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(共54張PPT)
第三章　基因的本質(zhì)
3　DNA的復(fù)制
2019版新人教必修2學(xué)案
課標(biāo)要點(diǎn) 學(xué)法指導(dǎo)
概述DNA分子通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制 1.科學(xué)探究、科學(xué)思維：概述DNA復(fù)制方式的假說及實(shí)驗(yàn)證據(jù)
2．科學(xué)思維：掌握DNA的復(fù)制過程及特點(diǎn)
知識導(dǎo)圖
1．提出者：____________________。
2．假說內(nèi)容
(1)解旋：DNA復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋解開，互補(bǔ)的堿基之間的__________斷裂。
對DNA復(fù)制的推測
沃森和克里克
氫鍵　
兩條單鏈　
脫氧核苷酸　
堿基互補(bǔ)配對　
(3)特點(diǎn)：新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，這種復(fù)制方式稱作____________________。
半保留復(fù)制
提示：A－T、T－A、G－C、C－G。
DNA分子復(fù)制過程中會發(fā)生怎樣的堿基互補(bǔ)配對？
下列敘述不屬于沃森和克里克提出的DNA分子復(fù)制假說內(nèi)容的是 (　　)
A．DNA分子復(fù)制時(shí)，DNA分子解開兩條單鏈作模板
B．DNA分子復(fù)制是半保留復(fù)制方式
C．DNA分子復(fù)制時(shí)邊解旋邊復(fù)制
D．DNA分子復(fù)制時(shí)遵循堿基互補(bǔ)配對原則
【答案】C　
【解析】DNA分子復(fù)制時(shí)邊解旋邊復(fù)制不是假說內(nèi)容。
兩條鏈被標(biāo)記情況 密度大小 離心位置
都是15N 最大 靠近試管的______部
一條15N，一條14N 居中 位置________
都是14N 最小 靠近試管的______部
1．實(shí)驗(yàn)技術(shù)：______________技術(shù)和離心技術(shù)。
2．實(shí)驗(yàn)原理
DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)
同位素標(biāo)記
底　
居中　
上
3．實(shí)驗(yàn)過程
15N
14N
DNA
4．實(shí)驗(yàn)結(jié)果
a瓶提取親代DNA→離心→位置靠近試管________。
b瓶繁殖一代后，提取DNA→離心→位置________。
c瓶繁殖兩代后，提取DNA→離心→1/2位置________,1/2位置________。
5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以________的方式進(jìn)行的。
底部　
居中
居中　
更靠上
半保留
提示：含15N的子代DNA分子的比例逐漸降低，含14N的子代DNA分子的比例逐漸提高。
一個(gè)雙鏈被15N標(biāo)記的DNA分子在含有14N標(biāo)記的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，含15N的子代DNA分子以及含14N的子代DNA分子所占的比例有怎樣的變化趨勢？
細(xì)菌在15N培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，使細(xì)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)密度梯度離心分離，下圖①～⑤為可能的結(jié)果。下列敘述錯(cuò)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
【答案】A　
【解析】DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制，根據(jù)題干信息可知，親代DNA的兩條鏈都含15N，應(yīng)為圖⑤；一個(gè)親代DNA分子第一次復(fù)制后產(chǎn)生的兩個(gè)子代DNA分子，均是一條鏈含15N、另一條鏈含14N，即全為15N/14N－DNA分子，經(jīng)離心后，應(yīng)為圖②；經(jīng)過第二次復(fù)制后，共得到4個(gè)DNA分子，其中2個(gè)DNA分子為15N/14N－DNA分子，另外2個(gè)DNA分子兩條鏈均為14N，離心后應(yīng)為圖①；經(jīng)過第三次復(fù)制后，共得到8個(gè)DNA分子，15N/14N－DNA分子有2個(gè)，兩條鏈均為14N的DNA分子有6個(gè)，離心后應(yīng)為圖③。
