学年高中生物人教版必修2第三章第34节DNA的复制 基因是有遗传效应的DNA片段.docx
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学年高中生物人教版必修2第三章第34节DNA的复制基因是有遗传效应的DNA片段
第3、4节
DNA的复制__基因是有遗传效应的DNA片段
1.DNA复制发生在细胞分裂的间期。
2.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量等。
3.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
4.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。
5.基因是有遗传效应的DNA片段。
6.DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。
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:
运用同位素示踪技术。
3.实验过程
4.实验结果
(1)复制一次产生的DNA分子中,一条链含14N,另一条链含15N,DNA分子密度居中。
(2)复制两次产生的DNA分子中,有两个DNA分子的双链均含14N,另两个DNA分子中一条链含15N,另一条链含14N。
5.实验结论:
DNA的复制方式为半保留复制。
二、DNA分子复制的概念、过程及特点
1.概念理解
(1)实质:
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。
(2)时间:
有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。
(3)场所:
主要是细胞核。
2.过程[填图]
3.特点
(1)过程:
边解旋边复制。
(2)方式:
半保留复制。
三、基因是有遗传效应的DNA片段
1.基因与DNA分子的关系[填图]
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分子的碱基有特定排列顺序。
(3)与生物体多样性和特异性的关系:
①DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
②生物体的多样性和特异性是DNA分子多样性和特异性的客观体现。
1.判断下列叙述的正误
(1)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板(√)
(2)通过碱基互补配对原则,保证了DNA分子复制的准确进行(√)
(3)DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中(√)
(4)碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性(√)
2.以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板,经复制后的子链是( )
A.—G—A—T— B.—U—A—G—
C.—T—A—G—D.—T—U—G—
解析:
选C DNA复制依据碱基互补配对原则,以“—A—T—C—”链为模板复制得到的子链碱基顺序为“—T—A—G—”。
3.DNA分子解旋是指( )
A.DNA分子中碱基对之间的氢键断裂
B.DNA分子完全水解
C.DNA分子断裂
D.DNA分子不完全水解
解析:
选A DNA分子解旋是指DNA分子中碱基对之间的氢键断裂。
4.在一个细胞周期中,核DNA分子的复制过程发生在( )
A.间期 B.前期 C.中期 D.后期
解析:
选A 在细胞周期中,核DNA分子的复制发生在分裂间期。
5.关于基因的概念,下列叙述错误的是( )
A.基因是具有遗传效应的DNA片段
B.基因是DNA分子上有一定功能的脱氧核糖核苷酸特定的排列顺序
C.基因是染色体的一段
D.基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位
解析:
选C 染色体是基因的载体,基因是具有遗传效应的DNA片段。
1.对DNA复制的理解
(1)能够进行DNA复制的生物:
一切以DNA为遗传物质的生物。
(2)DNA复制的场所:
细胞生物DNA复制主要场所是细胞核,但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制;病毒的DNA复制在宿主细胞内。
(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,不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶,还包括DNA连接酶等。
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分子复制中相关计算的规律方法
DNA分子复制为半保留复制,若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下:
(1)子代DNA共
2n个,其中
(2)脱氧核苷酸链共
2n+1条,其中
(3)消耗的脱氧核苷酸数:
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n-1)个。
②若进行第n次复制,则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
[思考探究]
(1)用15N标记的DNA分子,放入含14N的培养基中进行复制,当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时,该DNA分子复制了几次?
提示:
4次。
含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次,则形成2n个DNA分子,其中含15N的DNA分子占2/2n,已知2/2n=12.5%,则n=4。
(2)DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA分子?
