学年高中生物第3章基因的本质第3节DNA的复制第4节基因是有遗传效应的DNA片段学案.docx
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学年高中生物第3章基因的本质第3节DNA的复制第4节基因是有遗传效应的DNA片段学案
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种脱氧核苷酸作原料以及酶和能量。
3.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。
4.基因是有遗传效应的DNA片段。
5.DNA中碱基对的排列顺序表示遗传信息。
6.DNA分子具有多样性和特异性。
DNA分子的复制
[自读教材·夯基础]
1.概念、时间和场所
2.过程
3.特点
(1)过程:
边解旋边复制。
(2)方式:
半保留复制。
4.准确复制的原因和意义[判断]
(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,保证了复制的准确进行。
(√)
(3)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。
(√)
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?
提示:
不是,无丝分裂过程中也发生DNA复制。
不是,线粒体和叶绿体中也有DNA,也进行DNA复制。
2.如果将DNA分子的两条链用15N标记,转移到含14N的培养基中培养,试分析子代DNA被标记的情况。
DNA复
制次数
含15N的
DNA
含14N的
DNA
含15N的
DNA链
含14N的
DNA链
复制1次
①______
②______
③______
④______
复制2次
⑤______
⑥______
⑦______
⑧______
提示:
①2;②2;③2;④2;⑤2;⑥4;⑦2;⑧6。
3.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?
提示:
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。
[跟随名师·解疑难]
1.DNA半保留复制的实验分析
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)
(2)
[特别提醒] 解答此类问题时,应看准“含”还是“只含”,是“DNA分子数”还是“链数”。
基因是有遗传效应的DNA片段
[自读教材·夯基础]
1.基因与DNA分子的关系
2.DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息:
DNA分子中4种碱基的排列顺序。
(2)DNA分子的特点:
1.请分析基因、DNA和染色体三者之间的关系。
提示:
基因是有遗传效应的DNA片段,染色体是DNA的主要载体,一条染色体上含有许多基因。
2.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,且每个人的DNA分子中脱氧核苷酸序列是特定的。
3.结合蛋白质多样性的原因,分析DNA分子多样性的原因有哪些。
提示:
脱氧核苷酸的种类、数量和排列顺序不同是造成DNA分子多种多样的原因。
[跟随名师·解疑难]
脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系图解
[特别提醒] 基因概念理解的两个误区
①并不是所有的DNA片段都是基因,必须是有遗传效应的DNA片段。
②并不是所有的基因都位于染色体上,叶绿体和线粒体也是基因的载体。
DNA分子复制的过程及有关计算
[例1] 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。
其结果不可能是( )
A.含有15N的DNA分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占7/8
C.消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D.产生了16个DNA分子
[思路点拨]
[解析] 该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次,可得到24个DNA分子,其中含有14N的DNA分子占100%;含有15N的DNA分子占2/16,因为DNA复制为半保留复制,亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中;在含有100个碱基对的DNA分子中,若有胞嘧啶60个,则含有腺嘌呤个数=
=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)。
[答案] B
规律方法
DNA复制消耗脱氧核苷酸数的计算
(1)方法:
①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数为m·(2n-1)个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1。
(2)步骤:
―→
1.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,错误的是( )
A.在第一次复制时,需要(m-a)个
B.在第二次复制时,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DNA分子中的脱氧核糖数目
解析:
选D DNA每次复制时,需要胞嘧啶脱氧核苷酸的数目等于原有DNA分子中的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目。
