资料简介
第3节 DNA的复制
第4节 基因是有遗传效应的DNA片段
一、DNA的复制
1.对DNA复制的推测:
(1)提出者:_____________。沃森和克里克
(2)假说内容:
①解旋:DNA分子复制时,DNA分子的双螺旋解开,互补碱
基之间的_____断裂。氢键
③特点:新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分
子中的一条链,这种复制方式称做___________。半保留复制
2.DNA半保留复制的实验证据:
(1)实验方法:___________技术和离心技术。
(2)实验原理:
两条链标记情况 相对分子
质量 离心位置
都是15N 最大 试管的___部
一条15N,一条14N 适中 试管的___部
都是14N 最小 试管的___部
同位素示踪
底
中
上
(3)实验过程:
(4)实验结果:
①立即取出,提取DNA→离心→___带。
②繁殖一代后,提取DNA→离心→___带。
③繁殖两代后,提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
(5)实验结论:实验结果和预期的一致,说明DNA的复制
是以___________的方式进行的。
重
中
半保留复制
3.DNA分子的复制:
(1)时间:_____________________________________
___。
(2)场所:主要是_______。
有丝分裂的间期、减数第一次分裂前的间
期
细胞核
(3)实验过程:
(4)特点:_____________、半保留复制。
(5)准确复制的原因:
①精确模板:DNA分子独特的___________。
②准确进行:_____________。
(6)意义:将遗传信息从亲代传给子代,保持了_________
_________。
边解旋边复制
双螺旋结构
碱基互补配对
遗传信息
的连续性
【激疑】
某同学认为DNA复制只发生在有丝分裂和减数分裂过程
中,该同学的观点正确吗?为什么?
提示:不正确。无丝分裂也进行DNA的复制。
二、基因是有遗传效应的DNA片段
1.基因与DNA关系的实例:
2.关于基因是具有遗传效应的DNA片段的说法,判断如
下:
(1)DNA的一个片段就是基因。 ( )
提示:基因是具有遗传效应的DNA片段。
×
(2)遗传信息是指DNA分子中的碱基排列顺序。 ( )
提示:生物的遗传信息储存在DNA分子的碱基排列顺序
中。
√
(3)一条染色体上只有一个DNA分子,每个DNA分子上有
多个基因。( )
提示:一条染色体上可以有一个DNA分子,也可以有两个
DNA分子。
×
(4)基因中所含的碱基总数等于DNA分子中的碱基总
数。 ( )
提示:基因中所含的碱基总数要远远少于DNA分子中的
碱基总数。
×
(5)人体细胞内的所有基因都在染色体上。 ( )
提示:染色体是基因的主要载体,基因也可以存在于线
粒体、叶绿体的DNA上。
×
(6)基因具有多样性的原因是构成基因的碱基种类、数
目和排列顺序不同。 ( )
提示:基因具有多样性的原因是构成基因的碱基数目和
排列顺序不同,基因中的碱基种类相同,均含有A、T、
G、C四种碱基。
×
知识点一 DNA的复制的过程分析
1.复制的场所:
2.复制的结果:DNA分子复制一次形成两个完全相同的
DNA分子,且与亲代DNA分子相同,每个子代DNA分子中一
条为母链,另一条为新合成的子链。
3.子代DNA分子的组成:亲代链与以亲代链为模板合成
的子代链。
4.利用数字“一、二、三、四”巧记DNA的复制:
一个主要场所:细胞核。
二个时期:有丝分裂的间期、减数第一次分裂前的间期。
三个步骤:解旋、合成新链、形成子代DNA。
四个条件:模板、酶、原料和能量。
【思考·讨论】
如图为真核细胞DNA复制过程的模式图,据图回答相关
问题:
1.由图可知,DNA分子复制具有什么特点?(生命观念)
提示:半保留复制、边解旋边复制。
2.图示中的解旋酶和DNA聚合酶分别发挥什么作用?(科
学思维)
提示:解旋酶是使氢键打开,DNA聚合酶的作用是催化形
成新的磷酸二酯键。
【素养案例】
(2019·武汉高一检测)在DNA复制开始时,将大肠杆菌
放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H-dT)的培养基中,3H
-dT可掺入正在复制的DNA分子中,使其带有放射性标记。
几分钟后,将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT 的培养基
中培养一段时间。收集、裂解细胞,抽取其中的DNA进
行放射性自显影检测,结果如图所示。据图可以作出的
推测是 世纪金榜导学号( )
A.复制起始区在高放射性区域
B.DNA复制为半保留复制
C.DNA复制从起始点向两个方向延伸
D.DNA复制的方向为a→c
【解题导引】
(1)解题关键:明确DNA复制首先利用低剂量3H标记的脱
氧胸苷(3H-dT),然后再利用高剂量3H-dT。
(2)准确识图:明确在低放射性的两侧均为高放射性区
域。
【解析】选C。根据放射性自显影结果可知,中间低放
射性区域是复制开始时在含低剂量3H标记的脱氧胸苷
(3H-dT)的培养基中进行复制的结果,A错误;两侧高放
射性区域是将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT的培养基
中进行复制的结果,可判断DNA复制从起始点(中间)向
两个方向延伸,C正确、D错误;该实验不能证明DNA复制
为半保留复制,B错误。
【素养·探究——情境迁移】
这个小机器是DNA复印机,也叫做PCR仪,在体外完成DNA
复制,使DNA片段在数量上呈指数增加,可以在短时间内
获得大量的特定基因片段。DNA复印机完成DNA复制需
要加入哪些物质?(科学思维)
提示:模板DNA、引物、4种脱氧核苷酸、DNA聚合酶等。
【误区警示】DNA复制的三个易错点
(1)DNA复制的场所并非只在细胞核中,线粒体、叶绿体
中也能进行DNA复制。
(2)并非所有细胞都进行DNA复制,只有分裂的细胞才能
进行DNA复制。
(3)DNA复制并非单向进行,而是双向多起点复制,且各
个复制起点并不是同时开始的。
【素养·迁移】
下列有关DNA复制的叙述正确的是 ( )
A.DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B.在复制过程中解旋和复制是同时进行的
C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
【解析】选B。解旋酶可断裂碱基对之间的氢键,进而