提示:
DNA复制n次形成2n个DNA分子,第n次复制形成2n-1个DNA分子。
[题组冲关]
1.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( )
解析:
选D DNA的复制方式为半保留复制,复制第一次时,由1个DNA复制成的2个DNA都是一条链为白色,一条链为灰色;第二次复制时,2个DNA复制成4个DNA,有8条链,新产生4条链为黑色,分别与原来的链结合。
2.下图为真核细胞DNA复制过程示意。
据图分析,下列相关叙述错误的是( )
A.由图示得知,子链是沿着一定方向延伸的
B.合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的
C.细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体
D.解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化,且需要消耗ATP
解析:
选D 由题图可知,A、B正确;真核细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体和叶绿体中,这三个结构都可以进行DNA复制;解旋不需要DNA聚合酶参与。
3.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分子在含14N的培养基中连续复制4次。
下列结果不可能的是( )
A.含有14N的DNA分子占7/8
B.含有15N的脱氧核苷酸链占1/16
C.复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D.复制后共产生16个DNA分子
解析:
选A DNA进行的是半保留复制,又因所用培养基含14N,所以后代含14N的DNA分子占100%;1个DNA分子连续复制4次会得到16个DNA分子,32条脱氧核苷酸链,其中有2条脱氧核苷酸链为母链(含15N),位于两个子代DNA分子中,故含15N的脱氧核苷酸链占1/16;DNA分子中不相配对的两种碱基之和等于碱基总数的一半,C与A不配对,故该DNA中A有200×1/2-60=40(个),而该DNA分子连续复制4次会得到16个DNA,相当于新合成15个DNA分子,故需要游离腺嘌呤脱氧核苷酸为15×40=600(个)。
[归纳拓展]
有关DNA分子复制相关计算的两个注意点
(1)分析被标记DNA分子所占的比例时,应注意求的是DNA分子数,还是脱氧核苷酸链数;看准是“含”还是“只含”;还应注意培养液中化学元素的不同。
(2)在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。
1.脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系图解
2.全方位理解“基因”
(1)本质上,基因是有遗传效应的DNA片段。
(2)结构上,基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。
(3)功能上,基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
(4)位置上,基因在染色体上呈线性排列。
[题组冲关]
4.下列有关染色体、DNA、基因三者关系的叙述,错误的是( )
A.每条染色体上含有一个或两个DNA,一个DNA分子上含有多个基因
B.生物的遗传中,染色体的行为决定着DNA和基因的行为
C.三者都是生物细胞内的主要遗传物质
D.三者都能复制、分离和传递
解析:
选C DNA是主要的遗传物质,而染色体不是遗传物质,染色体上还含有蛋白质。
一个DNA分子上有多个基因,基因是有遗传效应的DNA片段。
染色体的行为决定着DNA和基因的行为。
在生命活动过程中,基因、DNA都会随染色体的复制而复制。
5.如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.白眼基因基本组成单位是4种碱基
解析:
选B 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;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;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。
一、选择题
1.下列不属于DNA复制条件的是( )
A.解旋酶、DNA聚合酶 B.脱氧核苷酸
C.DNA模板和能量D.核糖核苷酸
解析:
选D DNA分子复制时需要以原DNA分子为模板,ATP提供能量,以脱氧核苷酸为原料,在解旋酶和DNA聚合酶的作用下,按碱基互补配对原则,完成复制过程,该过程不需要核糖核苷酸。
2.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的两条互补链分离
B.游离的脱氧核苷酸上的碱基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螺旋结构
解析:
选B 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,保证了复制能够精确地进行。
3.DNA分子复制时需要解旋,下列哪一组碱基对被解开( )
A.鸟嘌呤和腺嘌呤B.胸腺嘧啶和胞嘧啶
C.腺嘌呤和胸腺嘧啶D.腺嘌呤和胞嘧啶
解析:
选C 根据碱基互补配对原则,A与T配对,G与C配对,在DNA分子复制时,解旋酶解开配对碱基间的氢键。
4.下列关于DNA分子和基因相互关系的叙述,不正确的是( )
A.基因是具有遗传效应的DNA片段
B.生物体的DNA分子数目小于基因数目
C.基因在DNA上,DNA上所有序列都属于基因
D.基因并不是碱基对随机排列成的DNA片段
解析:
选C DNA分子上分布着多个基因,基因是具有遗传效应的DNA片段,基因位于DNA分子上,DNA上还包含不具有遗传效应的片段,这些片段不能称为基因。
5.如图是用集合的方法表示各种概念之间的关系,其中与图示相符的是( )
选项
1
2
3
4
A
染色体
DNA
RNA
基因
B
DNA
基因
脱氧核苷酸
碱基
C
核酸
DNA
脱氧核苷酸
基因
D
核酸
染色体
DNA
基因
解析:
选B 基因是DNA的一个片段,基因的基本组成单位是脱氧核苷酸,碱基是组成
脱氧核苷酸的成分之一。
