2017-2018學(xué)年高中生物 第四章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第13課時 DNA分子的復(fù)制學(xué)案 蘇教版必修2
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1、 第13課時 DNA分子的復(fù)制 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.概述DNA分子的復(fù)制過程。2.掌握DNA分子復(fù)制的有關(guān)計算。 |基礎(chǔ)知識| DNA分子的復(fù)制 1.概念 以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。 2.時間 有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂間期。 3.過程 4.特點 邊解旋邊復(fù)制,半保留復(fù)制。 5.結(jié)果 1個DNA分子形成了2個完全相同的DNA分子。 6.意義 確保了遺傳信息傳遞的連續(xù)性。 |自查自糾| (1)DNA分子的復(fù)制只能發(fā)生在細胞核中( ) (2)DNA復(fù)制時,兩條脫氧核苷酸鏈均作為模板( ) (3)DNA分子完全解鏈為兩條單鏈,才開始進行DN
2、A分子的復(fù)制( ) (4)脫氧核苷酸必須在DNA酶的作用下才能連接形成子鏈( ) (5)復(fù)制后產(chǎn)生的兩個子代DNA分子中共含4個游離的磷酸基團( ) (6)通過DNA復(fù)制,保持了遺傳信息的連續(xù)性( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√ |圖解圖說| ★無論復(fù)制多少次,始終含有2條母鏈。 ________________________________________________________________________ _____________________________________________________
3、___________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 是不是所有的細胞都可以進行DNA復(fù)制? 提示:DNA復(fù)制發(fā)生在細胞分裂間期,高度分化的成熟細胞不可分裂,DNA不可復(fù)制。 探究點一 DNA分子復(fù)制的過程 分析下列DNA分子示意圖,回答: 1.圖中A、B、C分別表示什么過程? 提示 A是
4、解旋、B是合成子鏈、C是螺旋化形成子代DNA。 2.DNA復(fù)制時,是不是先將DNA分子的雙鏈完全解開,然后才開始合成子鏈? 提示 DNA的復(fù)制是邊解旋邊復(fù)制,不能說是先解旋再復(fù)制。 3.新合成的每個子代DNA分子中,都保留了__________中的一條鏈,這種復(fù)制方式稱為________。 提示 親代DNA分子 半保留復(fù)制 4.DNA分子準(zhǔn)確復(fù)制的原因是什么? 提示 DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板。通過堿基互補配對原則,保證了復(fù)制能夠精確地進行。 DNA分子復(fù)制的“一二三四” 一時期:細胞分裂間期。 兩特點:邊解旋邊復(fù)制、半保留復(fù)制。 三步驟:解旋、
5、合成子鏈、螺旋化。 四條件:模板、原料、能量、酶。 【典例1】 下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述中,正確的是( ) A.需要解開DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu) B.以DNA分子的一條鏈作為模板 C.4種游離的核糖核苷酸作為原料 D.A與U互相配對、G與C互相配對 嘗試解答________ 解析 DNA復(fù)制的模板是兩條鏈;DNA復(fù)制以4種游離的脫氧核苷酸為原料;DNA復(fù)制是A與T配對、G與C配對。 答案 A 【跟蹤訓(xùn)練】 1.下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述,正確的是( ) A.DNA分子在解旋酶的作用下,水解成脫氧核苷酸 B.在全部解旋之后才開始堿基配對 C.解旋后以一條母鏈為模板合成兩條
6、新的子鏈 D.復(fù)制后,每個新DNA分子中含有一條母鏈和一條子鏈 解析 DNA分子在解旋酶的作用下,只是破壞氫鍵,破壞了空間結(jié)構(gòu),沒有水解成脫氧核苷酸;DNA分子的復(fù)制方式是邊解旋邊復(fù)制,并且是半保留復(fù)制。 答案 D 探究點二 DNA分子復(fù)制的相關(guān)計算 下圖是DNA分子復(fù)制示意圖,其中親代DNA分子中含有腺嘌呤脫氧核苷酸m個,據(jù)圖回答: 1.關(guān)于DNA分子數(shù) (1)子代DNA分子總數(shù)=______個。 (2)含15N的DNA分子數(shù)=______個。 (3)含14N的DNA分子數(shù)=______個。 (4)只含15N的DNA分子數(shù)=______個。 (5)只含14N的DNA