基因的本质
[例2] 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.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
C.人体细胞内的基因全部位于染色体上
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
[思路点拨]
[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。
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B项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对。
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。
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.下列关于基因的叙述,正确的是( )
A.DNA分子上任意一个片段都是基因
B.人体细胞中染色体是基因的唯一载体
C.等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同
D.基因的多样性决定了DNA分子的多样性
解析:
选C 基因是有遗传效应的DNA片段,而不是DNA分子中任意一片段;人体细胞中染色体是基因的主要载体,线粒体中也分布着一定数量的基因;构成基因基本组成单位的是脱氧核苷酸,基因的多样性和DNA分子的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。
1.探究DNA分子复制的方式。
2.探究DNA分子复制所需的条件及影响因素。
典例剖析
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,实验内容及结果如表。
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)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________。
[解析] 本题主要考查DNA分子复制的相关知识,意在考查学生对同位素示踪技术与密度梯度离心方法的掌握情况。
经过一代培养后,只能是标记DNA分子的一条单链,所以要想对所有的DNA分子全部标记,要进行多代培养;在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中,“重带”应为两条单链均被15N标记,“轻带”为两条单链均被14N标记,“中带”为一条单链被14N标记,另一条单链被15N标记。
[答案]
(1)多 15N/15NH4Cl
(2)3 1 2 半保留复制 (3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N
归纳拓展
同位素示踪法及其应用
(1)同位素示踪法的含义:
同位素示踪法是利用放射性示踪剂,对研究对象进行标记的微量分析方法。
(2)方法应用:
①标记某元素,追踪其转移途径。
如研究光合作用过程中原子的转移轨迹。
②标记化合物:
a.标记特征元素,探究化合物的作用。
如用32P和35S分别标记T2噬菌体中的DNA和蛋白质,探究生物的遗传物质。
b.标记特征化合物,探究详细的生理过程。
如研究分泌蛋白的合成和分泌过程。
[随堂基础巩固]
1.下列叙述不属于沃森和克里克提出的DNA分子复制假说内容的是( )
A.DNA分子复制时,DNA分子解开两条单链作模板
B.DNA分子复制是半保留复制方式
C.DNA分子复制时边解旋边复制
D.DNA分子复制时遵循碱基互补配对原则
解析:
选C DNA分子复制时边解旋边复制不是假说内容,是DNA复制的特点。
2.DNA分子的半保留复制是指( )
A.DNA分子中的一条链进行复制,另一条链不复制
B.DNA分子中的一半进行复制,另一半不复制
C.每一个子代DNA均保留了其亲代DNA分子中的一条单链
D.一个DNA分子复制后产生的两个DNA分子中,一个为亲代DNA分子,另一个为子代DNA分子
解析:
选C 半保留复制是指新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链。
3.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都是一条链白色,一条链灰色;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。
4.某双链DNA分子含有200个碱基对,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4。
下列关于该DNA分子的叙述,错误的是( )
A.共有140个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
C.若该DNA分子中的这些碱基随机排列,可能的排列方式共有4200种
D.若连续复制两次,则需180个游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸
解析:
选C 双链DNA分子含有200个碱基对,说明每条链含有200个碱基。
其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则该链中A、T、G、C分别为20、40、60、80个。
依碱基互补配对原则,在该DNA分子中,C=G=140,A=T=60。
