第三节 遗传信息的传递.docx
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第三节遗传信息的传递
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1.阅读教材,结合图3-10,了解对DNA分子复制的推测及实验证据。
2.结合教材图3-11,归纳DNA分子的复制过程、计算规律,并探讨DNA复制的生物学意义。
一、探究DNA分子的复制过程
1.方法
同位素示踪法和密度梯度离心技术。
2.实验材料
大肠杆菌。
3.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15N、一条链含14N的双链DNA密度居中。
4.实验过程
(1)培养含15N的大肠杆菌:
用15NH4Cl作为唯一氮源的培养液培养大肠杆菌若干代,使大肠杆菌的DNA都被放射性同位素15N标记。
(2)转入含14N的培养液中继续培养:
用14NH4Cl作为唯一氮源的培养液培养上述大肠杆菌一代和两代。
(3)离心:
分别将上述一代和两代大肠杆菌的DNA分离出来,做DNA密度梯度超速离心和分析。
5.实验结果
(1)新合成的双链DNA分子中,一条链是来自亲代的DNA,另一条链则是新合成的。
(2)细胞中DNA的复制是以亲代的一条DNA链为模板,按照碱基互补配对原则,合成另一条具有互补碱基的新链。
(3)复制出的DNA分子与亲代DNA分子完全相同。
6.结论
DNA的复制方式为半保留复制。
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,称为DNA的复制。
2.过程
(1)结果:
一个DNA分子形成了两个与亲代完全相同的DNA分子。
(2)特点:
①边解旋边复制;②半保留复制。
3.意义
使亲代的遗传信息传递给了子代,从而保持了前后代遗传信息的连续性。
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)减数分裂过程中DNA分子复制发生于减Ⅰ前的间期、两子代DNA分开发生于减Ⅰ后期。
( )
(8)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。
( )
(9)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。
( )
(10)通过碱基互补配对原则,保证了复制的准确进行。
( )
(11)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。
( )
答案
(1)√
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)√ (9)√ (10)√ (11)√
一、DNA半保留复制的实验证据分析
1.实验方法
放射性同位素标记技术和离心技术。
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。
(1)重带(密度最大):
两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
(2)中带(密度居中):
一条链为14N标记,另一条链为15N标记的子代双链DNA。
(3)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
(1)立即取出,提取DNA→离心→全部重带。
(2)繁殖一代后取出,提取DNA→离心→全部中带。
(3)繁殖两代后取出,提取DNA→离心→
轻带、
中带。
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0∶2∶(2n-2)(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。
2.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分子中有一个两条链都为14N,一个两条链都为15N。
1.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14N-DNA(相对分子质量为a)和15N-DNA(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(Ⅰ和Ⅱ),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.Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N,另一条链是15N
B.Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的
C.预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为
D.上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制
问题导析
(1)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。
(2)子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
。
(3)Ⅲ代细菌DNA分子共有8个,各条单链的相对分子质量之和为(7a+b),平均相对分子质量为
。
答案 B
一题多变
判断正误:
(1)将第Ⅲ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Ⅰ代开始细菌DNA分子中至少一条链含14N。
( )
答案
(1)×
(2)√ (3)√
二、DNA分子复制的过程
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
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.子代DNA分开时刻及去向
细胞分裂过程中,两子代DNA随着丝粒分裂姐妹染色单体分开而分开,即两子代DNA分开于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期并进入两个子细胞中。
5.巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”
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=(2n-2)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=2n+1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=(2n+1-2)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次复制,共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n-1)个。