7、分子數(shù)=______個。 提示 (1)2n (2)2 (3)2n (4)0 (5)(2n-2) 2.關(guān)于脫氧核苷酸鏈數(shù) (1)子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)=________條。 (2)含15N的脫氧核苷酸鏈數(shù)=______條。 (3)含14N的脫氧核苷酸鏈數(shù)=______條。 提示 (1)2n+1 (2)2 (3)(2n+1-2) 3.關(guān)于消耗的脫氧核苷酸數(shù) (1)經(jīng)過n次復(fù)制,共需消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸__________個。 (2)在第n次復(fù)制時,共需消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸________個。 提示 (1)m·(2n-1) (2)m·2n-1 【典例2】 用
8、15N同位素標(biāo)記細菌的DNA分子,再將它們放入含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)繁殖四代,a、b、c為三種DNA分子:a只含15N,b同時含14N和15N,c只含14N,下圖中這三種DNA分子的比例正確的是( ) 嘗試解答________ 解析 1個含15N的DNA分子在含14N培養(yǎng)基上復(fù)制四代,共產(chǎn)生16個DNA分子,其中有2個是15N-14N DNA分子,14個為14N-14N DNA分子,沒有15N-15N DNA分子。 答案 D DNA相關(guān)計算中的“四注意” ①注意是分子還是單鏈。 ②注意是堿基對還是堿基。 ③注意標(biāo)記的是親代還是原料。 ④注意是n次還是第n次。 【跟蹤
9、訓(xùn)練】 2.某雙鏈DNA分子中共有堿基1 400個,其中一條單鏈上(A+T)∶(C+G)=2∶5。問該分子連續(xù)復(fù)制兩次共需游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的數(shù)目是( ) A.200個 B.400個 C.600個 D.1 200個 解析 考查DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制。一條單鏈上(A+T) ∶(C+G)=2∶5,則整個DNA分子中(A+T)∶(C+G)=2∶5,從而求出T=200個。一個DNA分子連續(xù)復(fù)制2次,實質(zhì)上新合成3個DNA分子,故共需T:3×200=600個。 答案 C 知識脈絡(luò) 要點晨背 1.DNA復(fù)制需要解旋酶和DNA聚合酶參與。 2.新合成的每一個DN
10、A分子都保留了親代DNA分子的一條鏈。 3.DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板,通過堿基互補配對保證了復(fù)制能夠精確地進行。 4.DNA分子復(fù)制時是邊解旋邊復(fù)制。 5.DNA分子通過復(fù)制,將遺傳信息傳遞給子代,確保了遺傳信息的連續(xù)性。 1.下列有關(guān)DNA分子復(fù)制的敘述,正確的是( ) A.DNA通過一次復(fù)制后可得到3個DNA分子 B.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解鏈后,開始DNA的復(fù)制 C.解旋后以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈 D.DNA復(fù)制時需要DNA聚合酶 解析 DNA通過一次復(fù)制后得到2個DNA分子,原來的DNA分子已不復(fù)存在。DNA復(fù)制是邊解旋邊復(fù)制,不分先后
11、。DNA復(fù)制時以解開的每一條單鏈為模板,按照堿基互補配對原則,各合成一條子鏈,最后每條新合成的子鏈與對應(yīng)的模板鏈螺旋,形成兩個一樣的DNA分子。 答案 D 2.DNA分子復(fù)制不需經(jīng)過的過程是( ) A.解旋 B.堿基配對 C.螺旋 D.著絲點分開 解析 DNA復(fù)制過程:解旋→按堿基互補配對原則合成子鏈→母鏈與子鏈盤繞成雙螺旋。而著絲點分開是在DNA復(fù)制完成后的有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期完成的。 答案 D 3.具有100個堿基對的1個DNA分子區(qū)段,內(nèi)含40個胸腺嘧啶,如果連續(xù)復(fù)制兩次,則需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)( ) A.60個 B.80個 C.20個
