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DNA復制的過程及相關計算
易錯歸因
不能準確理解DNA分子復制的特點和過程；不能正確進行DNA分子復制過程的相關計算。
典型易錯題
例1（2022·山西呂梁·二模）如圖表示大腸桿菌質粒DNA的復制過程，其中復制叉是DNA復制時在DNA鏈上形成的Y型結構。若該細菌的質粒DNA含有的堿基數目為m，胸腺嘧啶數目為a，下列敘述錯誤的是（ ）
A．該DNA復制的特點為邊解旋邊復制、雙向復制
B．該過程需要解旋酶和DNA酶的參與，且兩種酶發揮作用時均消耗ATP
C．該DNA復制n次，消耗鳥嘌呤脫氧核苷酸的數目為（2n－1）×（m/2－a）
D．該DNA復制一次，共形成m個磷酸二酯鍵
【答案】B
【解析】據圖分析，圖中有兩個復制叉，部分解旋后開始進行復制，體現該DNA復制過程的特點是邊解旋邊復制、雙向復制，A正確；該過程需要解旋酶和DNA聚合酶的參與，且兩種酶發揮作用時均消耗ATP，B錯誤；DNA分子中含有的堿基數目為m，含有T的數目為a，則一個DNA分子中含有的C的數目是（m-2a）/2，因此復制n次共需要G的數目為（2n-1）×（m-2a）/2，C正確；據題意可知，圖中DNA含有的堿基數為m，即含有的脫氧核苷酸數為m，因為該DNA為環狀雙鏈分子，磷酸二酯鍵數等于脫氧核苷酸數，因此復制過程形成2條環狀的DNA鏈，故形成的磷酸二酯鍵為m，D正確。故選B。
例2（2021·浙江省·歷年真題）含有100個堿基對的—個DNA分子片段，其中一條鏈的A+T占40%，它的互補鏈中G與T分別占22%和18%，如果連續復制2次，則需游離的胞嘧啶脫氧核糖核苷酸數量為（ ）
A．240個 B．180個 C．114個 D．90個
【答案】B
【解析】在雙鏈DNA分子共含有100個堿基對，A與T之和占其中一條鏈堿基的40%，則這條鏈A+T=100×40%=40個，G+C=60個；根據堿基配對原則A=T，G=C可知，另一條鏈同樣A+T=40個，G+C=60個；由G=C可知，該DNA雙鏈中G=C=60個。如果連續復制2次，根據半保留復制的特點，則需游離的胞嘧啶脫氧核糖核苷酸數量，即C=（22－1）×60=180。
故選B。
解題技巧
1．DNA分子復制的過程
2．歸納法求解DNA分子中的堿基數
1）在DNA雙鏈中，嘌呤總數與嘧啶總數相同，即A+G=T+C。
2）在DNA雙鏈中，互補堿基之和的比例在任意一條鏈及整個DNA分子中想等，即若在一條鏈中（A+T）/（G+C）=m，則在互補鏈及整個DNA分子中，（A+T）/（G+C）=m。
3）在DNA雙鏈中，非互補堿基之和的比例在兩條互補鏈中互為倒數，在整個DNA分子中為1，即若在DNA一條鏈中（A+G）/（T +C）=a，則在其互補鏈中（A+G）/（T +C）=1/a，而在整個DNA分子中（A+G）/（T +C）=1
3．分析DNA復制的相關計算
1）將1個含有15N的DNA分子放在含有14N的培養基上培養，復制n次，則
2）DNA復制過程中消耗脫氧核苷酸數（若親代DNA分子中含有某種脫氧核苷酸m個）
（1）若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數為：m·（2n－1）。
（2）第n次復制所需該種脫氧核苷酸數目為：m·2n-1。
同類題練習
1．（2021·遼寧·高考真題）下列有關細胞內的DNA及其復制過程的敘述，正確的是（ ）
A．子鏈延伸時游離的脫氧核苷酸添加到3′端
B．子鏈的合成過程不需要引物參與
C．DNA每條鏈的5′端是羥基末端
D．DNA聚合酶的作用是打開DNA雙鏈
