人教版生物必修2 第3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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人教版生物必修2第3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．理解DNA分子的复制。

（重点）

2．说出DNA与基因、遗传信息间的关系。

（重点）

3．理解DNA分子多样性和特异性的原因。

（重、难点）

　　　　　　　　　　　DNA的复制

1．对DNA分子复制的推测

（1）提出者：

沃森和克里克。

（2）假说内容：

①解旋：

DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，互补碱基之间的氢键断裂。

②复制

③特点：

新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式称做半保留复制。

2．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：

用15N标记细菌的DNA

转入以含14N物质为唯一氮源的培养基中

取细菌，分离DNA，进行密度梯度离心

（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。

3．DNA分子复制的过程

（1）DNA复制的概念、时间、场所：

①概念：

以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

②时间：

有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。

③场所：

主要是细胞核。

（2）DNA分子的复制过程：

（3）特点：

①过程：

边解旋边复制。

②方式：

半保留复制。

（4）准确复制的原因：

①DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。

②通过碱基互补配对保证了复制的准确进行。

（5）意义：

将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

探讨

：

阅读教材P54DNA复制有关内容，并仔细观察DNA复制过程图，尝试归纳DNA复制需要哪些条件？

提示：

（1）模板：

亲代DNA的两条链；

（2）原料：

四种脱氧核苷酸；（3）酶：

解旋酶和DNA聚合酶等酶；（4）能量。

探讨

：

下图是真核生物DNA复制的示意图，从图中你能归纳出哪些信息？

提示：

（1）真核生物DNA分子复制是从多个起点开始的，但是各个起点开始的时间不同（最右边最早）。

（2）真核生物的DNA分子复制是边解旋边双向复制的。

探讨

：

用32P标记玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入含31P的培养基中培养，在第二次细胞分裂中期和后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是多少？

提示：

中期每个细胞含染色体20条，被32P标记的有20条，后期每个细胞含染色体40条，被32P标记的有20条。

1．对DNA复制的理解

（1）DNA复制的场所：

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。

（2）能够进行DNA复制的生物：

一切以DNA为遗传物质的生物。

（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。

③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。

（5）两个子代DNA的位置及分开时间：

复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。

2．DNA复制的有关计算

将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：

（1）DNA分子数。

①子代DNA分子数＝2n个。

②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。

③不含亲代链的子代DNA分子数＝（2n－2）个。

（2）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亲代脱氧核苷酸链数＝2条。

③新合成的脱氧核苷酸链数＝（2n＋1－2）条。

（3）消耗的脱氧核苷酸数：

若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m（2n－1）个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m·2n－1。

1．下图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述不正确的是（　　）

A．由图示可知，DNA分子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

D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP

【解析】　由图示可以看出，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分子复制的方式为半保留复制；由图中的箭头可知，两条链上DNA聚合酶移动的方向是相反的；子链合成的方向是一定的，即只能从5′端向3′端延伸；图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。

【答案】　D

2．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】　15N标记的DNA分子在含14N的培养基中复制4次后，产生16个DNA分子，其中含15N的DNA分子有2个，占1/8，A项，D项正确；经计算，该DNA分子中A＝40个，则复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸15×40＝600个，B项正确；含14N的DNA分子有16个，占总数的100%，C项错误。

【答案】　C

　　　基因是有遗传效应的DNA片段

1．基因与DNA分子的关系

2．DNA片段中的遗传信息[判断]

（1）DNA的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。

（√）

（2）碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。

（√）

（3）每个DNA分子所具有的特定的碱基排列顺序，构成了每一个DNA分子的特异性。

（√）

探讨

：

基因、DNA和染色体三者之间有怎样的关系？

提示：

基因是有遗传效应的DNA片段，染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子，每个DNA上含有许多个基因。

探讨

：

能说基因的载体是染色体吗？

请简要分析。

提示：

不能。

对于真核细胞来说，基因（核基因）在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体，但细胞质基因存在于线粒体、叶绿体中的DNA分子上；对于原核细胞来说，基因则存在于拟核中的DNA分子上，没有染色体这一载体。