1．概念：以__________為模板合成__________的過程。
2．時(shí)間：________________。
DNA復(fù)制的過程
親代DNA　
子代DNA
細(xì)胞分裂前的間期
3．過程：
【答案】①能量　②解旋酶　③解開　①母鏈　②脫氧核苷酸　③DNA聚合酶　④堿基互補(bǔ)配對　雙螺旋結(jié)構(gòu)
4 ．特點(diǎn)：________________。
5．方式：________________。
6．意義：將________從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，從而保持了________的連續(xù)性。
邊解旋邊復(fù)制
半保留復(fù)制
遺傳信息
遺傳信息
提示：細(xì)胞核。
真核細(xì)胞中DNA復(fù)制的主要場所在哪里？
判斷下列敘述的正誤。
(1)DNA復(fù)制遵循堿基互補(bǔ)配對原則，新合成的DNA分子中兩條鏈均是新合成的。 (　　)
(2)單個(gè)脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。(　　)
(3)DNA復(fù)制時(shí)，嚴(yán)格遵循A－U、C－G的堿基互補(bǔ)配對原則。
(　　)
(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)物如下圖D所示。 (　　)
(5)復(fù)制時(shí)，子代DNA分子的兩條單鏈中只有一條和親代DNA分子完全相同。 (　　)
(6)DNA分子復(fù)制時(shí)解旋酶與DNA聚合酶不能同時(shí)發(fā)揮作用(　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
1．復(fù)制的場所
DNA復(fù)制的過程分析
[知識歸納]
2．復(fù)制的結(jié)果：DNA分子復(fù)制一次形成兩個(gè)完全相同的DNA分子，且與親代DNA分子相同，每個(gè)子代DNA分子中一條為母鏈，另一條為新合成的子鏈。
3．子代DNA分子的組成：新合成的鏈與對應(yīng)的模板鏈。
1．根據(jù)圖1、圖2思考下列問題：
(1)圖1中的酶1和酶2分別是什么酶？
(2)圖1中的a、b、c、d四條脫氧核苷酸鏈中，哪些鏈的堿基排列順序是相同的？
(3)從圖1結(jié)構(gòu)中是否可以看出DNA復(fù)制是半保留復(fù)制？為什么？圖1所示的結(jié)構(gòu)還有什么特點(diǎn)？
(4)DNA復(fù)制過程中，解旋酶和DNA聚合酶分別作用于圖2中的哪個(gè)部位？(用字母表示)
提示：(1)酶1是解旋酶，酶2是DNA聚合酶。
(2)a和c的堿基排列順序相同，b和d的堿基排列順序相同。
(3)是，因?yàn)閮蓷l母鏈進(jìn)入到兩個(gè)子代DNA分子中，新形成的子代DNA分子中只有一條鏈?zhǔn)怯H代的母鏈。圖中還能看出DNA分子是邊解旋邊復(fù)制。
(4)解旋酶作用于f，DNA聚合酶作用于e。
2．下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖，請據(jù)圖分析DNA復(fù)制效率較高的原因。
提示：(1)從多個(gè)起點(diǎn)開始進(jìn)行復(fù)制；
(2)邊解旋邊復(fù)制；
(3)每個(gè)起點(diǎn)都是同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制。
【歸納總結(jié)】DNA復(fù)制可簡記為：
1個(gè)主要場所：細(xì)胞核；
2種時(shí)期：有絲分裂前的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期；
3個(gè)步驟：解旋、合成新鏈、形成子代DNA；
4個(gè)條件：模板、酶、原料和能量。
[對點(diǎn)精練]
1．如圖表示細(xì)胞核內(nèi)某生理過程，其中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈。以下說法正確的是 (　　)
A．此過程需要能量和尿嘧啶脫氧核苷酸