2．（2022·浙江省·模擬題）將兩段寡聚脫氧核苷酸片段5'-ACCACGTAAC-3'和5'-GTTAC-3'按1：1的比值與DNA聚合酶一起加到含有四種脫氧核苷酸的反應混合物之中，預測反應的終產物被摻入的各堿基的比例可能是（ ）
A．2C：1T B．2G：1T C．3G：2T D．3G：2C
3．（2021·北京市·高考真題）酵母菌的DNA中堿基A約占32%，關于酵母菌核酸的敘述錯誤的是（ ）
A．DNA復制后A約占32%
B．DNA中C約占18%
C．DNA中（A+G）/（T+C）=1
D．RNA中U約占32%
4．（2021·浙江·高考真題）含有100個堿基對的—個DNA分子片段，其中一條鏈的A+T占40%，它的互補鏈中G與T分別占22%和18%，如果連續復制2次，則需游離的胞嘧啶脫氧核糖核苷酸數量為（ ）
A．240個 B．180個 C．114個 D．90個
5．（2022·湖北省·模擬）噬菌體DNA分子和質粒DNA分子都是環狀結構。環狀DNA通常采用滾環型復制，復制過程如圖所示。下列有關分析正確的是（ ）
A．質粒DNA分子中有2個游離的磷酸基團
B．質粒DNA分子中有2個游離的磷酸基團
C．質粒DNA分子中有2個游離的磷酸基團
D．滾環復制時需要限制酶和DNA連接酶
6．（2021·浙江·高考真題）在DNA復制時，5-溴尿嘧啶脫氧核苷（BrdU）可作為原料，與腺嘌呤配對，摻入新合成的子鏈。用Giemsa染料對復制后的染色體進行染色，DNA分子的雙鏈都含有BrdU的染色單體呈淺藍色，只有一條鏈含有BrdU的染色單體呈深藍色。現將植物根尖放在含有BrdU的培養液中培養，取根尖用Giemsa染料染色后，觀察分生區細胞分裂中期染色體的著色情況。下列推測錯誤的是（ ）
A．第一個細胞周期的每條染色體的兩條染色單體都呈深藍色
B．第二個細胞周期的每條染色體的兩條染色單體著色都不同
C．第三個細胞周期的細胞中染色單體著色不同的染色體均為1/4
D．根尖分生區細胞經過若干個細胞周期后，還能觀察到深藍色的染色單體
7．（2022·浙江·鎮海中學模擬預測）某DNA分子中腺嘌呤占堿基總數的20%，其中的鳥嘌呤全部被7-乙基化，復制時7-乙基鳥嘌呤不與胞嘧啶配對而與胸腺嘧啶配對。該DNA分子正常復制產生兩個DNA分子，其中一個DNA分子中胸腺嘧啶占堿基總數的35%，另一個DNA分子中鳥嘌呤（不包括7-乙基鳥嘌呤）占其所在單鏈的比例是（ ）
A．15% B．30% C．45% D．60%
8．（2022·河北·模擬預測）現有某生物（2n＝32）的原始生殖細胞，將該生物原始生殖細胞的核DNA用15N全部標記，體外培養誘導（培養液中不含15N）使其正常進行有絲分裂或者減數分裂，下列敘述錯誤的是（ ）
A．該原始生殖細胞進行一次減數分裂，得到的子細胞中一定有16條帶15N標記的核DNA
B．該原始生殖細胞進行一次減數分裂，得到的子細胞中可能有32條帶15N標記的核DNA
C．該原始生殖細胞進行兩次有絲分裂，得到的子細胞中可能有32條帶15N標記的核DNA
D．該原始生殖細胞進行兩次有絲分裂，得到的子細胞中可能有16條帶15N標記的核DNA
9．（2021·遼寧·東北育才學校二模）一個DNA分子由300個脫氧核苷酸構成，其中含80個腺嘌呤。該DNA經過誘變后，一個正常堿基變成了5-溴尿嘧啶（BU）。BU可與堿基A配對，誘變后的DNA分子連續進行2次復制，得到的子代DNA分子加熱后得到5種單鏈片段如圖所示，該DNA分子中BU替換的堿基可能是？復制過程中需要鳥嘌呤脫氧核苷酸多少個（ ）
A．G 209 B．T 209 C．G 208 D．T 208