探讨

：

在刑侦领域，DNA分子能够像指纹一样用来鉴定个人的身份，你能解释其中的生物学原理吗？

提示：

DNA分子具有多样性和特异性，每个人的DNA分子中脱氧核苷酸序列是不同的，故每个人的DNA分子中脱氧核苷酸序列是特定的。

1．理清脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系：

（1）图解：

（2）范围大小：

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。

1．下列有关基因的叙述，正确的是（　　）

A．基因是控制生物性状的结构单位和功能单位

B．人体细胞内的基因全部位于染色体上

C．经测定，一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中，包含了m个基因，则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对长度

D．基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代

【解析】　基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构单位和功能单位。

人体细胞内的基因主要在染色体上，线粒体DNA分子上也有少量基因。

一个DNA分子上有许多个基因，但并非基因与基因紧密相连，那些没有遗传效应的DNA片段并不是基因，因此C项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对长度。

有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代，无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。

【答案】　A

2．下图表示果蝇某一条染色体上的几个基因，相关叙述中不正确的是（　　）

A．观察图示可知，基因在染色体上呈线性排列

B．图示DNA中只有部分脱氧核苷酸序列能编码蛋白质

C．每个基因均由多个脱氧核糖核苷酸组成

D．由图可知染色体是生物体内基因的唯一载体

【解析】　图示中一条染色体含多个基因，呈线性排列。

基因是具有遗传效应的DNA片段，即基因是DNA上一段段的脱氧核苷酸序列。

染色体不是基因的唯一载体，线粒体和叶绿体中也有基因的存在。

【答案】　D

1．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，如图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

【解析】　亲代DNA为15N/5N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N/14N，应如题图②所示。

【答案】　A

2．下列关于DNA复制条件的叙述，不正确的是（　　）

A．DNA复制时只有DNA的一条链作模板

B．以4种游离的脱氧核苷酸为原料

C．DNA复制过程需要消耗能量

D．没有酶的催化，细胞DNA复制无法进行

【解析】　DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下将双链解开，以解开的两条链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。

【答案】　A

3．下列关于基因概念的叙述，错误的是（　　）

【导学号：

10090096】

A．基因是有遗传效应的DNA片段

B．基因是DNA分子上有一定功能的特定的碱基排列顺序

C．基因是DNA分子上任意一个片段

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】　基因是有遗传效应的DNA片段，是有一定功能的特定的碱基排列顺序。

由于DNA分子上有很多不能控制生物性状的区段，所以基因不能是DNA分子上的任意一个片段。

【答案】　C

4．某双链DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有a个。

该DNA在连续复制时，对所需要的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述，不正确的是（　　）

A．在第一次复制时，需要（m－a）个

B．复制两次时，共需要2（m－a）个

C．在第n次复制时，需要2n－1（m－a）个

D．不论复制多少次，需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目等于所需要的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目

【解析】　双链DNA分子中含2m个碱基，a个腺嘌呤，推算出胞嘧啶个数为：

（2m－2a）/2＝（m－a）个，在第一次复制时，需胞嘧啶脱氧核苷酸个数为（21－1）×（m－a）＝（m－a）个，复制两次需要：

（22－1）×（m－a）＝3（m－a）个，第n次复制时需要：

（2n－1）（m－a）－（2n－1－1）（m－a）＝2n－1（m－a）个；根据DNA中碱基互补配对原则知，胞嘧啶与鸟嘌呤数目相等。

【答案】　B

5．假定某高等生物体细胞的染色体数是10条，其中染色体中的DNA分子用含3H的胸腺嘧啶标记，将该体细胞放入不含有3H标记的培养液中连续培养2代，则在形成的第2代细胞的1个细胞的有丝分裂后期，没有被标记的染色体数为（　　）

A．5条　　　　B．40条

C．20条