B．真核細(xì)胞中此過程發(fā)生的唯一場所是細(xì)胞核
C．正常情況下，a、d鏈都應(yīng)該到不同的細(xì)胞中去
D．b鏈中(A＋G)/(T＋C)的值一定與c鏈中的相同
【答案】C　
【解析】DNA分子中不存在尿嘧啶脫氧核苷酸，A項(xiàng)錯(cuò)誤；真核生物細(xì)胞中，DNA復(fù)制可以發(fā)生在細(xì)胞核、線粒體和葉綠體中，B項(xiàng)錯(cuò)誤；a、d兩條鏈分別到兩個(gè)DNA分子中，DNA分子經(jīng)過復(fù)制后平均分配給兩個(gè)子細(xì)胞，因此正常情況下a、d鏈應(yīng)該到不同的細(xì)胞中去，C項(xiàng)正確；由題圖可知b鏈中(A＋G)/(T＋C)的值與c鏈中的不相同，互為倒數(shù)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2．下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程的示意圖。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 (　　)
A．圖中DNA分子復(fù)制是從多個(gè)起點(diǎn)同時(shí)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分子的復(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
【答案】A　
【解析】從圖中可以看出DNA分子復(fù)制有多個(gè)起點(diǎn)，但不是同時(shí)開始的，因?yàn)閺?fù)制環(huán)有大有小，A錯(cuò)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分子的復(fù)制過程需要解旋酶、DNA聚合酶等參與。真核生物的DNA分子具有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，這種復(fù)制方式加速了復(fù)制過程，提高了復(fù)制速率。
假設(shè)1個(gè)DNA分子復(fù)制n次(設(shè)該DNA分子中含某種脫氧核苷酸m個(gè))
DNA分子復(fù)制中的有關(guān)計(jì)算
[知識歸納]
關(guān)于“DNA復(fù)制”的4點(diǎn)“注意”：
(1)注意“DNA復(fù)制了n次”和“第n次復(fù)制”的區(qū)別，前者包括所有的復(fù)制，但后者只包括第n次的復(fù)制。
(2)注意堿基的單位是“對”還是“個(gè)”。
(3)切記在DNA復(fù)制過程中，無論復(fù)制了幾次，含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個(gè)。
(4)看清試題中問的是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”，是“含”還是“只含”等關(guān)鍵詞，以免掉進(jìn)陷阱。
1．一個(gè)DNA分子經(jīng)過n次復(fù)制，形成多少個(gè)子代DNA分子？
提示：2n個(gè)。
2．一個(gè)DNA分子復(fù)制形成的子代DNA分子中，有多少個(gè)DNA分子含有親代DNA分子的脫氧核苷酸鏈？子代DNA分子中全部的脫氧核苷酸鏈中，新形成的脫氧核苷酸鏈所占的比例是多少？
提示：2個(gè)；(2n＋1－2)/2n＋1。
3．假如一個(gè)DNA分子中有m個(gè)腺嘌呤(A)，則：
(1)該DNA分子復(fù)制n次需要多少個(gè)腺嘌呤？
(2)該DNA分子第n次復(fù)制需要多少個(gè)腺嘌呤？
提示：(1)(2n－1)·m。　(2)2n－1·m。
[對點(diǎn)精練]
1．已知某DNA分子含有500個(gè)堿基對，其中一條鏈上A∶C∶T∶G＝1∶2∶3∶4。該DNA分子連續(xù)復(fù)制數(shù)次后，消耗周圍環(huán)境中含G的脫氧核苷酸4 500個(gè)，則該DNA分子已經(jīng)復(fù)制了 (　　)
A．3次　 　 B．4次　 　
C．5次　 　 D．6次
【答案】B　
【解析】先要計(jì)算一個(gè)DNA分子中含有G的數(shù)目，其中一條鏈上G的數(shù)目＝500×4/(1＋2＋3＋4)＝200，則另一條鏈上G的數(shù)目＝500×2/(1＋2＋3＋4)＝100，所以DNA雙鏈上G共有300個(gè)，n次復(fù)制結(jié)束后共消耗G的數(shù)目為4 500個(gè)，4 500/300＝15，即DNA分子增加15個(gè)，復(fù)制后DNA的數(shù)目是15＋1＝2n，則n＝4。