12、D.180個 解析 一個DNA分子含有的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為100-40=60,連續(xù)復(fù)制兩次,DNA分子由1個變?yōu)?個,相當(dāng)于增加了3個DNA分子,所以該過程需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)60×3=180?!? 答案 D 4.某親本DNA分子雙鏈均以白色表示,以灰色表示第一次復(fù)制出的DNA子鏈,以黑色表示第二次復(fù)制出的DNA子鏈,該親本雙鏈DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次后的產(chǎn)物是( ) 解析 DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制,復(fù)制后不存在親代的DNA分子(雙鏈均為白色),排除A、B項;第二次復(fù)制后得到的4個DNA分子中,每個DNA分子各有1條鏈?zhǔn)堑诙螐?fù)制形成的(黑色),排除C項;進一步分析可知
13、D項符合題意。 答案 D 5.細菌在15N培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后,使細菌DNA的含氮堿基皆含有15N,然后再移入14N培養(yǎng)基中培養(yǎng),抽取其子代的DNA經(jīng)高速離心分離,下圖①~⑤為可能的結(jié)果,下列敘述錯誤的是( ) A.第一次分裂的子代DNA應(yīng)為⑤ B.第二次分裂的子代DNA應(yīng)為① C.第三次分裂的子代DNA應(yīng)為③ D.親代的DNA應(yīng)為⑤ 解析 第一次分裂的子代DNA應(yīng)為②。 答案 A 課后跟蹤分層訓(xùn)練 (時間:35分鐘) 1.下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述,正確的是( ) A.產(chǎn)物是RNA分子 B.場所主要是細胞質(zhì)基質(zhì) C.原料是氨基酸 D.方式是半保留復(fù)制 解
14、析 DNA復(fù)制產(chǎn)物是DNA,場所主要是細胞核,原料是脫氧核苷酸。 答案 D 2.DNA分子的半保留復(fù)制是指( ) A.DNA分子中的一條鏈進行復(fù)制,另一條鏈不進行復(fù)制 B.DNA分子中的一半進行復(fù)制,另一半不進行復(fù)制 C.每一條子代DNA分子保留了其親代DNA分子中的一條單鏈 D.DNA分子復(fù)制后,一個仍為親代DNA分子,另一個為子代DNA分子 解析 半保留復(fù)制是指DNA復(fù)制時,親代DNA分子的每一條鏈均可作為模板,按照堿基互補配對原則形成一條與之互補的子鏈,母鏈與對應(yīng)子鏈結(jié)合,形成新的DNA分子。 答案 C 3.DNA分子復(fù)制時解旋酶作用的結(jié)構(gòu)可以是( ) A. B.
15、 C.A—U D.G—C 解析 DNA分子復(fù)制時,解旋酶的作用是使DNA堿基對間的氫鍵斷開。DNA中堿基對有G—C、A—T兩種。 答案 D 4.DNA一般能準(zhǔn)確復(fù)制,其原因是( ) ①DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供模板 ②DNA復(fù)制發(fā)生于細胞分裂的間期 ③堿基互補配對是嚴(yán)格的?、墚a(chǎn)生的兩個子代DNA均和親代DNA相同 A.②④ B.②③ C.①④ D.①③ 解析 DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)經(jīng)解旋后為DNA復(fù)制提供兩條模板(即復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn)),嚴(yán)格的堿基互補配對原則保證了DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性,它保證子代DNA是以親代DNA提供的兩條模板為標(biāo)準(zhǔn)合成的。 答案 D 5.已知DNA分
16、子的一條母鏈上的部分堿基排列順序為-A-C-G-T-,那么,以另一條母鏈為模板,經(jīng)復(fù)制后得到的對應(yīng)子鏈的堿基排列順序是( ) A.-T-G-C-A- B.-A-C-G-T- C.-U-G-C-A- D.-A-C-G-U- 解析 注意題中的信息,模板為另一條母鏈,所以復(fù)制后得到的子鏈的堿基排列順序應(yīng)該和這條母鏈相同。 答案 B 6.用15N標(biāo)記含有100個堿基對的DNA分子,其中有胞嘧啶60個,該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制4次。下列有關(guān)判斷錯誤的是( ) A.含有15N的DNA分子占1/8 B.含有14N的DNA分子占7/8 C.復(fù)制過程中需腺嘌呤脫氧核苷酸600