6.右图表示发生在细胞核内的某生理过程,其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。
以下说法正确的是( )
A.此过程需要能量和尿嘧啶脱氧核苷酸
B.真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核
C.b链中(A+G)/(T+C)的值一定与c链中的相同
D.正常情况下,a、d链都应该到不同的细胞中去
解析:
选D 据图可知,此生理过程是DNA的复制。
该过程需要的脱氧核苷酸有腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸;真核生物发生此过程的场所有细胞核、线粒体和叶绿体;b链中(A+G)/(T+C)的值与c链中的此比值呈倒数关系。
7.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.DNA分子复制过程需要酶的催化,也需要消耗ATP
B.这一过程是在细胞分裂间期随着染色体的复制而完成的
C.由图可知该过程是边解旋边双向复制,是多个起点同时开始的
D.真核生物的这种复制方式提高了复制效率
解析:
选C DNA分子复制需要模板、原料、酶和能量等基本条件;DNA分子复制是在细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期,随着染色体的复制而完成的;由图可知DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程,且是多个起点开始,但并不是同时开始的;真核生物的这种复制方式使复制效率大大提高。
二、非选择题
8.分析下图,回答有关问题:
(1)图中B是________,C是________,D是________,F是________,G是________。
(2)F的基本组成单位是图中的________,共有________种。
F与H的关系是___________。
(3)图中E和F的关系是____________________________________________________。
决定F结构多样性的是________的排列顺序。
(4)通常情况下,1个H中含________个F,1个F中含有________个E,1个E中含有________个D。
解析:
DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸,它由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮碱基组成;基因是有遗传效应的DNA片段;染色体是遗传物质DNA的主要载体;1条染色体上通常情况下含有一个DNA分子,一个DNA分子上有很多个基因,1个基因由成百上千个脱氧核苷酸构成。
答案:
(1)脱氧核糖 含氮碱基 脱氧核苷酸 DNA 蛋白质
(2)D 4 H是F的主要载体 (3)E是有遗传效应的F的片段 D (4)1 许多 成百上千
9.将亲代DNA用15N标记,放在含有14N的培养基上培养,如图是DNA复制图解,请据图回答问题:
(1)图中长方形A表示______,图中的箭头B表示________________,图中体现了DNA复制的特点是________________。
(2)DNA复制完一次后,2个子代DNA分子共有______个游离的磷酸基团。
分析得知,新合成的DNA分子中,A=T,G=C。
这个事实说明DNA的合成遵循________________。
新合成的DNA分子中,带有15N标记的链占总链数的50%,这个事实说明__________。
(3)15N标记的DNA分子复制4次后,含14N的DNA分子占DNA分子总数的________,若该DNA分子共有300个碱基对,其中胞嘧啶为260个,则第4次复制时,消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸为________个。
解析:
(1)A催化游离的脱氧核苷酸形成互补链,是DNA聚合酶,箭头B代表的是复制的方向,从图中能够看出DNA边解旋边复制的特点。
(2)每个DNA分子的两条链中,每一条链都有一个游离的磷酸基团,所以复制后形成的2个DNA分子共有4个游离的磷酸基团;在DNA分子复制的过程中遵循碱基互补配对的原则;新DNA分子中新链和旧链各占一半,表现了DNA分子的半保留复制的特点。
(3)由于DNA分子的半保留复制的特点,所以含有15N的DNA分子只有2个,经4次复制后共产生了16个DNA分子,而每个DNA分子中都含14N;300个碱基对的DNA分子,含有胞嘧啶260个,则含有腺嘌呤为40个,则第4次复制过程中,会增加8个新DNA分子,所以需要游离的腺嘌呤320个。
答案:
(1)DNA聚合酶 DNA复制方向 边解旋边复制
(2)4 碱基互补配对原则 DNA复制方式为半保留复制
(3)100% 320
一、选择题
1.真核细胞内某基因由1000对脱氧核苷酸组成,其中碱基A占20%。
下列说法正确的是( )
A.该基因一定存在于染色体上
B.该基因的一条脱氧核苷酸链中(C+G)/(A+T)的值为3/2
C.DNA解旋酶能催化该基因水解为多个脱氧核苷酸
D.该基因复制3次,需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸2800个
解析:
选B 真核细胞内的基因包括核基因和质基因,质基因不会存在于染色体上;根据已知条件可知:
在该基因中,A=T=400(个),G=C=600(个),DNA分子中,一条单链的(C+G)/(A+T)的值与整个DNA分子中(C+G)/(A+T)的值相等,本题中(C+G)/(A+T)的值为3/2;解旋酶只能将DNA分子解旋,不能将基因水解成脱氧核苷酸;该基因复制3次,需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为600×(23-1)=4200(个)。
2.科学研究发现,小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。
具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠,吃同样多的高脂肪食物,一段时间后,对照组小鼠变得十分肥胖,而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常,说明( )
A.基因在DNA上 B.基因在染色体上
C.基因具有遗传效应D.DNA具有遗传效应
解析:
