人教版高中生物必修二知识讲解巩固练习教学资料补习资料24DNA的复制.docx
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人教版高中生物必修二知识讲解巩固练习教学资料补习资料24DNA的复制
DNA分子的复制
【学习目标】
1、理解证明DNA分子是半保留复制的方法和过程
2、概述DNA分子复制的过程及特点
3、探讨DNA复制的生物学意义
【要点梳理】
要点一：
探究DNA复制方式的实验【DNA分子的复制探究DNA复制方式的实验】
1.1958年，梅塞尔森（Meselson）和斯塔尔（Stahl）密度梯度离心实验
2.分析实验现象
要点诠释：
（1）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，在离心管中离心形成的带位于上层，称为轻带。
（2）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，在离心管中离心形成的带位于下层，称为重带。
（3）将亲代含15N的大肠杆菌转移到含14N的培养基上，繁殖Ⅰ代，将得到的Ⅰ代DNA分子离心，在离心管中形成的带位于中层。
（4）将Ⅰ代DNA分子继续在含14N的培养基上繁殖，得到Ⅱ代DNA分子，同样用密度梯度离心分离，发现Ⅱ代DNA分子在离心管中的位置是轻带和中带。
3、实验结论
DNA分子的复制是半保留复制
要点二：
DNA的复制——以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程
1、场所：
主要是在细胞核（凡是细胞内有DNA的地方均可复制）
（1）真核生物：
细胞核、线粒体、叶绿体，其中主要场所是细胞核
（2）原核生物：
拟核、细胞质（如质粒的复制）
（3）病毒：
宿主细胞内
（4）（细胞核中）时间：
有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。
2、条件：
（1）模板：
亲代DNA分子的两条链
（2）原料：
4种游离的脱氧核苷酸
（3）能量
（4）酶：
解旋酶、DNA聚合酶等
3、过程：
边解旋边复制，分为三个阶段：
（1）解旋，提供模板母链；
（2）以母链为模板，进行碱基互补配对，合成互补子链；
（3）母链和子链盘绕，形成两个新的DNA分子。
即解旋→合成子链→母、子链组成双螺旋。
4、特点：
半保留复制，即新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链（模板链——连续性）。
5、结果：
1个DNA分子形成了2个DNA分子。
新复制的2个子代。
DNA分子通过细胞分裂分配到2个子细胞中去。
6、意义：
使遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性。
7、复制简记：
“1个主要场所（细胞核），2种时期，3步过程，4个条件”
要点三：
DNA复制的有关计算
若取一个全部N原子被15N标记的DNA分子（0代），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分子中，含14N的有2n，n表示复制代数，只含14N的有（2n—2）个，做题时应看准是“含”还是“只含”。
（2）无论复制多少次，含15N的DNA分子数始终是2个，占总数的比例为：
2/2n
（3）子代DNA分子的总链数为2n×2=2n+1条。
含15N的链始终是2条，占总数比例为2/2n+1=1/2n，做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
（4）若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m×（2n—1）个。
若进行第n代复制，需消耗游离的该脱氧核苷酸为m×2n-1。
【典型例题】
类型一：
DNA复制的过程
例1、（2019北京东城调研）下列关于真核细胞DNA分子复制的说法，正确的是（）
A．复制过程主要发生在有丝分裂前期
B．DNA分子先解开双螺旋结构再进行复制
C．复制可发生在细胞核中，也可发生在线粒体和内质网中
D．复制形成的两个子代DNA分子的碱基序列有可能不同
【答案】D
【解析】有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期及无丝分裂均可发生DNA分子的复制。
有DNA结构的场所均可发生DNA复制，如细胞核、线粒体和叶绿体。
DNA分子复制是边解旋边复制。
因DNA分子复制过程中可能发生基因突变，故复制形成的两个DNA分子碱基序列可能不同。
【点评】本题是针对DNA的复制过程进行考察。
【举一反三】：
【变式一】
实验室模拟生物体DNA的复制必需的一组条件是（）
①酶②游离的脱氧核苷酸③ATP④模板DNA分子⑤核糖体⑥适宜的酸碱度⑦适宜的温度⑧tRNA
A．①②③④⑤⑧B．②③④⑥⑦⑧C．①③⑤⑥⑦D．①②③④⑥⑦
【答案】D
【变式二】下列关于DNA复制的叙述，正确的是（）
A．在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制
