同颜色区分特殊链或将有关信息标在线段上。
如下图：
第三步：
与题结合,处理问题,必须分清含有同位素标记的是DNA的单链还是双链。
知识点二 基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．基因的内涵
2．脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系
四者之间的关系图：
5．下图是果蝇某条染色体上的一段DNA分子的示意图。
下列说法正确的是（ ）
A．白眼基因含有多个核糖核苷酸
B．白眼基因是有遗传效应的DNA片段
C．白眼基因位于细胞质内
D．白眼基因的基本组成单位是4种碱基
解析：
选B。
每个DNA分子上含有很多个基因,每个基因中含有许多个脱氧核苷酸,A错误；基因是有遗传效应的DNA片段,其基本组成单位与DNA相同,即为脱氧核苷酸,脱氧核苷酸共有4种,B正确,D错误；染色体是DNA的主要载体,白眼基因位于染色体上,是细胞核基因,C错误。
6．下图表示基因与染色体之间的关系,下列相关叙述错误的是（ ）
A．H是遗传物质的主要载体
B．C的种类有五种
C．E在H上呈线性排列
D．E中的遗传信息在复制过程中严格遵循碱基互补配对原则
解析：
选B。
细胞核中的遗传物质全部分布在染色体上,但细胞质中的遗传物质分布在线粒体和叶绿体中,所以说染色体是遗传物质的主要载体,A正确；因为D是构成DNA的基本单位——脱氧核苷酸,所以C（碱基）的种类只有四种,B错误；基因是具有遗传效应的DNA片段,基因在染色体上呈线性排列,C正确；基因在复制过程中要严格遵循碱基互补配对原则,以确保遗传信息准确地传递给子代,D正确。
核心知识小结
[要点回眸]
[规范答题]
DNA复制发生在细胞分裂前的间期。
DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸做原料以及酶和能量。
DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
DNA分子独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
基因通常是有遗传效应的DNA片段。
DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。
DNA分子具有多样性、特异性。
[随堂检测]
1．（2019·太原高一检测）DNA分子复制时解旋酶作用于下列哪一结构（ ）
解析：
选D。
解旋酶的作用是打开碱基对之间的氢键,使DNA双螺旋解开,A—U属于RNA上的碱基对,G—C属于DNA上的碱基对,D符合题意。
2．（2019·潍坊高一检测）下列关于DNA复制的叙述,正确的是（ ）
A．DNA复制时,亲代DNA中只有一条链是模板
B．精原细胞略微增大进行DNA复制
C．DNA复制在核糖体上进行
D．DNA复制时,以其周围游离的脱氧核糖核酸为原料
解析：
选B。
DNA复制时,亲代DNA中的两条链都是模板,A项错误；精原细胞略微增大,说明细胞处于分裂前的间期,正在进行DNA复制,B项正确；DNA复制主要在细胞核中进行,蛋白质合成在核糖体上进行,C项错误；DNA复制时,以其周围游离的单体——脱氧核糖核苷酸为原料,D项错误。
3．下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图,下列叙述错误的是（ ）
A．酶①和酶②均作用于氢键
B．该过程的模板链是a、b链
C．该过程可发生在细胞分裂前的间期
D．DNA复制的特点是半保留复制
解析：
选A。
由题图可知,酶①（解旋酶）使氢键断裂,而酶②（DNA聚合酶）催化形成磷酸二酯键,A错误；DNA复制过程的模板是亲代DNA的两条链,即a、b链,B正确；DNA复制过程发生在细胞分裂前的间期,C正确；由题图可知,新合成的两个DNA分子各保留亲代DNA分子的一条链,新合成一条链,即DNA复制的特点是半保留复制,D正确。
4．（2019·湖南益阳期末）将大肠杆菌在含有15N标记的15NH4Cl培养液中培养后,再转移到含有14N的普通培养液中培养,8小时后提取DNA进行分析,得出含15N的DNA占总DNA的比例为
则大肠杆菌的分裂周期是（ ）
A．1.3小时 B．1.6小时
C．2.0小时D．4.0小时
解析：
选B。
据题可知,用15N同位素标记细菌的DNA分子,再将它们放入含14N的培养基上连续繁殖,8小时后提取DNA进行分析,得出含15N的DNA占总DNA的比例为
即子代的32个DNA分子中,含15N的DNA分子为2个,说明DNA复制了5次（25＝32）,所以细胞的分裂周期为8÷5＝1.6小时,B符合题意。
5．（2019·甘肃天水一中模拟）下列有关真核生物基因的说法,正确的是（ ）
①基因通常是有遗传效应的DNA片段
②基因的基本单位是核糖核苷酸
③基因存在于细胞核、核糖体等结构中
④基因表达时会受到环境的影响
⑤DNA分子每一个片段都是一个基因
⑥基因在染色体上呈线性排列
⑦基因的分子结构首先由摩尔根发现
A．①②③B．②④⑥
C．①④⑥D．③④⑤
解析：
选C。
基因的基本单位是脱氧核苷酸,②错误；基因不存在于核糖体中,③错误；基因通常是有遗传效应的DNA片段,⑤错误；基因的分子结构首先是由沃森和克里克提出的,⑦错误。
6．分析下图实验过程,据图回答下列问题：
结果Ｆ
（1）上述实验采用了____________________法。
（2）该实验说明了DNA的复制是以________的方式进行的。
答案：
（1）放射性同位素标记
（2）半保留
[课时作业]
A级·合格考通关区
1．（2019·西安高一检测）下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述,正确的是（ ）
A．复制形成的两个子代DNA分子共有2个游离的磷酸基团
B．DNA复制完成后原先的DNA分子不复存在
C．DNA聚合酶催化碱基对之间的连接
D．复制过程中先全部解链,再进行半保留复制
解析：
选B。
DNA分子的每条单链的一端有一个游离的磷酸基团,2个DNA分子共有4条单链,共有4个游离的磷酸基团,A项错误；亲代DNA分子的两条链分别参与形成子代DNA,已经不复存在,B项正确；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸之间的连接,C项错误；DNA复制过程中边解链边进行半保留复制,D项错误。
2．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子链与其非互补的母链之间