2．DNA分子片段復(fù)制的情況如下圖所示，圖中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈的片段。如果沒有發(fā)生變異，下列說法不正確的是(　　)
A．b和c的堿基序列可以互補(bǔ)
B．a(chǎn)和c的堿基序列可以互補(bǔ)
C．a(chǎn)中(A＋T)/(G＋C)的值與b中(A＋T)/(G＋C)的值相同
D．a(chǎn)中(A＋G)/(T＋C)的值與d中(A＋G)/(T＋C)的值一般不相同
【答案】B　
【解析】a和d互補(bǔ)，b和c互補(bǔ)，如果不發(fā)生變異，a和c及b和d的堿基組成相同。某條脫氧核苷酸鏈上(A＋T)/(G＋C)的值與其互補(bǔ)鏈上的值相同，而(A＋G)/(T＋C)的值與其互補(bǔ)鏈上的值一般不相同，所以C項(xiàng)和D項(xiàng)中的說法均正確。
易錯(cuò)易混：DNA復(fù)制的3個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)
(1)DNA復(fù)制的場所并非只在細(xì)胞核中，線粒體、葉綠體中也能進(jìn)行DNA復(fù)制。
(2)并非所有的細(xì)胞都能進(jìn)行DNA復(fù)制，只有分裂的細(xì)胞才能進(jìn)行DNA復(fù)制。
(3)下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程的示意圖：
①圖中顯示DNA分子復(fù)制是從多個(gè)起點(diǎn)開始的，但多起點(diǎn)并非同時(shí)進(jìn)行；
②圖中顯示DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的；
③真核生物的這種復(fù)制方式的意義在于提高了復(fù)制速率；
④一個(gè)細(xì)胞周期中每個(gè)起點(diǎn)一般只起始1次。
例　真核細(xì)胞中DNA復(fù)制如下圖所示，下列表述錯(cuò)誤的是(　　)
A．多起點(diǎn)雙向復(fù)制能保證DNA復(fù)制在短時(shí)間內(nèi)完成
B．每個(gè)子代DNA都有一條脫氧核苷酸鏈來自親代
C．復(fù)制過程中氫鍵的破壞和形成都需要DNA聚合酶的催化
D．DNA分子的準(zhǔn)確復(fù)制依賴于堿基互補(bǔ)配對原則
【答案】C　
【解析】DNA復(fù)制過程中氫鍵的破壞需要解旋酶的催化，但氫鍵的形成不需要酶的催化，C錯(cuò)誤。
1．沃森和克里克在發(fā)表了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的論文后，又提出了DNA自我復(fù)制的假說。下列有關(guān)假說內(nèi)容的敘述，不正確的是(　　)
A．DNA復(fù)制時(shí)，雙螺旋將解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂
B．以解開的兩條單鏈為模板，以游離的脫氧核苷酸為原料，依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，通過氫鍵結(jié)合到作為模板的單鏈上
C．形成的DNA分子包括一條模板單鏈和一條新鏈
D．形成的兩個(gè)DNA分子是由兩條母鏈、兩條子鏈分別結(jié)合而成
【答案】D　
【解析】沃森和克里克提出的DNA自我復(fù)制的假說為半保留復(fù)制，即形成的DNA分子包括一條母鏈和一條子鏈。
①—ATGTG—和—TACAC—作模板鏈
②四種核糖核苷酸　③四種脫氧核苷酸
④DNA聚合酶　⑤DNA水解酶
A．①③④ B．①②④
C．①②⑤ D．①③⑤
【答案】A　
【解析】DNA的每一條鏈都可以作為DNA復(fù)制的模板，需要的原料是脫氧核苷酸，需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA水解酶。
3．將大腸桿菌置于含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時(shí)間，然后把DNA被15N完全標(biāo)記的大腸桿菌作為親代，轉(zhuǎn)移到只含14N的普通培養(yǎng)基培養(yǎng)，使其繁殖兩代形成4個(gè)新個(gè)體，則它們的DNA中含14N的鏈與含15N的鏈的比是 (　　)
A．3∶1 B．2∶1
C．1∶1 D．7∶1
【答案】A　
