資源簡介

第三章 基因的本質
第三節 DNA的復制
【學習目標】
1.總結“DNA是主要的遺傳物質”的探索過程
2.分析證明DNA是主要的遺傳物質的實驗設計思路。
3.探討實驗技術在證明DNA是主要的遺傳物質中的作用。
【基礎梳理】
一、對DNA復制的推測
（1）假說： 復制方式。
（2）提出者： 。
（3）內容
①解旋：DNA分子復制時，DNA分子的 解開，互補的堿基之間的斷裂。
②復制：以 作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據 原則，通過形成 結合到作為模板的單鏈上。
③特點：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈。
二、DNA半保留復制的實驗證據
1.1958年，科學家以 為實驗材料，運用 ，設計了實驗。
2.實驗過程：
同位素： 、 ，標記NH4Cl培養液培養大腸桿菌
方法：
培養基類型 結果 在試管中位置
親代
子一代
子二代
①離心處理后，為什么子一代DNA只有雜合鏈帶？
②子二代DNA出現了輕鏈帶和雜合鏈帶，說明了什么？
上述實驗證明，這種復制方式是： 。
三、DNA復制的過程
1.DNA復制：
（1）概念：_
（2）時間：
（3）模板：
（4）參與的酶：
（5）場所：
（6）原料：
2.DNA復制是一個邊 邊 的過程，需要模板、原料、能量和酶等基本條件。DNA獨特的雙螺旋結構，為復制提供了精確的模板， 通過 互補配對， 保證了 。
3.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 。
【拓展延伸】
DNA復制的有關計算
DNA的復制為半保留復制，將含有15N的一個DNA分子放在含有14N的培養基上培養，復制n次。
1.子代DNA個數的計算：
子代DNA有2n個，其中含15N的DNA分子有2個，只含15N的DNA分子有0個，含14N的DNA分子有2n個，只含14N的DNA分子有2n-2個。
2.脫氧核苷酸鏈的計算：
脫氧核苷酸鏈共2n+1條，其中含15N的脫氧核苷酸鏈有兩條，含14N的脫氧核苷酸鏈有2n+1-2條。
3.消耗的脫氧核苷酸數的計算：
（1）若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸為m·（2n-1）個。
（2）第n次復制所需該脫氧核苷酸數為m·2 n-1個。
易錯提示：（1）對子代DNA分子中被標記的DNA個數求解時，應看準是“含”還是“只含”。
（2）對子代DNA分子的鏈數求解時，應分清“DNA分子鏈數”還是“脫氧核苷酸鏈數”。
【例題】
某基因（14N）含有3000個堿基，腺嘌呤占35%。若該DNA分子用15N同位素標記過的游離脫氧核苷酸為原料復制3次，再將全部復制產物置于試管內離心，進行密度分層，得到結果如圖1；然后加入解旋酶再離心，得到結果如圖2。則下列有關分析完全正確的是（ ）
①X層全部是含14N的基因
②W層中含15N標記的胞嘧啶3150個
③W層與Z層的核苷酸數之比為1:4
④X層中含有的氫鍵數是Y層的1/3
A.① B.①③ C.②④ D.②③④
答案：C
解析：結合題意：兩條鏈都是14N的DNA，復制3次，DNA總數是8個，其中含有14N的DNA為2個（每個DNA均為一條14N鏈，一條15N鏈），其余6個均為15N的DNA（兩條鏈均為15N）。因為14N15N的DNA密度比15N15N的DNA密度小，故X層應該為14N15N的DNA，Y層為15N15N的DNA，①錯誤。一個DNA中含有3000個堿基，腺嘌呤占35%，那么胞嘧啶占15%，故胞嘧啶的堿基數為450個。復制3次一共得到8個DNA，這樣需要的胞嘧啶數為450×7=3150個，②正確。復制后的8個DNA一共含有16條鏈，其中14N的鏈2條（分布在Z層），15N的鏈14條（分布在W層），因為該基因含有3000個堿基，故每條鏈的核苷酸數為1500，這樣Z層的核苷酸數為1500×2=3000，W層的核苷酸數為1500×14=21000個，故W層與Z層的核苷酸數之比為7：1，③錯誤。復制得到的DNA所含有的堿基數都是相同的，那么氫鍵數也應該是相同的，X層有2個DNA，Y層有6個DNA，這樣它們的氫鍵數之比即為DNA數之比，即X層中含有的氫鍵數：Y層中含有的氫鍵數=1：3。X層中含有的氫鍵數是Y層的1/3，④正確。