故该DNA分子共有140个鸟嘌呤脱氧核苷酸;该DNA分子中4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=60∶60∶140∶140=3∶3∶7∶7;该DNA分子碱基可能的排列方式小于4200种;若连续复制两次,则需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为(22-1)×60=180个。
5.下面为DNA的复制图解,请据图回答下列问题:
(1)DNA复制发生在______________________期。
(2)②过程称为________。
(3)指出③中的子链:
________。
(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的复制具有________________________特点。
(6)将一个细胞的DNA用15N标记,放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中,连续分裂4次,则含14N的DNA细胞占总细胞数的________,含15N的DNA细胞占总细胞数的________。
(7)已知原来DNA中有100个碱基对,其中A有40个,则复制4次,在复制过程中将需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸参加。
解析:
DNA分子的复制方式为半保留复制,子代DNA分子中有一条母链和与母链互补的子链;复制n次产生的子代DNA分子数为2n个;若亲代DNA分子中含某种碱基数为a个,则复制n次需该种碱基数为a×(2n-1)个。
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)100% 12.5% (7)900
[课时跟踪检测]
(满分50分 时间25分钟)
一、选择题(每小题3分,共24分)
1.DNA分子复制时,解旋酶作用的部位应该是( )
A.腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键
B.腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键
C.脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键
D.脱氧核糖与磷酸之间的化学键
解析:
选B DNA复制过程中用到解旋酶和DNA聚合酶,其中解旋酶的作用是把两条螺旋的双链解开,破坏的是A与T、G与C之间的氢键。
2.下面是人体某一条染色体上的色盲基因S示意图,相关叙述正确的是( )
A.基因S片段中,含有成百上千个核糖核苷酸
B.色盲基因S是有遗传效应的脱氧核苷酸序列
C.基因S控制的性状在遗传时,与性别无关联
D.基因S片段中的4种碱基对随机排列
解析:
选B 组成基因的基本单位是脱氧核苷酸,一个基因含有多个脱氧核苷酸;基因是指有遗传效应的DNA片段;根据题中信息无法判断基因S控制的性状与性别是否有关联;确定的基因中碱基对的排列顺序是确定的,而不是随机排列的。
3.细胞通过DNA修复可使DNA在复制过程中受到损伤的结构大部分得以恢复,以保持其相对稳定。
下列叙述错误的是( )
A.人体细胞内凡是含DNA的结构,就有可能发生DNA分子复制
B.DNA修复需要相应酶的参与
C.DNA修复过程中,一定会涉及碱基互补配对
D.DNA损伤后的修复所需原料为核糖核苷酸
解析:
选D 人体细胞内细胞核、线粒体中都含有DNA,在这两个结构中可能发生DNA复制;DNA修复是细胞内进行的一种生物化学反应,需要相应酶的参与;DNA复制过程中受到的损伤包括碱基对的增添、缺失或替换等,而要使这些损伤得到修复,一定会涉及碱基互补配对;DNA损伤后的修复所需原料为脱氧核苷酸。
4.将大肠杆菌培养在含15N的培养基中若干代,其DNA中的N均为15N。
把被15N标记的大肠杆菌培养在含14N的培养基中,当15N标记的大肠杆菌占大肠杆菌总量的12.5%时,15N标记的大肠杆菌DNA在含14N的培养基中已复制了( )
A.2次 B.3次 C.4次D.5次
解析:
选C 根据DNA分子半保留复制的特点,1个亲代DNA分子不论复制了几代,子代含15N的DNA分子只有2个,因为15N标记的大肠杆菌占大肠杆菌总量的12.5%,所以可以认为:
若开始只有一个大肠杆菌,经过一段时间繁殖后变为2÷12.5%=16个,即DNA复制了4次,与若干个DNA同时复制结果一样。
5.某个DNA片段由500对碱基组成,G+C占碱基总数的34%。
若该DNA片段连续复制3次,第3次复制时,需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为( )
A.1155 B.1320C.2310D.2640
解析:
选B 由于G+C=34%,所以A+T=66%,A=T=33%,整个DNA片段中含有500对碱基,该DNA片段中腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为33%×1000=330个。
在第三次复制时需新合成8条DNA单链,相当于4个DNA分子,因此需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸分子个数为330×4=1320(个)。
6.一个未标记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.1/3,1 B.1/4,1C.1/3,1/2D.1/4,1/2
解析:
选B 由于子一代DNA的一条单链出现差错,所以子二代的4个DNA分子中,差错DNA单链占2/8=1/4;因在15N的环境中复制,所以每个DNA分子都含15N,故选B。
7.下图表示DNA复制的过程,结合图示判断,下列有关叙述错误的是( )
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。