17、個 D.復(fù)制結(jié)果共產(chǎn)生16個DNA分子 解析 用15N標(biāo)記的DNA分子在含有14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng),連續(xù)復(fù)制4次得到16個DNA分子,其中含有15N標(biāo)記的DNA分子有兩個,占1/8,A、D項正確。16個DNA分子中每個DNA分子都含有14N,故B項錯誤。DNA分子中胞嘧啶有60個,則該DNA分子中含有腺嘌呤(200-60×2)/2=40,則復(fù)制過程需要的腺嘌呤數(shù)為(24-1)×40=600,故C項正確。 答案 B 7.一條染色單體含有一個DNA分子,那么復(fù)制后的一條染色體含有( ) A.4條雙鏈DNA分子 B.2條雙鏈DNA分子 C.1條雙鏈DNA分子 D.1條單鏈DNA分子 解
18、析 正常情況下,一條染色體上含有一個DNA分子,無染色單體。一條染色體經(jīng)復(fù)制后形成2條染色單體,此兩條染色單體由一個著絲點連接,所以仍為一條染色體。染色體復(fù)制主要是DNA的復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成,DNA經(jīng)復(fù)制后,數(shù)目加倍,一個DNA分子復(fù)制形成2個DNA分子,此2個DNA分子分別位于2條染色單體上,一個DNA分子由2條脫氧核苷酸長鏈組成,故復(fù)制后的一條染色體上有2條雙鏈DNA分子,4條脫氧核苷酸長鏈。 答案 B 8.一雙鏈DNA分子,在復(fù)制解旋時,一條鏈上的G變成C,則DNA經(jīng)n次復(fù)制后,發(fā)生差錯的DNA占( ) A.1/2 B.1/2n-1 C.1/2n D.1/2n+1 解析
19、根據(jù)題意,DNA的兩條模板鏈,一條正確,一條出現(xiàn)差錯。由DNA的半保留復(fù)制特點可以推知,正確的模板復(fù)制得到的子代DNA正確,錯誤的模板復(fù)制得到的子代DNA錯誤,所以無論復(fù)制多少次,發(fā)生差錯的DNA始終占一半。 答案 A 9.1個DNA復(fù)制成2個DNA,這兩個攜帶完全相同遺傳信息的DNA分子彼此分離發(fā)生在( ) A.細胞分裂間期 B.減數(shù)第一次分裂后期 C.減數(shù)第一次分裂后期和有絲分裂后期 D.減數(shù)第二次分裂后期和有絲分裂后期 解析 減數(shù)第二次分裂后期和有絲分裂后期,著絲點分裂,姐妹染色單體分開,復(fù)制得到的兩個相同DNA彼此分開。 答案 D 10.在噬菌體侵染細菌實驗中,如
20、果細菌體內(nèi)的DNA和蛋白質(zhì)分別含有31P和32S,噬菌體中的DNA和蛋白質(zhì)分別含有32P和35S,噬菌體DNA在細菌體內(nèi)復(fù)制了3次,那么從細菌體內(nèi)釋放出的子代噬菌體中含有32P的噬菌體和含有35S的噬菌體分別占子代噬菌體總數(shù)的( ) A.1/4和1 B.3/4和0 C.1/4和0 D.3/4和1 解析 子代噬菌體的蛋白質(zhì)是以細菌的氨基酸為原料重新合成的,因此所有子代噬菌體中都不含35S。含32P的噬菌體在細菌體內(nèi)利用31P復(fù)制3次,在復(fù)制后的8個噬菌體中,只有2個含32P,占所有噬菌體的1/4。 答案 C 11.某生物的體細胞中有2n條染色體。該生物的體細胞在含15N的培養(yǎng)基中
21、培養(yǎng)多代后,移到不含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng),第一次分裂形成的1個子細胞中含15N的染色體數(shù)目是( ) A.0 B.n C.2n D.4n 解析 DNA的復(fù)制方式是半保留復(fù)制,故所有子代DNA均含有15N,子細胞中的染色體全部含有15N。 答案 C 12.若將果蠅的一個精原細胞中的一個DNA分子用15N進行標(biāo)記,正常情況下在該細胞形成的精細胞中,含15N的精細胞數(shù)占( ) A.1/8 B.1/4 C.1/2 D.1/16 解析 一個精原細胞減數(shù)分裂形成4個精細胞,整個過程中,DNA只復(fù)制1次,細胞連續(xù)分裂2次,而1個被15N標(biāo)記過的DNA復(fù)制后形成的2個DNA分子中都含有15N
22、。該細胞形成的4個精細胞中,有2個含有被標(biāo)記的DNA分子,另外2個含有其同源染色體上的未被標(biāo)記的DNA分子。 答案 C 13.下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖,有關(guān)敘述錯誤的是( ) A.圖中DNA分子復(fù)制是從多個起點同時開始的 B.圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的 C.真核生物DNA分子復(fù)制過程需要解旋酶 D.真核生物的這種復(fù)制方式提高了復(fù)制速率 解析 從圖中能看出有多個復(fù)制起點,但并不是同時開始,所以A錯誤。圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的,真核生物DNA分子復(fù)制過程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的參與。真核細胞的DNA分子具有多個復(fù)