B．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复制
D．单个脱氧核苷酸在DNA连接酶的作用下连接成新的子链
【答案】A
【解析】DNA通过一次复制后产生两个DNA分子；DNA分子的复制是边解旋边复制；单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接成新的子链
【变式三】
蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是（）
A．每条染色体的两条单体都被标记
B．每条染色体中都只有一条单体被标记
C．只有半数的染色体中一条单体被标记
D．每条染色体的两条单体都不被标记
【答案】B
【解析】由于DNA分子的复制方式为半保留复制，在有放射性标记的培养基中一个细胞周期后，每个DNA分子中有一条链含放射性。
继续在无放射性的培养基中培养时，由于DNA的半保留复制，所以DNA分子一半含放射性，一半不含放射性，每个染色单体含一个DNA分子，所以一半的染色单体含放射性。
类型二：
DNA复制过程中有关碱基的计算
例2、（2018山东理综）某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在。
DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（）
【答案】C
【解析】根据DNA分子的结构特点可知，若DNA分子双链中（A+T）／（C+G）的比值均为m，则每条链中（A+T）／（C+G）比值为m，由此可判断C正确、D错误；DNA分子中（A+C）／（T+G）=1，而每条链中的（A+C）／（T+G）不能确定，但两条链中
的比值互为倒数，故A、B错误。
【点评】先计算出DNA双链中某种碱基的数量，再根据半保留复制的特点进行计算。
【举一反三】：
【变式一】
具有100个碱基对的一个DNA分子片段，内含40个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目是（）
A．60B．80C．120D．180
【答案】D
【解析】根据碱基互补配对原则，可以计算出亲代DNA分子中胞嘧啶（C）的数量为（200－40－40）/2=60（个）；亲代DNA分子经过连续两次复制，会形成4个子代DNA分子，由于DNA复制方式为半保留复制，在形成的4个子代DNA分子中，有两个保留了亲代DNA各一条母链，所以连续复制两次，需提供相当于净合成3个与亲代一样的DNA所需的原料，故需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为60×3＝180（个）。
【变式二】
某一DNA分子中，A为200个，复制次数后消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子已经复制了几次（）
A.4次B.3次C.5次D.6次
【答案】A
【解析】假设复制了n次，这样就可以用这样的公式200×（2n—1）=3000，求得n=4。
类型三：
DNA的半保留复制
例3、蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是（）
A．每条染色体的两条单体都被标记
B．每条染色体中都只有一条单体被标记
C．只有半数的染色体中一条单体被标记
D．每条染色体的两条单体都不被标记
【答案】B
【解析】由于DNA分子的复制方式为半保留复制，在有放射性标记的培养基中一个细胞周期后，每个DNA分子中有一条链含放射性。
继续在无放射性的培养基中培养时，由于DNA的半保留复制，所以DNA分子一半含放射性，一半不含放射性，每个染色单体含一个DNA分子，所以一半的染色单体含放射性。
【点评】本题考查DNA的复制方式——半保留复制。
同时和之前学的细胞分裂的周期相联系起来考查，有一定难度，需同学们深刻掌握。
【举一反三】：
【变式一】
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．1／2，7／8，1／4B．1／4，1，1／8
C．1／4，7／8．1／8D．1／8，1，1／8
【答案】B
例4、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含14N的培养基上，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：
（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，将所得到的细菌的DNA用同样的方法分离。
请参照甲图，将DNA分子可能出现在试管中的位置在乙图标出。
【答案】
（1）15N14N
（2）如右图所示：
【解析】由实验结果分析，14N-DNA为全轻DNA分子，位于离心后的试管上部；15N-DNA为全重DNA分子，位于离心后的试管下部，将含15N的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基中繁殖一代（Ⅰ），其DNA为全中DNA分子，位于试管的中部。