8.下图表示DNA分子片段的复制,图中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。
下列说法正确的是( )
A.a和c的碱基序列互补
B.b和c的碱基序列相同
C.a链中(A+T)/(G+C)的值与b链中同项比值不同
D.a链中(A+T)/(G+C)的值与c链中同项比值相同
解析:
选D 在a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中,a和b、d的碱基互补,d和a、c的碱基互补,b和d、a和c的碱基序列相同。
在双链DNA分子中A=T、G=C,因此一条链中的(A+T)或(G+C)的数量与互补链中的(A+T)或(G+C)的数量相同。
综上可知,a链中(A+T)/(G+C)的值与b链中同项比值相同,与c链中同项比值也相同。
二、非选择题(共26分)
9.(12分)图甲是DNA分子局部组成示意图,图乙表示DNA分子复制的过程。
请回答以下问题:
(1)甲图中有________种碱基,有________个游离的磷酸基团。
从主链上看,两条单链的方向________,从碱基关系看,两条单链________。
(2)DNA分子的________是生物体多样性和特异性的物质基础。
DNA与基因的关系是________________________________________________________________________。
(3)乙图的DNA分子复制过程中除了需要模板和酶外,还需要______________等条件,保证DNA分子复制精确无误的关键是__________________________________________。
(4)若图乙的该DNA分子含有48502个碱基对,而子链延伸的速度为105个碱基对/min,则此DNA复制约需要30s,而实际只需约16s,根据图分析是因为____________;由图可知延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子复制是________________________________________________________________________。
(5)DNA分子在复制过程中,某位点上的一个正常碱基(设为P)由于诱变变成了尿嘧啶。
该DNA连续复制两次,得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U—A、A—T、G—C、C—G。
推测“P”可能是( )
A.胸腺嘧啶 B.腺嘌呤
C.胸腺嘧啶或腺嘌呤D.胞嘧啶或鸟嘌呤
解析:
(1)由图看出DNA分子中有A、T、C、G4种碱基,每一端都有一个游离的磷酸基,两条链的方向相反且平行,碱基遵循互补配对原则。
(2)DNA分子具有多样性和特异性的特点,这也是生物体多样性和特异性的物质基础。
(3)DNA分子复制需要模板、原料、酶和能量等条件;碱基互补配对原则保证了其复制的精确性。
(4)由题意可知,DNA分子复制具有双向复制和边解旋边复制的特点。
(5)根据半保留复制的特点,DNA分子经过两次复制后,突变链形成的两个DNA分子中含有U—A、A—T碱基对,而另一条正常链形成的两个DNA分子中含有G—C、C—G碱基对,因此替换的可能是G,也可能是C。
答案:
(1)4 2 反向平行 互补
(2)多样性和特异性 基因是有遗传效应的DNA片段 (3)原料、能量 碱基互补配对原则 (4)复制是双向进行的 边解旋边复制 (5)D
10.(14分)DNA分子双螺旋结构模型提出之后,人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的。
当时推测可能有如图A所示的三种方式。
1958年,梅赛尔(Meselson)和斯特尔(Stahl)用密度梯度离心的方法,追踪由15N标记的DNA亲本链的去向,实验过程是:
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(子Ⅰ代和子Ⅱ代)后离心得到如图B所示的结果。
请依据上述材料回答问题:
(1)如果与对照相比,子Ⅰ代离心后能分辨出轻和重两条密度带,则说明DNA传递遗传信息的方式是________。
如果子Ⅰ代离心后只有1条中等密度带,则可以排除DNA传递遗传信息的方式是________。
如果子Ⅰ代离心后只有1条中等密度带,再继续做子Ⅱ代的DNA密度鉴定:
①若子Ⅱ代离心后可以分出中、轻两条密度带,则可以确定DNA传递遗传信息的方式是________________________________________________________________________。
②若子Ⅱ代离心后不能分出中、轻两条密度带,则可以确定DNA传递遗传信息的方式是________________________________________________________________________。
(2)他们观测的实验数据如下:
梯度离心DNA浮力密度(g/mL)表
世代
实验
对照
亲代
1.724
1.710
子Ⅰ代
1.717
1.710
子Ⅱ代
(1/2)1.717,(1/2)1.710
1.710
子Ⅲ代
(1/4)1.717,(3/4)1.710
1.710
分析实验数据可知:
实验结果与当初推测的DNA三种可能复制方式中的________方式相吻合。
解析:
(1)DNA是双螺旋结构,两条链都含15N的DNA是重带DNA,一条链含15N一条链含14N的DNA是中带DNA,两条链都是14N的是轻带DNA。
(2)分析表格可知:
1.724是重带DNA,1.717是中带DNA,1.710是轻带DNA。
答案:
(1)全保留复制 全保留复制 ①半保留复制 ②分散复制
(2)半保留复制