【課堂練習】
1.某親本DNA分子雙鏈均以白色表示，以黑色表示第一次復制出的DNA子鏈，以灰色表示第二次復制出的DNA子鏈，該親本雙鏈DNA分子連續復制兩次后的產物是（ ）
A. B.
C. D.
2.下列關于DNA分子復制的敘述，正確的是（ ）
A.復制不需要模板 B.復制不消耗能量
C.復制方式為半保留復制 D.在核糖體內復制
3.下列關于DNA分子結構和DNA復制的敘述，正確的是（ ）
A.DNA分子中G—C堿基對含量較多比A—T堿基對含量較多更有利于DNA分子穩定
B.某雙鏈DNA片段中堿基G占總堿基數的30%，則該DNA的其中一條鏈中堿基T占總堿基數的10%
C.“探究DNA的復制過程”活動中，離心后分布于離心管中部的DNA不含15N
D.DNA復制過程中，DNA的兩條鏈完全打開后，再開始合成新的子鏈
4.1958年，科學家利用大腸桿菌設計了DNA合成的同位素示蹤實驗，來探究DNA的復制過程。下列敘述正確的是（ ）
A.試管③中的DNA均含有15N
B.若用噬菌體代替大腸桿菌進行實驗，提取DNA更方便
C.若細胞再分裂一次，離心后有1/4的大腸桿菌在試管中部
D.根據該實驗可確定DNA的復制方式是半保留復制
5.研究人員將1個含14N-DNA的大腸桿菌轉移到以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中，培養24h后提取子代大腸桿菌的DNA。將DNA解開雙螺旋，變成單鏈，然后進行密度梯度離心，試管中出現兩種條帶（如圖）。下列說法正確的是（ ）
A.由結果可推知該大腸桿菌的細胞周期大約為6h
B.根據條帶的數目和位置可以確定DNA的復制方式
C.解開DNA雙螺旋的實質是破壞核苷酸之間的磷酸二酯鍵
D.若直接將子代DNA進行密度梯度離心也能得到兩條條帶
6.下圖為真核生物DNA的結構（圖甲）及發生的生理過程（圖乙），請據圖回答下列問題：
（1）圖甲為DNA的結構示意圖，其基本骨架由_____和_____（填序號）交替排列構成，④為_____（填名稱）。
（2）從圖乙可看出，該過程是從_____個起點開始復制的，從而_____復制速率；圖中所示的酶為_____酶；作用于圖甲中的_____（填序號）。
（3）若用1個32P標記的噬菌體侵染未標記的大腸桿菌，釋放出300個子代噬菌體，其中含有32P的噬菌體所占的比例是_____。
（4）若圖甲中的親代DNA分子含有100個堿基對將該DNA分子放在含有用32P標記的脫氧核苷酸培養液中復制一次，則子代DNA分子的相對分子質量比原來增加_____。
（5）若圖乙中親代DNA分子在復制時，一條鏈上的G變成了A，則該DNA分子經過n次復制后，發生差錯的DNA分子占DNA分子總數的_____。
【答案以及解析】
1.答案：C
解析： DNA分子的復制是半保留復制，新合成的DNA分子中其中一條是母鏈，一條是新合成的子鏈。如果親本DNA分子雙鏈均以白色表示，以黑色表示第一次復制出的DNA子鏈，則復制一次獲得的2個DNA分子都各含有1條白色鏈和1條黑色鏈，灰色表示第二次復制出的DNA子鏈，則第二次復制形成的4個DNA分子都含有1條灰色鏈，2個DNA分子含有白色鏈，2個DNA分子含有黑色鏈。
2.答案：C
解析：AB、DNA分子復制需要模板、酶、原料、能量等條件，AB錯誤；