这里最关键的问题是，繁殖一代即DNA复制一次，由于DNA分子是半保留复制，首先将15N-DNA分子解旋成两条单链，然后以含14N的脱氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对原则，各复制一条以14N为氮源的子链，复制后，每分子DNA都是一条链含15N和一条链含14N，故第一代（Ⅰ）的DNA分子全都是位于试管中部的全中DNA分子。
若将第一代（Ⅰ）细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，根据上述道理，将含15N和14N的两条单链分开，以15N的脱氧核苷酸为原料各复制一条单链，将有一半的DNA分子全为15N，一半的DNA分子一条链含15N、另一条链含14N，全含15N的DNA分子离心后位于试管的下部，含一半14N的DNA分子离心后位于试管中部。
【巩固练习】
一、单项选择题：
1.某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA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
2.下列关于DNA分子能够准确复制的原因的解释中，正确的是（）
①活细胞为DNA复制提供了最适宜的环境条件
②DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板
③细胞内DNA聚合酶的催化活性高
④碱基互补配对保证了复制准确无误地进行
A.①④B.①②C.①③D.②④
3.（2018北京海淀期末考）某DNA片段含有100个碱基对，其中胸腺嘧啶为40个，如果该DNA片段连续复制2次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子数为（）
A．60个B．80个C．120个D．180个
4.下列关于DNA复制的叙述，错误的是（）
A．复制发生在细胞分裂间期
B．复制时边解旋边复制
C．复制时需要氨基酸和酶
D．复制遵循碱基互补配对原则
5.根据噬菌体侵染大肠杆菌的实验，请指出DNA的复制场所、模板、和原料分别是（）
①噬菌体内②大肠杆菌体内③大肠杆菌拟核区④噬菌体的RNA⑤噬菌体的DNA⑥大肠杆菌DNA⑦大肠杆菌氨基酸⑧大肠杆菌核苷酸⑨大肠杆菌脱氧核苷酸
A．①⑤⑦B．②④⑨C．②⑤⑨D．③⑥⑧
6.用32P和15N标记的噬菌体侵染大肠杆菌，然后进行测试，在子代噬菌体的化学成分中可测到（）
A．只有15NB．只有32P
C．有15N和32PD．没有15N和32P
7.（2018北京东城联考）用15N标记细菌的DNA，然后将这种细菌放到14N培养基中培养，假定细菌在含14N的培养基中连续分裂产生4个新个体，它们的DNA中含14N链与15N链的比例是（）
A．3∶1B．2∶1C．1∶1D．7∶1
8.（2018哈九中期末）某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链总数的21%，那么，对应的另一条链上的G占该碱基总数的比例是（）
A.35%B.29%C.28%D.21%
9.假定某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子量为a，若将其长期培养在含15N的培养基中便得到含15N的DNA，其相对分子量为b。
现将含15N的DNA的大肠杆菌再培养在含14N的培养基中，那么，子二代DNA的相对分子质量平均为（）
A．（a+b）/2
B．（3a+b）/4
C．（2a+3b）/2
D．（a+3b）/4
10.DNA聚合酶是DNA复制所必需的酶，图中曲线a表示脱氧核苷酸的含量，曲线b表示DNA聚合酶的活性，由图可以推知（）。
A．间期是新细胞周期的开始B．间期细胞内发生DNA聚合酶的合成
C．间期细胞内发生RNA复制D．间期细胞内发生DNA复制
11.用32P标记了玉米体细胞（20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂中期、后期一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体数分别是（）。
A．中期20和20、后期40和20B．中期20和10、后期40和20
C．中期20和20、后期40和10D．中期20和10、后期40和10
二、非选择题
1.图中一、二、三表示DNA复制的过程:
（1）一表示______，这一过程中，DNA分子在的作用下，两条扭成螺旋的长链开始______。
（2）二表示。
每条母链在一些____________的作用下，链上的碱基按照______________________与周围环境中游离的__________________来配对。
（3）三表示____________________________。
2.下图是DNA复制图解，请据图回答问题：
（1）DNA复制的时期是。
（2）DNA准确复制的结构基础是和。
（3）实验室内模拟DNA复制所需的一组条件是。
①DNA模板②解旋酶、连接酶和聚合酶③ATP和四种脱氧核苷
酸④RNA引物⑤适宜的温度和酸碱度
A.①②③B.①②③④