(2)在第n次复制时,共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n-1个。
2.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。
( )
答案
(1)√
(2)×
解析
(1)DNA一次复制可以形成两个DNA分子,因为解旋后的每条脱氧核苷酸链都可以作为复制的模板。
(2)DNA的复制有一定的准确性,但这种准确性是相对的,可能在复制过程中会发生差错。
1.关于DNA复制的叙述,正确的是( )。
A.复制均在细胞核内进行
B.复制仅发生在有丝分裂的间期
C.复制过程先解旋后复制
D.碱基互补配对保证了复制的准确性
答案 D
解析 只要细胞分裂,DNA就复制,DNA不只存于细胞核内,细胞分裂方式亦不只是有丝分裂;DNA是边解旋边复制,不分先后。
2.体外进行DNA复制的实验,向试管中加入有关的酶、4种脱氧核苷酸和ATP,37℃下保温。
下列叙述中正确的是( )。
A.能生成DNA,DNA的碱基比例与4种脱氧核苷酸的比例一致
B.不能生成DNA,因为缺少DNA模板
C.能生成DNA,DNA的碱基比例不确定,且与酶的来源有一定的关联
D.不能生成DNA,因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件
答案 B
解析 DNA复制需要的条件是模板、原料、酶、能量等,题目的条件缺少模板,不能生成DNA。
3.如图为真核细胞内某DNA片段(15N)结构示意图,共有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DNA片段复制3次,则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸2800个
B.该DNA片段的一条核苷酸链中
为3∶2
C.DNA解旋酶作用于①部位,DNA聚合酶用于催化②部位的化学键构成
D.将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后,含14N的DNA分子占
答案 B
解析 该DNA片段复制3次,则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为600×(23-1)=4200个;由于碱基A占20%,因此碱基T占20%,碱基C占30%,碱基G占30%,该DNA片段的两条脱氧核苷酸链中
为3∶2,则该DNA片段的一条脱氧核苷酸链中
也为3∶2;DNA聚合酶用于构建3,5磷酸二酯键;将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后,子代DNA分子全部含有14N。
4.如图为高等植物细胞中DNA复制过程模式图,请根据图示过程,回答问题。
(1)由图示可知,1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子的方式是_______________________________________________________________。
(2)细胞中DNA复制的场所为________;在复制完成后,乙、丙分开的时期为________________________________________________________。
(3)把乙(只含14N)放在含15N的培养液中培养,复制2次后子代DNA单链中含15N的DNA单链所占的比例是________________。
答案
(1)半保留复制
(2)细胞核、线粒体和叶绿体 有丝分裂后期和减数第二次分裂后期 (3)
基础巩固
1.沃森和克里克在发表了DNA分子双螺旋结构的论文后,又提出了DNA自我复制的假说。
下列有关假说内容的叙述不正确的是( )。
A.DNA复制时,双螺旋将解开,互补的碱基之间的氢键断裂
B.以解开的两条单链为模板,以游离的脱氧核苷酸为原料,依据碱基互补配对原则,通过氢键结合到作为模板的单链上
C.形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链
D.形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成
答案 D
解析 沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制,即形成的DNA分子包括一条母链和一条子链。
2.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.3
C.4D.5
答案 C
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。
3.把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌转移到含重氮(15N)的环境中培养相当于繁殖一代的时间,然后放回原来的环境中培养相当于连续繁殖两代的时间后,分析细菌DNA分子组成,则正确答案应为( )。
选项
DNA分子
轻氮型
中间型
重氮型
A
—
B
-
C
-
D
-
答案 A
解析 细菌繁殖一代后,DNA分子为中间型,连续繁殖两代后,形成的8个DNA分子中,中间型有2个,占
;轻氮型有6个,占
。
4.一个不含放射性元素的噬菌体,在脱氧核苷酸被32P标记及氨基酸被15N标记的细菌体内,连续繁殖三代,含有32P和15N标记的噬菌体分别占子代噬菌体总数的比例为( )。
A.100%、100%B.25%、50%
C.50%、50%D.25%、0
答案 A
解析 噬菌体侵染细菌后在亲代噬菌体的DNA的作用下,以细菌细胞内的脱氧核苷酸和氨基酸为原料合成子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳。
细菌细胞内脱氧核苷酸被32P标记,氨基酸被15N标记,则后代每个噬菌体都含有32P和15N。
5.某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA分子的复制,从而达到控制癌症的目的。
这些药物作用的细胞正处在细胞周期的( )。
A.间期B.前期
C.中期D.后期
答案 A
解析 DNA的复制时期是在细胞分裂间期。
巩固提升
6.用经3H标记的n个噬菌体侵染大肠杆菌,在普通培养基中,培养一段时间后,统计得知培养基中共有后代噬菌体m个,其中含有标记元素的噬菌体占的比例为( )。
A.
B.
C.
D.
