版高中生物313dna的复制学案中图版.docx
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版高中生物313dna的复制学案中图版
第三节 DNA的复制
目标导航
1.结合探究活动,掌握DNA分子的复制过程。
2.阅读教材,简述DNA复制的生物学意义。
一、DNA复制的概念与时间
1.概念
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。
2.时间:
细胞有丝分裂的间期和减数分裂的间期。
二、DNA复制的过程及特点
1.DNA复制的过程
2.DNA复制的特点
(1)边解旋边复制;
(2)半保留复制。
3.意义
在减数分裂和受精作用过程中,遗传信息通过亲代DNA的复制传给子代,保持了遗传信息的连续性。
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)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。
( )
(8)通过碱基互补配对原则,保证了复制的准确进行。
( )
(9)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。
( )
(10)经过DNA复制得到的子代DNA是由亲代DNA链和复制的新链随机结合而成的。
( )
答案
(1)√
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)√ (8)√ (9)√ (10)×
一、DNA复制需要的条件、场所、特点及结果意义
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
在自然状态下,生物的DNA均在细胞中复制
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DNA分开时刻及去向
细胞分裂过程中,两子DNA随着丝粒分裂姐妹染色单体分开而分开,即两子DNA分开于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期。
5.巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”
若图中的亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个,请结合图示分析以下问题。
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。
1.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。
( )
(3)减数分裂过程中DNA分子复制发生于减Ⅰ前的间期、两分子DNA分开发生于减Ⅰ后期。
( )
(4)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。
( )
答案
(1)√
(2)× (3)× (4)√
二、研究DNA复制常用方法
1.研究DNA复制常用同位素标记法和离心法
常标记3H、15N、32P,通过离心不同质量的DNA在试管中占据不同位置确定复制方式。
2.实例
(1)方法:
同位素标记及密度梯度离心法。
(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.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________
答案 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?
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,另一个两条链都为15N。
2.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)√
1.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 ③ATP ④DNA分子⑤mRNA ⑥适宜的酸碱度 ⑦适宜温度 ⑧tRNA
A.①②③④⑤⑧B.②③④⑤⑦⑧
C.②③④⑤⑥⑦D.①②③④⑥⑦
答案 D
解析 DNA的复制过程是重要的生理过程,离不开酶和能量,还需要DNA模板、游离的脱氧核苷酸等基本条件,而酶的作用受温度、酸碱度的影响。
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.游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对
C.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
答案 B
解析 抓住题中的关键词“准确无误”,那是因为游离的脱氧核苷酸与模板母链上的碱基互补配对。
3.用15N标记的DNA分子,放入14N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分子已复制的次数是( )
A.1B.2C.3D.4
答案 D
解析 DNA复制为半保留复制,含15N的DNA分子在14N培养基中复制n次,则形成2n个DNA,其中含15N的DNA分子占
,已知
=12.5%,则n=4。
4.下列关于DNA复制过程的正确顺序是( )
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间形成氢键 ③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对 ⑤新链与模板链盘旋成双螺旋结构
A.③①④②⑤B.①④②⑤③
C.①③⑤④②D.①③④②⑤
答案 A
解析 DNA分子解旋→碱基互补配对合成子链→子链与模板链盘绕成双螺旋。
5.据图回答下面的问题。
(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1、2、3、4、5对应碱基分别是________、________、________、________、________。
(3)假如经过科学家的测定,A链上的某片段中的A∶T∶C∶G为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链的该片段为模板,复制出的B链碱基比例应该是________________________。
答案
(1)DNA复制 细胞核
(2)A T C C T (3)不能 在单链中不一定A=T、G=C (4)T∶A∶G∶C=2∶1∶1∶3
基础巩固
1.下列关于DNA复制的叙述中,不正确的是( )
A.DNA的复制过程是边解旋边复制
B.在叶肉细胞中DNA的复制发生在细胞核、叶绿体和线粒体中
C.DNA复制过程中,要消耗ATP并且需要酶的催化
D.DNA复制需要的原料是脱氧核糖核酸
答案 D
解析 DNA复制需要的原料是脱氧核苷酸,脱氧核糖核酸指的是DNA。
2.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,即中DNA应如图②所示。
3.1个DNA复制成2个DNA,这两个携带完全相同遗传信息的DNA分子彼此分离发生在( )
A.细胞分裂间期
B.减数第一次分裂后期
C.减数第一次分裂后期和有丝分裂后期
D.减数第二次分裂后期和有丝分裂后期
答案 D
解析 DNA复制以后,两条染色单体仍由一个着丝粒连接着,而着丝粒分裂的时期即是DNA分子彼此分离的时期。
4.某一个DNA分子的碱基总数中,腺嘌呤为200个,复制n次后,消耗周围环境中含腺嘌呤的脱氧核苷酸3000个,该DNA分子已经复制了几次(是第几代)( )
A.三次(第四代)B.四次(第五代)
C.五次(第六代)D.六次(第七代)
答案 B
解析 依题意,一个DNA分子中A=200个,设复制n次,消耗A3000个,则(2n-1)×200=3000,所以n=4。
5.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.
、
、
B.
、1、
C.
、
、
D.