C.①②③④⑤D.①②③⑤
（4）一个有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。
（5）一个DNA分子复制完毕后，新形成的DNA分子的子链是。
A.是DNA母链的片段
B.和DNA母链之一完全相同
C.和DNA母链相同，但T被U所取代
D.和DNA母链稍有不同
3.据图完成下列问题：
（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）图中的1、2、3、4、5分别是______、______、______、______、______。
（3）假如经过科学家的测定，A链上的一段（M）中的A∶T∶C∶G=2∶1∶1∶3，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M为模板，复制出的B链碱基比例应该是________。
4.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Ⅰ代
B的子Ⅱ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）要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过代培养，且培养液中的是唯一氮源。
（2）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。
（3）分析讨论：
①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于代，据此可判断DNA分子的复制方式不是
复制。
②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果（选填“能”或“不能”）判断DNA的复制方式。
③若在同等条件下将子Ⅱ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Ⅰ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。
【答案与解析】
一、单选题
1【答案】A
【解析】DNA复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期，因此抑制肿瘤细胞DNA复制的药物也在间期发挥作用。
2【答案】D
3【答案】D
【解析】利用DNA的半保留复制，碱基互补配对原则，计算所需要的胞嘧啶个数。
4【答案】Ｃ
5【答案】Ｃ
【解析】噬菌体侵染大肠杆菌时，DNA进入到大肠杆菌的体内进行复制，复制时的模板是噬菌体的DNA,原料是大肠杆菌的脱氧核苷酸。
6【答案】C
【解析】噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳留在外面，子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的，N、P存在于DNA分子中。
7【答案】A
【解析】DNA分子复制的原料不含15N，故无论DNA分子复制多少次，在所有的子代DNA分子中，只有2条链含15N，且这两条链分布在2个DNA分子中，假定细菌产生4个新个体，说明DNA复制了两次，故含14N链与15N链的比例是6∶2，即3∶1。
8【答案】B
9【答案】B
【解析】亲代的DNA含有两条链都是15N，在14N的培养基上繁殖两代得到4个DNA分子，得到的子二代DNA分子中，完全含14N的有两个，相对分子质量为2a，另外两个DNA分子一条链含15N，另一条链含14N，相对分子质量为（a+b），所以得到的子二代的平均分子质量为（3a+b）/4。
10【答案】D
【解析】由图示曲线可以看出，间期细胞内DNA聚合酶的活性逐渐升高，且脱氧核苷酸的含量开始增多，后又逐渐减少，说明细胞大量吸收并利用脱氧核苷酸，进行了DNA的复制。
11【答案】A
【解析】一个玉米细胞有20条染色体，内含20个DNA分子，有40条链被标记。
DNA的复制为半保留复制，第一次分裂形成的2个子细胞中所有染色体都被标记（每个DNA分子中一条链被标记，一条链不被标记）；第二次分裂时，中期的染色体都被标记；后期由于染色单体变为染色体，则有一半染色体被标记，为20条。
如果是多个细胞也符合这样的规律。
二、非选择题：
1【答案】
（1）解旋解旋酶解开
（2）以母链为模板进行碱基配对DNA聚合酶碱基互补配对原则脱氧核苷酸
（3）形成两个新的DNA分子
2【答案】
（1）有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期
（2）独特的双螺旋结构碱基互补配对原则
（3）C
（4）1/41/8
（5）B
3【答案】
（1）DNA复制细胞核
（2）ATCCT
（3）不能在单链中不一定A=T、G=C
（4）T∶A∶G∶C=2∶1∶1∶3
4【答案】
（1）多；115NH4CL
（2）3；1；2；半保留复制
（3）①B；半保留②不能③没有变化；轻④15N
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