解析：
选A。
DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间,A符合题意。
3.（2019·福建龙岩期末）某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如右图所示。
其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。
a、b、c表示离心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。
下列叙述错误的是（ ）
A．本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术
B．a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的
C．b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N/15N－DNA
D．实验结果说明DNA分子的复制方式是半保留复制
解析：
选B。
由题干“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl”和“条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置”可知,本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术,A正确；由题图可知,a管中的DNA密度最大,表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的,B错误；b管中的DNA密度介于a、c管中的之间,表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N/15N－DNA,C正确；实验结果说明DNA分子的复制方式是半保留复制,D正确。
4．某同学经分离得到X、Y两种未知菌种,分析其DNA的碱基组成,发现X菌的腺嘌呤含量为15%,而Y菌的胞嘧啶含量为42%。
下列关于这两个菌种DNA组成的叙述,正确的是（ ）
A．X菌的鸟嘌呤含量为15%
B．X菌的胞嘧啶及鸟嘌呤碱基组成总和为70%
C．Y菌的腺嘌呤数量较X菌的低
D．X菌DNA解旋所需能量较将Y菌解旋所需能量高
解析：
选B。
X菌的腺嘌呤含量为15%,说明胸腺嘧啶的含量为15%,胞嘧啶和鸟嘌呤的含量均为35%,X菌的胞嘧啶及鸟嘌呤碱基组成总和为70%,A错误,B正确；Y菌的胞嘧啶含量为42%,说明腺嘌呤的含量为8%,但具体数量不能确定,C错误；胞嘧啶和鸟嘌呤之间存在三个氢键,氢键越多,解旋所需的能量就越多,但X、Y菌中胞嘧啶和鸟嘌呤具体数量不定,因此无法判断,D错误。
5．（2019·江西临川一中期中）一个双链均被32P标记的DNA由5000个碱基对组成,其中腺嘌呤占20%,将其置于只含31P的环境中复制3次。
下列叙述不正确的是（ ）
A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104
B．复制过程需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．子代DNA分子中含31P与含32P的分子数之比为3∶1
D．子代DNA分子中含31P的单链与含32P的单链之比为7∶1
解析：
选C。
由题意可知,该DNA分子含有5000个碱基对,A占20%,因此A＝T＝10000×20%＝2000,C＝G＝3000,则该DNA分子中含有氢键的数目＝2000×2＋3000×3＝13000个,A正确；DNA分子复制3次得到8个DNA分子,其中有7个DNA分子需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸,所以复制过程需要的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目＝7×3000＝21000个,B正确；子代DNA分子中含32P的DNA分子只有两个,含31P的分子数是8个,二者之比是1∶4,C错误；由题可知,含有32P标记的DNA单链是2条,含有31P的单链是2×8－2＝14条,因此子代DNA分子中含31P的单链与含32P的单链之比为7∶1,D正确。
6．最新研究表明,人类24条染色体上含有3万～4万个蛋白质编码基因。
这一事实说明（ ）
A．基因通常是DNA上有遗传效应的片段
B．基因是染色体
C．1条染色体上有许多个基因
D．基因只存在于染色体上
解析：
选C。
人类24条染色体上含有3万～4万个蛋白质编码基因,说明1条染色体上含有许多个基因,C符合题意。
7．某双链DNA分子共含有含氮碱基1400个,其中一条单链上（A＋T）/（G＋C）＝2/5,则该DNA分子连续复制两次,共需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（ ）
A．300个 B．400个
C．600个D．1200个
解析：
选C。
由题意可知,该DNA分子中T有200个,复制两次需要的游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（22－1）×200＝600个,C符合题意。
8．将用15N标记的一个DNA分子置于含14N的脱氧核苷酸培养基中,经过4次连续复制,含15N标记的脱氧核苷酸链占总脱氧核苷酸链的比例是（ ）
A．1/4B．1/6
C．1/8D．1/16
解析：
选D。
一个含有15N标记的DNA分子经过4次复制得到24＝16个DNA分子,共2×16＝32条脱氧核苷酸链,其中含有15N标记的脱氧核苷酸链只有2条,故含有15N标记的脱氧核苷酸链所占的比例是2/32＝1/16,D符合题意。
9．（2019·枣庄高一检测）为研发一种活性高、半衰期长的新型降钙素（多肽类激素,临床上用于治疗骨质疏松症）,某科研机构从预期新型降钙素的功能出发,推测相应的脱氧核苷酸序列,并人工合成了两条72个碱基的DNA单链,两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA片段,再利用Klenow酶补平,获得双链DNA,过程如下图所示。
分析并回答下列问题：
（1）请画出一个脱氧核苷酸的结构模式图并标注各部分名称。
（2）在DNA单链合成过程中所需条件除酶、模板和原料外还需要________。