答案 B
解析 每个噬菌体共有2条被标记的DNA链,n个噬菌体DNA经复制后被标记的DNA链进入2n个子代噬菌体内,所以被标记的噬菌体所占比例为
。
7.如图表示DNA分子复制的片段,图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。
一般地说,下列各项中正确的是( )。
A.a和c的碱基序列互补,b和c的碱基序列相同
B.a链中
的比值与d链中同项比值相同
C.a链中
的比值与b链中同项比值相同
D.a链中
的比值与c链中同项比值不同
答案 C
解析 DNA复制的特点是半保留复制,b链是以a链为模板合成的,a链和b链合成一个子代DNA分子。
a链中
的值等于b链中
的值。
8.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
答案 A
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,即DNA应如图②所示。
9.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图,据图分析,下列相关叙述错误的是( )。
A.由图示得知,DNA分子复制的方式是半保留复制
B.解旋酶能使双链DNA解开,但需要消耗ATP
C.从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的
D.DNA在复制过程中是先进行解旋,后半保留复制
答案 D
解析 DNA分子的复制是边解旋边复制。
10.如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
答案 A
解析 从图中可以看出DNA分子复制有多个起点,但不是同时开始,因为复制环有大有小,所以A不对。
图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的,真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等参与。
这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性,每次复制都可产生两个DNA分子,提高了效率。
11.在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为14N-DNA(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15N-DNA(亲代)。
将亲代大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基上,让其连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用某种离心方法分离得到的结果如图所示。
请分析:
(1)由实验结果推测第一代(Ⅰ)细菌DNA分子中一条链是________,另一条链是________。
(2)将第一代(Ⅰ)细菌转移到氮源为15N的培养基上,让其繁殖一代,将所得到细菌的DNA分子用同样的方法分离,请参照图,将DNA分子可能出现在试管中的位置画出。
答案
(1)含14N 含15N
(2)如图所示
12.如图为DNA复制的图解,请据图回答下列问题。
(1)DNA复制发生在________期。
(2)②过程称为________。
(3)③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复制具有________________的特点。
(6)具有N个碱基对的一个DNA分子片段中,含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸。
①该片段完成n次复制需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。
②该片段完成第n次复制需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。
A.(2n-1)(N-m)B.2n-1(N-m)
C.2n-1
D.2n
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)①A ②B
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 因为DNA复制为半保留复制,因此亲本DNA的两条链将进入不同的子代DNA分子中,可见A、B项错误;因为第二次复制时得到的4个DNA分子中,都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的,而C项中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链(黑色表示),因此C项错误、D项正确。
14.(2010·北京卷,30改编)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
14NH4Cl
14NH4Cl
繁殖代数
多代
多代
一代
两代
培养产物
A
B
B的子一代
B的子二代
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)
1/2轻带(14N/14N)
1/2中带(15N/14N)
请分析并回答:
(1)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________。
(2)分析讨论:
①若子一代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,则“重带”DNA来自________,据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。
②若将子一代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若在同等条件下将子二代继续培养,子n代DNA离心的结果是:
密度带的数量和位置________,放射性强度发生变化的是________带。
④若某次实验的结果中,子一代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尚有少部分为________。
(3)经上述实验可知DNA的复制方式是半保留复制。
如果1个DNA分子中共有100个碱基对,其中含有腺嘌呤20个,复制4次需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸________个。
第4次复制需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为________个。
(4)若第3组中的离心结果是1/2重带(15N/15N)、1/2轻带(14N/14N),推测DNA的复制方式是________。
答案
(1)3 1 2 半保留复制
(2)①B 半保留 ②不能 ③无变化 轻 ④15N
(3)1200 640 (4)全保留复制
解析
(1)若证明DNA的复制为半保留复制,则需证明后代DNA的两条链,一条链是原来的,另一条链是新合成的,第3组结果与第1组、第2组的结果对比可以证实。
(2)①“轻带”DNA为14N/14N-DNA,“重带”DNA为15N/15N-DNA,据表,“重带”DNA来自于B。
①的结果使后代DNA的两条链或全是原来的,或全是新合成的,说明DNA分子的复制方式不是半保留复制。
②将子—代DNA双链分开后再离心,无法判断后代DNA的两条链的来源,不能判断DNA的复制方式。
③将子二代继续培养,子n代DNA的情况是有2个为15N/14N-DNA。
其余全部为14N/14N-DNA,所以子n代DNA离心的结果是:
密度带的数量和位置没有变化,放射性强度发生变化的是轻带。
④中带为15N/14N-DNA,中带略宽,说明新合成的DNA单链中的N元素还有少部分为15N。
(3)该DNA中有腺嘌呤(A)20个,由于A+G=50%×总碱基数=100,所以鸟嘌呤(G)=80,所以复制4次需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(24-1)·80=1200个。
复制4次消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(24-1)·80,复制3次消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(23-1)·80,所以第4次复制需要的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(24-1)·80-(23-1)·80=24-1·80=640。
(4)离心结果表明,子一代中的两个子代DNA分子中,一个DNA分子两条链来自原来的母链,另一个DNA分子的两条链来自以母链为模板合成的子链。