10．（2022·貴州畢節·模擬預測）如下圖是某染色體DNA分子的局部結構示意圖。請據圖分析回答：
（1）該DNA分子有____個游離的磷酸基團，兩條單鏈按_______方式盤旋成雙螺旋結構。
（2）如果將14N標記的細胞培養在含15N標記的脫氧核苷酸的培養液中，細胞在該培養液中分裂5次，DNA分子也復制5次，則得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子數和含15N的DNA分子數的比例為________。
（3）若該DNA分子共有a個堿基，其中腺嘌呤有m個，則該DNA分子復制5次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸_______個。
同類題練習參考答案
1．A 【解析】子鏈延伸時5′→3′合成，故游離的脫氧核苷酸添加到3′端，A正確；子鏈的合成過程需要引物參與，B錯誤；DNA每條鏈的5′端是磷酸基團末端，3′端是羥基末端，C錯誤；解旋酶的作用是打開DNA雙鏈，D錯誤。故選A。
2．C 【解析】DNA聚合酶催化在引物的3'端連上脫氧核苷酸，5'-GTTAC-3'起引物作用，與5'-ACCACGTAACGGA-3'從右往左數第四個堿基處開始配對，所以最后復制得到的片段是5'-TGGTG3'，即摻入T：G為2：3，C正確，ABD錯誤。故選C。
3．D 【解析】DNA復制以親代DNA為模板，遵循堿基互補配對，所以復制后A約占32%，A正確；酵母菌的DNA中堿基A約占32%，則C約占50%－32%=18%，B正確；DNA中A與T配對，G與C配對，所以（A+G）/（C+T）=1，C正確；RNA是以DNA分子一條鏈為模板轉錄而來，由于無法確定DNA分子一條鏈中堿基A所占比例，所以不能確定RNA中堿基U的比例，D錯誤。故選D。
4．B 【解析】分析題意可知：該DNA片段含有100個堿基對，即每條鏈含有100個堿基，其中一條鏈（設為1鏈）的A+T占40%，即A1+T1=40個，則C1+G1=60個；互補鏈（設為2鏈）中G與T分別占22%和18%，即G2=22，T2=18，可知C1=22，則G1=60-22=38=C2，故該DNA片段中C=22+38=60。已知DNA復制了2次，則DNA的個數為22=4，4個DNA中共有胞嘧啶脫氧核苷酸的數量為4×60=240，原DNA片段中有60個胞嘧啶脫氧核糖核苷酸，則需要游離的胞嘧啶脫氧核糖核苷酸數量為240－60=180，B正確，ACD錯。故選B。
5．C 【解析】質粒DNA分子是環狀結構，所以分子中沒有游離的磷酸基團，A錯誤；滾環復制時，子鏈的延伸方向為5′→3′端，B錯誤；結合題圖可知：滾環復制時兩條子鏈的合成都是連續的，C正確；滾環復制時需要解旋酶和DNA聚合酶，D錯誤。故選C。
6．C 【解析】第一個細胞周期的每條染色體的染色單體都只有一條鏈含有BrdU，故呈深藍色，A正確；第二個細胞周期的每條染色體復制之后，每條染色體上的兩條染色單體均為一條單體雙鏈都含有BrdU呈淺藍色，一條單體只有一條鏈含有BrdU呈深藍色，故著色都不同，B正確；第二個細胞周期結束后，不同細胞中含有的帶有雙鏈都含有BrdU的染色體和只有一條鏈含有BrdU的染色體的數目是不確定的，故第三個細胞周期的細胞中染色單體著色不同的染色體比例不能確定，C錯誤；根尖分生區細胞可以持續進行有絲分裂，所以不管經過多少個細胞周期，依舊可以觀察到一條鏈含有BrdU的染色單體，呈深藍色，D正確。故選C。