（3）Klenow酶是一种________酶,合成的双链DNA有________个碱基对。
（4）用15N标记该双链DNA,复制1次,测得子代DNA中含有15N的单链占50%,该现象________（填“能”或“不能”）说明DNA的复制方式为半保留复制,请分析原因。
答案：
（1）
（2）ATP （3）DNA聚合 126
（4）不能 若为半保留复制,两个子代DNA分别如下图1所示,含有15N的单链占50%；若为全保留复制,两个子代DNA分别如图2所示,含有15N的单链也占50%。
10．（2019·淄博高一检测）下图表示细胞内与基因有关的物质或结构,分析并回答下列问题：
（1）细胞内的遗传物质是[ ]________,基因和它的关系是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）a是指________,e和g的关系是________,e有________种,g被彻底水解后的产物可用字母________表示。
（3）f和i的位置关系是____________________,f和h的关系是________。
（4）1个i和g有两种比例关系：
________和________。
（5）g的空间结构一般表现为______________结构,若其中（C＋G）/（T＋A）＝1/2,则A占总碱基数的比例为______。
答案：
（1）g DNA 基因通常是具有遗传效应的DNA片段,1个DNA分子上含有许多个基因
（2）C、H、O、N、P e是g的基本组成单位 4 b、c、d
（3）f在i上呈线性排列 f控制h的合成
（4）1∶1 1∶2
（5）规则的双螺旋 1/3
B级·等级考拟战区
11．下图所示,a、b、c为3种DNA分子：
a只含15N,b同时含14N和15N,c只含14N,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4代后,这3种DNA分子的比例正确的是（ ）
解析：
选D。
假设亲代DNA分子为n个,则繁殖4代后,DNA分子总数为16n,其中,只含15N标记的DNA分子为0个,同时含14N和15N标记的DNA分子有2n个,只含14N标记的DNA分子有14n个,它们呈现的比例为2∶14,D符合题意。
12．下列关于下图DNA分子片段的说法,正确的是（ ）
A．解旋酶可作用于①②处
B．“G”是鸟嘌呤脱氧核苷酸
C．该DNA的特异性表现在碱基种类和（A＋G）/（C＋T）的比例上
D．把此DNA放在含15N的培养液中复制2代,子代中含15N的DNA占3/4
解析：
选B。
解旋酶的作用是催化氢键,使其断开,使DNA两条链分开,形成两条单链DNA,即作用于图中③处,A错误；“G”是鸟嘌呤脱氧核苷酸,B正确；DNA分子的特异性是由于每个特定的DNA分子都具有其特定的碱基对排列顺序,任何双链DNA分子中,（A＋G）/（C＋T）的值都等于1,故其不具特异性,C错误；把此DNA放在含15N的培养液中复制2代,子代DNA中都含有15N,D错误。
13．（2019·河北衡水中学高一期中）将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌（拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶）放在含有32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到下图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA（虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链）。
下列有关该实验的结果预测与分析,正确的是（ ）
A．DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶3
B．DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因遵循基因分离定律
C．复制n次需要胞嘧啶的数目是（2n－1）（m－a）/2个
D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为（2n＋1－2）条
答案：
D
14．下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程的示意图,下列有关叙述错误的是（ ）
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：
选A。
由题图可知,此段DNA分子有三个复制起点,但多个复制起点并不一定是同时开始的,A错误；由题图中的箭头方向可知,DNA分子是双向复制的,B正确；DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等催化,C正确；半保留复制的模式可以保持前后代的遗传稳定性,多起点复制可以大大提高复制效率,D正确。
15．（2019·山东沂水一中期中）细胞生物都以DNA作为遗传物质,这是细胞具有统一性的证据之一。
请回答下列问题：
（1）DNA复制需要多种酶,这些酶的合成场所是________。
这些酶从合成场所到达作用部位,共需要穿过________层膜结构。
（2）下列表示DNA复制的有关图示中,“A→B→C”表示乳酸菌的DNA复制,“D→E→F”表示哺乳动物的DNA分子复制片段。
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,预计此DNA分子复制的时间需要约30s,而实际上只需16s,分析A～C图可知,其原因是________________________________________________________________________。
②哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2m,若按A～C图所示的方式进行复制,至少需要8h,而实际上只需约6h,分析D～F图可知,其原因是________________________________________________________________________
____________________________。
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