、1、
答案 D
解析 15N标记的DNA分子在14N的培养基中复制3次,形成了8个DNA分子,共16条单链。
由于半保留复制,有2个DNA分子含15N,占全部DNA分子的
,只有2条链含15N,占全部单链的
。
6.如图所示为DNA分子复制过程,其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。
下列正确的叙述是( )
A.体外复制需要ATP和核糖体
B.a和d的碱基序列肯定相同
C.b中
的比值与c相同
D.b中
的比值与c相同
答案 C
解析 DNA的复制不需要核糖体,A错误;DNA的两条链是互补的,所以a和d的碱基序列不相同,B错误;b与c也是互补关系,所以b、c两条链上,
的值相同,而
的值互为倒数,C正确、D错误。
巩固提升
7.在实验室里,让一个DNA分子(称为第一代)连续复制三次,那么,在第四代DNA分子中,含有第一代DNA分子链的DNA分子占( )
A.100%B.75%
C.50%D.25%
答案 D
解析 一个DNA分子复制三次以后,共形成8个DNA分子,含有第一代DNA分子链的只有两个,所以有第一代DNA分子链的DNA分子占
,即25%。
故选D。
8.已知某DNA分子含有1000个碱基对,其中一条链上A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4;该DNA分子连续复制了3次,下列说法正确的是( )
A.共形成了8个DNA分子,其中有7个DNA分子中的脱氧核苷酸长链完全是新合成的
B.新合成的子代DNA分子中,A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4
C.第3次复制时,需要周围环境中1600个含A的脱氧核苷酸
D.3次复制共需周围环境中4800个含G的脱氧核苷酸
答案 C
解析 每个DNA分子中含A=1000×2×
=400个,3次复制共产生8个DNA分子,由于是半保留复制,所以共需含A的脱氧核苷酸=(23-1)×400=2800个,而第3次则需2800-400×(22-1)=1600个。
同理,每个DNA分子中含G=600个,3次复制共需含G的脱氧核苷酸=(23-1)×600=4200个。
9.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
B.含有14N的DNA分子占
C.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D.复制结果共产生16个DNA分子
答案 B
解析 DNA的复制是半保留复制,经过四次复制形成16个DNA分子,有两个DNA分子中一条链含有15N,另一条链含有14N,其余14个DNA分子两条链全部含有14N。
该DNA分子中含有胞嘧啶60个,由此计算出含有鸟嘌呤60个,腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个,复制四次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40×(24-1)=600个。
10.如图是DNA复制图解,请据图回答下面的问题。
(1)DNA复制的时期是___________________________________________________________。
(2)DNA准确复制的结构基础是____________________________________________________
和_____________________________________________________________________________。
(3)一个被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________。
(4)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母链完全不同
D.和DNA母链稍有不同
(5)由(3)题可见,DNA分子复制方式为________复制。
答案
(1)有丝分裂的间期和减数分裂的间期
(2)独特的双螺旋结构 碱基互补配对原则
(3)
(4)B (5)半保留
11.某DNA分子有α、β两条链,将α链上某一区域放大如右图所示,结合所学知识回答下列问题:
(1)DNA分子在体内细胞中进行复制时,首先在________酶的作用下DNA双链解开。
(2)若DNA在复制过程中,α链上的一个碱基发生改变,由A→T,该DNA分子经3次复制后所产生的异常DNA分子所占的比例为________。
(3)请举一例,说明核中DNA分子在细胞分裂间期发生复制的事实:
____________________。
答案
(1)解旋
(2)
(3)经细胞分裂间期后,细胞核中DNA分子的含量加倍(或经间期后,一个着丝粒上含有两条姐妹染色单体)
解析
(1)DNA分子复制过程中,氢键的断裂需要解旋酶;
(2)当一条链上的一个碱基发生改变后,以这条链为模板复制产生的DNA分子均异常,以另一条链为模板复制成的DNA分子均正常,故后代异常DNA分子所占比例为
;(3)经细胞分裂间期后,细胞核中DNA含量加倍,或一个着丝粒上含有两条姐妹染色单体。
12.请回答下列与DNA分子的结构和复制有关的问题:
(1)DNA分子复制的时间是________________________________________________________
________________,一条脱氧核糖核苷酸链上相邻的碱基靠____________________________连接。
(2)在DNA分子模型搭建实验中,如果用一种长度的塑料片代表A和G,用另一种长度的塑料片代表C和T,那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型粗细________,原因是________________________________________________________________________。
(3)DNA分子经过诱变,某位点上的一个正常碱基(P)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________________。
(4)7乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。
某DNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的30%,其中的鸟嘌呤(G)全部被7乙基化,该DNA分子正常复制产生两个DNA分子,其中一个DNA分子中胸腺嘧啶(T)占碱基总数的45%,另一个DNA分子中鸟嘌呤(G)所占比例为________。
(5)请你在下面框图中画出某亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物模式图。
答案
(1)有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期 —脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
(2)相同 嘌呤必定与嘧啶互补配对 (3)胞嘧啶或鸟嘌呤 (4)20%
(5)如图
解析
(1)DNA分子复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。
一条脱氧核糖核苷酸链上相邻的碱基靠“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。
(2)A、G都为嘌呤,C、T都为嘧啶,根据碱基互补配对原则,一条链中嘌呤只能和另一条链中的嘧啶互补配对,故搭建成的DNA模型粗细相同。
(3)突变后是U,则以突变的单链为模板两次复制后形成两个DNA分子,相应位点上的碱基为U—A、A—T。
另外一条未突变单链两次复制后形成两个DNA分子相应位点上的碱基是G—C、C—G。
所以P点正常碱基可能是G或C。
(4)据DNA分子中的A占30%,可知T占30%,C占20%,G占20%。
当其中的G全部被7乙基化后,新复制的两个DNA分子中G的比例不变,仍为20%。
(5)DNA复制为半保留复制,因此在第二次复制形成的4个DNA分子中,其中2个DNA分子是亲本链和第二次复制子链形成的,另2个DNA分子是第一次复制子链和第二次复制子链形成的。
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 亲代DNA双链用白色表示,DNA复制方式是半保留复制,因此复制一次后得到的两个DNA分子只含有白色和灰色,而第二次复制得到以这两个DNA分子的四条链为模板合成的四个DNA分子中,都含有黑色的DNA子链,故D正确。