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新人教（2019）生物必修2同步學案
3.3　DNA的復制
一、對DNA復制的推測及DNA半保留復制的實驗證據
1．對DNA復制的推測
(1)半保留復制
①提出者：沃森和克里克。
②觀點：DNA復制方式為半保留復制。
③內容：DNA復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂。解開的兩條單鏈分別作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸根據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結合到作為模板的單鏈上。
④結果：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈。
(2)全保留復制
概念：指DNA復制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。
2．DNA半保留復制的實驗證據
(1)實驗方法：同位素標記技術和離心技術。
(2)實驗原理：只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA密度居中。
(3)實驗假設：DNA分子以半保留的方式復制。
(4)實驗結果預期：離心后應出現三條DNA帶。
①重帶(密度最大)：兩條鏈都為15N標記的親代雙鏈DNA。
②中帶(密度居中)：一條鏈為14N標記，另一條鏈為15N標記的子代雙鏈DNA。
③輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA。
(5)實驗過程
(6)結果分析
①立即取出：提取DNA→離心→全部是重帶。
②細胞分裂一次(即細菌繁殖一代)取出：提取DNA→離心→全部是中帶。
③細胞再分裂一次(即細菌繁殖兩代)取出：提取DNA→離心→1/2位于中帶、1/2位于輕帶。
(7)實驗結論：DNA復制是以半保留的方式進行的。
(1)沃森和克里克以大腸桿菌為材料，運用同位素標記技術證明DNA復制方式是半保留復制(　　)
(2)證明DNA為半保留復制的研究過程中運用了假說—演繹法(　　)
答案　(1)×　(2)√
科學家在研究DNA的復制方式時，提出了兩種復制模式：全保留復制和半保留復制(如圖所示)：
請據圖回答問題：
(1)用什么技術區分來自模板DNA的母鏈與新合成的DNA子鏈？
提示　同位素標記技術。
(2)如何測定子代DNA帶有同位素的情況？
提示　對DNA進行離心，觀察其在離心管中的分布。
(3)若DNA復制的方式為全保留復制，上述實驗結果會是怎樣？
提示　①親代大腸桿菌：提取DNA→離心→全部是重帶。②繁殖一代后取出：提取DNA→離心→1/2重帶、1/2輕帶。③繁殖兩代后取出：提取DNA→離心→1/4重帶、3/4輕帶。
二、DNA復制的過程
1．DNA復制的概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
2．發生時期：在真核生物中，這一過程是在細胞分裂前的間期，隨著染色體的復制而完成的。
3．過程
4．結果：一個DNA分子形成了兩個完全相同的DNA分子。
5．特點
(1)邊解旋邊復制。
(2)半保留復制。
6．準確復制的原因
(1)DNA獨特的雙螺旋結構，為復制提供了精確的模板。
(2)通過堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行。
7．意義：DNA通過復制，將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了遺傳信息的連續性。
拓展延伸　真核生物DNA復制的起點和方向
多起點不同時雙向復制
在復制速率相同的前提下，圖中DNA是從其最右邊開始復制的。
(1)DNA復制時新合成的兩條鏈堿基排列順序相同(　　)
(2)DNA雙螺旋結構全部解旋后，開始DNA的復制(　　)
(3)單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈(　　)
(4)真核細胞的DNA復制只發生在細胞核中(　　)
(5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均為氫鍵(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
請總結DNA復制的相關計算規律：
假設將一個全部被15N標記的雙鏈DNA分子(親代)轉移到含14N的培養液中培養n代，結果如下：
從圖中可以得到如下規律：
(1)DNA分子數
①子n代DNA分子總數為2n個。
②含15N的DNA分子數為2個。
③含14N的DNA分子數為2n個。
④只含15N的DNA分子數為0個。
⑤只含14N的DNA分子數為(2n－2)個。
(2)脫氧核苷酸鏈數
①子代DNA中脫氧核苷酸鏈數＝2n＋1條。
②親代脫氧核苷酸鏈數＝2條。
③新合成的脫氧核苷酸鏈數＝(2n＋1－2)條。
(3)消耗的脫氧核苷酸數
①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需消耗游離的該脫氧核苷酸數為m·(2n－1)個。
②若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，在第n次復制時，需消耗游離的該脫氧核苷酸數為m·2n－1個。
1．DNA復制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