23、制起點,這種復(fù)制方式加速了復(fù)制過程,提高了復(fù)制速率。 答案 A 14.下圖甲、乙分別表示DNA分子的兩條鏈,據(jù)圖回答: (1)該圖表示的生理過程是______,該過程主要發(fā)生在細胞的______部位。 (2)圖中的1、4分別是__________、______。 (3)假如經(jīng)過科學(xué)家的測定,甲鏈上的A∶T∶C∶G=2∶1∶4∶3,則乙鏈中的該比例為______。 (4)如果圖中兩條模板鏈共有堿基120個,其中A占20%,則圖中過程進行3次,需要游離的胞嘧啶______個。 解析 (1)該圖表示的是DNA復(fù)制,主要發(fā)生在細胞核內(nèi)。(2)根據(jù)堿基互補配對原則,圖中1、4所含堿基分
24、別為A、C。(3)如果甲鏈上的A∶T∶C∶G=2∶1∶4∶3,根據(jù)堿基互補配對原則,乙鏈中的該比例為A∶T∶C∶G=1∶2∶3∶4。(4)如果圖中兩條模板鏈共有堿基120個,其中腺嘌呤占堿基總數(shù)的20%,則A=T=120×20%=24,G=C=36個。圖中過程進行3次,形成8個DNA分子片段,DNA分子增加片段了7個,因此參加到復(fù)制過程中的游離胞嘧啶脫氧核苷酸總數(shù)是36×7=252個。 答案 (1)DNA復(fù)制 細胞核 (2)A C (3)1∶2∶3∶4 (4)252 15.將大腸桿菌置于含15N的培養(yǎng)基上培養(yǎng),這樣后代大腸桿菌細胞中的DNA均被15N標(biāo)記,然后將被15N標(biāo)記的大腸桿菌作為親
25、代轉(zhuǎn)到普通培養(yǎng)基,繁殖兩代,親代、子一代、子二代大腸桿菌的狀況如圖所示。 (1)后代大腸桿菌DNA儲存的遺傳信息與親代大腸桿菌DNA儲存的遺傳信息完全相同的原因是______________________________________________________。 (2)如果將子二代大腸桿菌的DNA分子總量作為1,其中,帶15N的子二代大腸桿菌DNA分子約占總量的________%。 (3)如果將子二代大腸桿菌的DNA含量作為1,其中,帶15N的子二代大腸桿菌DNA含量(單鏈)約占總量的________%。 (4)本實驗可以說明DNA的復(fù)制方式是____________。
26、 (5)如用某種離心方法分離得到子二代大腸桿菌的DNA,請你將DNA分子可能出現(xiàn)在試管的位置在下圖標(biāo)出。 答案 (1)它們均是以親代15N標(biāo)記的DNA雙鏈的每條鏈為模板按照堿基互補配對原則合成的 (2)50 (3)25 (4)半保留復(fù)制 (5)如圖 16.(實驗探究)蠶豆體細胞染色體數(shù)目2N=12,科學(xué)家用3H標(biāo)記蠶豆根尖細胞的DNA,可以在染色體水平上研究真核生物的DNA復(fù)制方式。 實驗的基本過程如下: Ⅰ.將蠶豆幼苗培養(yǎng)在含有3H的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基上,培養(yǎng)一段時間后,觀察細胞分裂中期染色體的放射性情況。 Ⅱ.當(dāng)DNA分子雙鏈都被3H標(biāo)記后,再將根移到含有秋水仙
27、素的非放射性培養(yǎng)基中,培養(yǎng)一段時間后,觀察細胞分裂中期染色體的放射性情況。 請回答相關(guān)問題: (1)蠶豆根尖細胞進行的分裂方式是________________;秋水仙素能使部分細胞的染色體數(shù)目加倍,其作用的機理是______________________________。 (2)Ⅰ中,在根尖細胞進行第一次分裂時,每一條染色體上帶有放射性的染色單體有________條,每個DNA分子中,有________條鏈帶有放射性。Ⅱ中,若觀察到一個細胞具有24條染色體,且二分之一的染色單體具有放射性,則表示該細胞的染色體在無放射性的培養(yǎng)基上復(fù)制________次,該細胞含有________個染色
28、體組。 (3)上述實驗表明,DNA分子的復(fù)制方式是___________________________。 解析 (1)蠶豆根尖細胞為體細胞,其分裂方式為有絲分裂。秋水仙素使細胞內(nèi)染色體加倍的原理是體細胞在有絲分裂過程中,染色體完成了復(fù)制,紡錘體的形成受到破壞,以致染色體不能被拉向兩極,于是形成了染色體數(shù)目加倍的細胞。(2)由于DNA的復(fù)制為半保留復(fù)制,第一次分裂完成時,每個DNA分子中都有一條鏈被3H標(biāo)記,每一條染色體上有2條染色單體被3H標(biāo)記。當(dāng)DNA分子雙鏈都被3H標(biāo)記后,再將根移到含有秋水仙素的非放射性培養(yǎng)基中,觀察到一個細胞具有24條染色體,且二分之一的染色單體具有放射性,則表明該細胞的染色體在無放射性的培養(yǎng)基上復(fù)制2次,該細胞含有4個染色體組。(3)上述實驗證明DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制。 答案 (1)有絲分裂 抑制紡錘體的形成 (2)2 1 2 4 (3)半保留復(fù)制 12
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