C、從結果看，DNA復制產生的新DNA分子中，一條鏈為舊鏈，一條鏈為新鏈，說明DNA復制是半保留復制，C正確；
D、DNA復制發生在細胞核、擬核、線粒體、葉綠體中，D錯誤。
故選：C。
3.答案：A
解析：DNA分子中G—C堿基對之間有3個氫鍵，A—T堿基對之間有2個氫鍵，G—C堿基對含量較多比A—T堿基對含量鉸多更有利于DNA分子穩定，A正確；某雙鏈DNA片段中堿基G占總堿基數的30%，則該雙鏈DNA片段中堿基C占30%、堿基A占20%、堿基T占20%，但其中一條鏈中的堿基T不一定占總堿基數的10%，B錯誤；“探究DNA的復制過程”活動中，不含15N只含14N的DNA經離心后分布于離心管的上部，兩條鏈分別含15N、14N的DNA經離心后分布于離心管的中部，C錯誤；DNA分子的復制是一個邊解旋邊復制的過程，D錯誤。
4.答案：D
解析：試管③是DNA在含14N的培養液中復制兩次的結果，只有一半DNA含有15N，A錯誤；噬菌體是病毒，不能在培養液中繁殖，B錯誤；實驗中提取大腸桿菌的DNA之后離心，并不是離心大腸桿菌，C錯誤；試管①離心后DNA都在底部，試管②是DNA復制一次的結果，離心后DNA都在中部，試管③是DNA復制兩次的結果，離心后DNA分布于中部和上部，通過分析可判斷出DNA的復制方式是半保留復制，D正確。
5.答案：D
解析：無論復制幾次，子代中含有的母鏈數只有2條，由圖可知條帶1（母鏈）占DNA單鏈的含量為1/8，說明子代DNA分子含有的單鏈數為16，則子代DNA數為8（=23），說明大腸桿菌的DNA復制了3次，由此可知大腸桿菌的細胞周期大約為1h/3=20min，A錯誤。親代DNA只含14N，培養液中只含15N，結合A項分析可知DNA經過3次復制后，由于DNA的復制方式為半保留復制，因此1/4的子代DNA同時含有14N和15N，3/4的子代DNA只含15N，則經過密度梯度離心后也可得到兩種條帶，D正確。將DNA解開雙螺旋形成單鏈后再進行密度梯度離心，無法確定DNA的復制方式，C錯誤。解開DNA雙螺旋的過程破壞的是兩條鏈之間的氫鍵，C錯誤。
6.答案：（1）①；②；胞嘧啶脫氧核苷酸
（2）多；提高；解旋；⑨
（3）1/150
（4）100
（5）1/2
解析：（1）DNA的基本骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接構成。圖中的④是由一分子脫氧核糖、一分子磷酸和一分子C（胞嘧啶）組成的胞嘧啶脫氧核苷酸。
（2）分析圖乙，圖中DNA復制時有多個復制起點，這樣可以大大提高復制的速率。圖中的酶使堿基對間的氫鍵斷裂，使DNA雙鏈解旋，應為解旋酶。
（3）用32P標記的1個T2噬菌體侵染未標記的大腸桿菌，根據DNA分子半保留復制的特點，則新形成的300個噬菌體中有2個含32P，占1/150。
（4）親代DNA分子含有100個堿基對，在含有用32P標記的脫氧核苷酸的培養液中復制一次形成的子代DNA分子一條鏈含32P，一條鏈含31P，標記部分的脫氧核苷酸比未標記的相對分子質量增加1，因此每個子代DNA分子的相對分子質量增加100。
（5）DNA分子復制時一條鏈上的堿基發生變化，另一條鏈上的堿基不發生變化，以發生變化的單鏈為模板復制形成的DNA分子都是異常的，以堿基沒有發生變化的單鏈為模板合成的DNA分子都是正常的，因此無論復制多少次，發生差錯的DNA分子都占1/2。
2

展開更多......

收起↑