2．DNA復制的過程可分為三步：
(1)解旋：復制開始時，在細胞提供的能量的驅動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。
(2)合成子鏈：DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板，以細胞中游離的4種脫氧核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，各自合成與母鏈互補的一條子鏈。
(3)螺旋：每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構。
3．DNA復制的特點：邊解旋邊復制，半保留復制。
4．DNA復制需要的條件：模板、原料、能量、酶。
1．細菌在含15NH4Cl的培養基中繁殖數代后，使細菌DNA的含氮堿基均含有15N，然后再移入含14NH4Cl的培養基中培養，抽取其子代的DNA經高速離心分離，如圖①～⑤為可能的結果，下列敘述錯誤的是(　　)
A．第一次分裂的子代DNA應為⑤
B．第二次分裂的子代DNA應為①
C．第三次分裂的子代DNA應為③
D．親代的DNA應為⑤
答案　A
解析　親代DNA為15N/15N，移入含14NH4Cl的培養基中培養，經第一次復制所形成的子代DNA應均為15N/14N，應如圖②所示。
2．把培養在含輕氮(14N)環境中的細菌轉移到含重氮(15N)的環境中培養相當于復制一代的時間，然后放回原環境中培養相當于連續復制兩代的時間后，細菌的DNA組成為(　　)
A．3/4輕氮型、1/4中間型
B．1/4輕氮型、3/4中間型
C．1/2中間型、1/2重氮型
D．1/2輕氮型、1/2中間型
答案　A
解析　將含14N的細菌轉移到含重氮(15N)的環境中培養相當于復制一代的時間，則得到的每個DNA分子都是一條鏈含14N、一條鏈含15N，再將其放回含輕氮(14N)的環境中培養相當于連續復制兩代的時間后，由1個DNA分子得到4個DNA分子，其中3個DNA分子只含14N，另外1個DNA分子一條鏈含14N、一條鏈含15N，即此時細菌的DNA組成為3/4輕氮型、1/4中間型，A項正確。
3．(2019·福建廈門一中期中)下列關于DNA復制的敘述，不正確的是(　　)
A．DNA復制時只以DNA的一條鏈作為模板
B．DNA復制時以4種游離的脫氧核苷酸為原料
C．DNA復制過程需要消耗能量
D．DNA分子的復制方式是半保留復制
答案　A
解析　DNA復制時以解開的兩條單鏈分別作為模板，A錯誤；DNA復制過程需要細胞呼吸產生的ATP作為直接能源物質，C正確；DNA分子的復制方式是半保留復制，通過半保留復制，每條子鏈與對應的模板鏈構成一個新的DNA分子，D正確。
4．(2020·成都高新實驗中學高二月考)以DNA的一條鏈“—A—T—C—”為模板，經復制后產生的子鏈是(　　)
A．—G—A—T— B．—U—A—G—
C．—T—A—G— D．—T—U—G—
答案　C
5．下圖表示DNA分子復制的過程，結合圖示，下列有關敘述不正確的是(　　)
A．DNA復制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵，使兩條鏈解開
B．DNA分子的復制具有雙向復制的特點，生成的兩條子鏈方向相反
C．從圖示可知，DNA分子具有多起點復制的特點，縮短了復制所需的時間
D．DNA分子的復制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段
答案　C
解析　DNA復制需要以DNA的兩條鏈為模板，因此DNA分子復制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵，使兩條鏈解開，A正確；由圖可知，DNA分子的復制具有雙向復制的特點，生成的兩條子鏈方向相反，B正確；題圖中復制的起點只有1個，不能體現DNA分子具有多起點復制的特點，C錯誤；DNA聚合酶的作用是將單個游離的脫氧核苷酸連接成DNA片段，D正確。
6．如圖為真核細胞中發生的一項生理過程示意圖，請據圖回答下列問題：
(1)圖中表示的生理過程是________，此過程發生的主要場所是________。
(2)該過程首先需要在_______酶作用下把兩條螺旋的雙鏈解開；需要_______直接供能。
(3)已知一個親代DNA分子有p個堿基，其中腺嘌呤q個，連續進行此項生理過程n次，共消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸________個。
(4)該過程得到的子代DNA與親代相同，原因是_________________________________。
答案　(1)DNA復制　細胞核
(2)解旋　ATP
(3)(p/2－q)(2n－1)
(4)DNA獨特的雙螺旋結構，為復制提供了精確的模板，通過堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行
解析　(1)分析題圖可知，圖示為DNA的復制過程，主要發生場所是細胞核。(2)DNA復制首先需要在解旋酶作用下把兩條螺旋的雙鏈解開，該過程需要消耗能量，ATP是直接能源物質。(3)已知一個親代DNA分子有p個堿基，其中腺嘌呤q個，則胞嘧啶有(p/2－q)個，所以連續進行此項生理過程n次，共消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸(p/2－q)(2n－1)個。

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