7．B 【解析】由題意可知，原DNA分子中A=T=20%，則C=G=（1－20%×2）÷2=30%，正常復制得到的DNA分子T也占20%，由于復制時7-乙基鳥嘌呤不與胞嘧啶配對而與胸腺嘧啶配對，復制得來的一個DNA分子中胸腺嘧啶占堿基總數的35%，推知該DNA分子新增T為35%－20%=15%=7-乙基鳥嘌呤，即合成該DNA分子的模板鏈中鳥嘌呤占堿基總數的15%，則另一條模板鏈中胞嘧啶也占堿基總數的15%，則正常復制產生的另一個DNA分子中鳥嘌呤（不包括7-乙基鳥嘌呤）占其所在單鏈的比例是15%×2=30%。故選B。
8．B 【解析】該原始生殖細胞進行一次減數分裂，即DNA復制一次，細胞分裂兩次，間期DNA復制后，每條姐妹染色單體上的DNA雙鏈中一條為有15N標記的單鏈，一條為不帶15N標記的單鏈，得到的子細胞中的16條染色體都各有一條帶15N標記的單鏈和一條不帶15N標記的單鏈，A正確、B錯誤；該細胞經過一次有絲分裂得到的子細胞中每條染色體上的DNA雙鏈中各有一條帶15N標記的單鏈和一條不帶15N標記的單鏈，再進行第二次有絲分裂，完成后得到的子細胞中含有15N標記的核DNA可能有0~32條，C、D正確。故選B。
9．A 【解析】設突變的正常堿基為P，該堿基突變后變成了5-溴尿嘧啶（BU）。BU可與堿基A配對，根據半保留復制的特點，DNA分子經過一次復制后，突變鏈形成的DNA分子中含有A-BU，該DNA分子經過第二次復制后，形成的兩個DNA分子上對應位置的堿基為A-BU、A-T，水解形成的單鏈類型為圖示中的前面三種情況。后面的兩種單鏈類型說明親代DNA經過兩次復制后的另兩個DNA分子上的堿基對為C-G，由于突變鏈上正常堿基P突變為BU，故最左面的單鏈為突變鏈，根據堿基互補配對原則可知最右面的鏈為親代DNA分子的另一條模板鏈，根據最下面堿基為C，可知對應突變鏈上正常堿基P應該為G，即鳥嘌呤，該DNA分子有含300個脫氧核苷酸，其中含80個腺嘌呤，則鳥嘌呤G=300/2-80=70個，由于突變過程是鳥嘌呤發生改變引起的，且該DNA分子經過兩次復制后形成的四個DNA分子中兩個是發生突變的DNA片段，兩個是正常的DNA片段，因此這四個DNA片段中堿基G的數量為70+70+69+69=278個，除去親代DNA分子中的69個體G，則該DNA分子經過兩次復制現成的四個DNA分子的過程中需要消耗鳥嘌呤脫氧核苷酸的數目為278-69=209個，即A正確。故選A。
10．（1）2 反向平行
（2）1：16
（3）31·(a/2－m)
【解析】
分析題圖可知，圖中①是胞嘧啶，②是腺嘌呤，③是鳥嘌呤，④是磷酸，⑤是胸腺嘧啶，⑥是脫氧核糖，⑦是胸腺嘧啶脫氧核苷酸，⑧是脫氧核苷酸鏈。
（1）DNA分子結構的主要特點之一：DNA分子是由兩條鏈組成的，每一條鏈上含有1個游離的磷酸基團，因此該DNA分子有2個游離的磷酸基團，DNA分子中兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。
（2）將14N標記的細胞培養在含15N標記的脫氧核苷酸的培養液中培養，細胞分裂5次，即DNA復制5次，獲得32個DNA分子，其中有2個DNA分子同時含有14N和15N，30個DNA分子只含有15N，所以子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例為2：32=1：16。
（3）若該DNA分子共有a個堿基，其中腺嘌呤有m個，所以胞嘧啶數為（a/2－m），復制5次，共增加DNA分子(25－1)=31個，故需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為31·(a/2－m)個。
答案第1頁，共2頁
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