选C HMGIC基因缺陷的小鼠体重保持正常,而含有HMGIC基因的小鼠变得肥胖,说明基因具有遗传效应。
3.一个未标记DNA分子在15N的环境中复制,若子一代DNA的一条单链出现差错,则子二代DNA中,差错DNA单链和含15N的DNA分子分别占( )
A.1/3,1B.1/4,1
C.1/3,1/2D.1/4,1/2
解析:
选B 一个未标记的DNA分子在15N的环境中复制两次后,形成的4个DNA分子全部被标记。
若子一代1条单链出现差错,则子二代中有2条单链出现差错,所占比例为1/4。
4.某双链DNA分子中含有200个碱基,一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则该DNA分子中( )
A.四种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
B.连续复制两次,需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个
C.碱基排列方式共有4100种
D.嘌呤总数大于嘧啶总数
解析:
选A 该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,另一条链上A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,故整个DNA分子中A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7;该DNA分子中A、T各30个,G、C各70个,连续复制两次,需要腺嘌呤脱氧核苷酸数为30×(22-1)=90(个);该DNA分子含有100个碱基对,30个A—T碱基对,70个G—C碱基对,碱基排列方式小于4100种;一个DNA分子中嘌呤总数和嘧啶总数相等。
5.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,a、b、c为3种DNA分子:
a只含15N,b同时含14N和15N,c只含14N,如下图,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的DNA分子为0个,同时含14N和15N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子有14n个,它们呈现的比例为D图所示。
6.假设1个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%。
用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。
下列叙述不正确的是( )
A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.噬菌体增殖需要细菌提供场所、原料和酶等
C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
D.噬菌体DNA复制在宿主细胞中进行
解析:
选A A=T=5000×2×20%=2000,G=C=5000×2×30%=3000。
DNA复制n次后需要加入鸟嘌呤脱氧核苷酸的个数=(2n-1)×3000(个),因此DNA复制中需要鸟嘌呤脱氧核苷酸数=99×3000=2.97×105(个)。
噬菌体侵染细菌时,噬菌体的DNA进入作为模板,需要细菌提供场所、原料和酶等。
1个被32P标记的噬菌体经半保留复制形成的100个子代噬菌体中有2个子代噬菌体含32P,98个只含31P,所以含32P的子代噬菌体与只含31P的子代噬菌体的比例为2∶98=1∶49;噬菌体DNA复制在细菌细胞中进行。
7.将DNA双链均含15N的大肠杆菌放在含有14N的普通培养液中培养,8h后提取DNA进行分析,得出含15N的DNA占总DNA的比例为1/16,则大肠杆菌的分裂周期是( )
A.1.3hB.1.6h
C.2.0hD.4.0h
解析:
选B DNA的复制方式为半保留复制,1个DNA分子复制n次后形成2n个DNA分子,其中2个DNA分子含母链DNA。
一个含15N的双链DNA分子,在含有14N的普通培养液中培养n代,子代中含15N的DNA占总DNA的比例为2/2n,根据2/2n=1/16,解得n=5,即8hDNA复制了5次,则分裂周期为8/5=1.6(h)。
8.下图表示DNA复制的过程,结合图示判断,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,生成的两条子链方向相反
C.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
D.DNA的两条子链都是连续合成的
解析:
选D 由图可知,两条子链中,一条是连续合成的,另一条是不连续合成的。
二、非选择题
9.在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为14NDNA(对照);在氮
源为15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为15NDNA(亲代)。
将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用某种离心方法分离得到的结果如下图所示:
请分析回答:
(1)由实验结果可推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链含________,另一条链含________。
(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代,将所得到细菌的DNA用同样方法分离,请参照甲图,将DNA分子可能出现在试管中的位置在乙图中标出。
(3)若将15NDNA(亲代)的大肠杆菌在14N培养基上连续复制3次,则所产生的子代DNA中全含15N(重DNA),一条链含15N(中DNA)及两条链均不含15N(轻DNA)的比例为________,在这些子代DNA中,含15N的链与全部子代DNA链的比例为______________。
(4)若一个DNA分子的一条单链中
=1.5,此比例在其互补链中的比值是______________;在整个DNA分子中的比值是______________。
以该单链为模板合成的子代DNA分子中,A+G的总含量占________。
答案:
(1)14N 15N
(2)如右图
(3)0∶2∶6 2∶16(或1∶8)
(4)2/3 1 50%