【解析】15N標(biāo)記的DNA有兩條含15N的鏈，當(dāng)在含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，根據(jù)半保留復(fù)制的特點(diǎn)，新形成的2個(gè)DNA分子上應(yīng)各有一條含15N的鏈和一條含14N的鏈。不論以后復(fù)制多少次，含15N的鏈永遠(yuǎn)只有2條，增加的新鏈都是含14N的鏈。題中形成了4個(gè)新個(gè)體，含有4個(gè)DNA分子，共8條單鏈，其中只有2條含15N，其余6條均含14N，含14N鏈∶含15N鏈＝6∶2＝3∶1。
4．DNA分子具有特異性，體現(xiàn)在 (　　)
A．DNA分子外側(cè)，磷酸和脫氧核糖交替連接的方式穩(wěn)定不變
B．DNA分子內(nèi)側(cè)，堿基對的配對方式不變
C．DNA分子堿基對的排列順序千變?nèi)f化
D．每個(gè)DNA分子的堿基都有其特定的排列順序
【答案】D　
【解析】A、B兩項(xiàng)說明DNA分子具有穩(wěn)定性，C項(xiàng)說明DNA分子具有多樣性，D項(xiàng)說明了DNA分子具有特異性，是指對于某一生物具體的一個(gè)DNA分子而言。
5．(2021·浙江學(xué)考)閱讀下列材料。
材料一：查哥夫發(fā)現(xiàn)生物的DNA分子中，腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的含量相等，鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的含量相等，威爾金斯和富蘭克林利用X射線衍射技術(shù)獲得了呈對稱性的DNA衍射圖譜。
材料二：科學(xué)家將細(xì)菌中的全部N標(biāo)記為15N，并將細(xì)菌轉(zhuǎn)入到以14NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。分別取親代、完成一次分裂和完成兩次分裂的細(xì)菌，并分離出細(xì)菌的DNA進(jìn)行密度梯度離心。實(shí)驗(yàn)證明了DNA分子通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制。
回答下列問題：
(1)沃森和克里克在材料一的基礎(chǔ)上提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，該模型的基本骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接構(gòu)成；兩條鏈的堿基位于雙鏈內(nèi)側(cè)且互補(bǔ)配對，如C與________配對；DNA分子的兩條鏈?zhǔn)莀_______(填“反向”或“同向”)平行的。
(2)某小組進(jìn)行“制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的活動，計(jì)劃搭建一個(gè)有34個(gè)脫氧核苷酸的DNA片段，其中含7個(gè)腺嘌呤。下列是組內(nèi)同學(xué)準(zhǔn)備的四項(xiàng)材料，其中正確的兩項(xiàng)是________。
A．7個(gè)鳥嘌呤代表物　　 B．10個(gè)胞嘧啶代表物
C．34個(gè)核糖代表物　　 D．34個(gè)磷酸代表物
(3)材料二中，分離細(xì)胞的DNA需對細(xì)菌進(jìn)行破碎處理，破碎處理________(填“能”或“不能”)采用將細(xì)菌直接置于蒸餾水中使其吸水漲破的方法。
(4)依據(jù)材料二完善下表。
DNA條帶類型 DNA含量 親代 完成一次分裂 完成兩次分裂
輕帶(14N-14N-DNA) 0 0 ①________
中帶(15N-14N-DNA) 0 2n ②________
重帶(15N-15N-DNA) n 0 ③________
注：14N-14N-DNA表示兩條鏈N元素均為14N；15N-14N-DNA表示一條鏈N元素均為15N，另一條鏈N元素均為15N；15N-15N-DNA表示兩條鏈N元素均為15N。
(5)對于生物體來說，DNA分子復(fù)制的意義是什么？
【答案】(1)G　反向　(2)BD　(3)不能　(4)①2n　②2n　③0　(5)通過DNA復(fù)制將親代的遺傳信息傳遞給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

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