打开双螺旋,而不是将DNA分子水解成脱氧核苷酸,A错
误;DNA复制过程是边解旋边复制,即解旋和复制是同时
进行的,B正确;解旋后的两条单链都可以作为DNA复制
的模板,C错误;子代DNA分子中各含有一条母链和一条
子链,两条链之间的碱基通过氢键形成碱基对,组成一
个新的DNA分子,D错误。
知识点二 与DNA复制相关的计算
若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养
(复制)若干代,其结果分析如下:
1.子代DNA分子数:2n个。
(1)无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。
(2)含14N的有2n个,只含14N的有(2n-2)个,注意区分是“
含”还是“只含”。
2.子代DNA分子的总链数:2n×2=2n+1条。
(1)无论复制多少次,含15N的链始终是2条。注意区分是
“DNA分子数”还是“链数”。
(2)含14N的链数是(2n+1-2)条。
3.消耗的脱氧核苷酸数:
(1)若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n
次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n-1)个。
(2)若进行第n次复制,则需消耗该脱氧核苷酸数为
m×2n-1个。
【思考·讨论】
用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60
个),该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次,则第4
次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸多少个?(科学思维)
提示:根据碱基互补配对原则,DNA分子中腺嘌呤有60个,
则胞嘧啶有40个,第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸
数=(24-1)×40=320(个)。
【素养案例】
若将胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱
氧核苷酸培养液中,培养至第二次分裂中期。下列叙述
正确的是 ( )
A.每条染色体中的两条染色单体均含3H
B.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H
C.每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H
D.每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸
链含3H
【解题导引】
(1)明确胡萝卜愈伤组织细胞开始处于G1期,又培养至
第二次分裂中期。
(2)明确有丝分裂过程中,DNA复制后,一条染色体上含
有两条染色单体,DNA复制形成的两个DNA分子分别位于
两条染色单体上。
【解析】选A。DNA的复制方式是半保留复制,将处于G1
期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱
氧核苷酸培养液中,第二次分裂DNA复制后,会出现有一
条链被3H标记的双链DNA和双链都被3H标记的双链DNA,
这种情况下,一条双链DNA构成一条染色单体,故每条染
色单体都含有3H标记,A项正确;第二次分裂中期,既会
出现两条脱氧核苷酸链均含3H的DNA分子,也会出现只
有一条脱氧核苷酸链含3H的DNA分子, B项、C项、D项
均错误。
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——演绎与推理
上题第一次分裂过程中,由同一DNA复制而来的两个含
3H的DNA分子何时发生分离?为什么?
提示:后期,同一DNA复制而来的两个含3H的DNA分子位
于同一条染色体的两条染色单体上,随染色单体的分离
而分离。
(2)生命观念——结构与功能观
若胡萝卜细胞中含有18条染色体,则上题中胡萝卜愈伤
组织细胞处于第一次分裂后期时,细胞中含有多少条含
3H的染色体?
提示:36条。
【方法规律】画图法解决染色体和DNA复制问题
操作如下:
第一步:画出含有染色体的细胞图,并画出相应染色体
上的DNA分子。
第二步:用不同颜色区分特殊链或将有关信息标在线段
上。如图:
第三步:与题结合,处理问题,必须分清含有同位素标记
的是DNA的单链还是双链。
【素养·迁移】
(2019·泰安高一检测)下列关于DNA的相关计算中,正
确的是 世纪金榜导学号( )
A.具有1 000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则每一条
链上都具有胞嘧啶200个
B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要2n·m
个胸腺嘧啶
C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制需要2n-1·m
个胸腺嘧啶
D.无论是双链DNA还是单链DNA,A+G所占的比例均是1/2
【解析】选C。根据碱基互补配对原则,具有1 000个碱
基对的DNA,A+T+C+G=2 000个,A=T=600个,C=G=400个,
但在该DNA分子的每一条链上,所具有的胞嘧啶不一定
是200个,A错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次
后共需要(2n-1)·m个胸腺嘧啶,B错误;具有m个胸腺嘧
啶的DNA片段,第n次复制共需要2n-1·m个胸腺嘧啶,C正
确;在双链DNA分子中,A+G所占的比例是1/2,在单链DNA
分子中,A+G所占的比例不一定是1/2,D错误。
【补偿训练】
把培养在含轻氮(14N)环境中的单个细菌,转移到含重氮
(15N)环境中,培养相当于复制一次的时间,然后将其中
一个细菌放回原环境中培养相当于连续复制两次的时
间后,则细菌DNA分子组成分析为 ( )
A.3/4轻氮型、1/4中间型
B.1/4轻氮型、3/4中间型
C.1/2轻氮型、1/2中间型
D.3/4重氮型、1/4中间型
【解析】选A。含14N的一个细菌,转移到含重氮(15N)环
境中培养复制一次的时间,则所形成的子代中每个细菌
DNA分子均为中间型;将其中1个细菌放回原轻氮环境中
培养复制两次的时间,即细菌DNA分子复制两次,共形成
4个DNA分子,而含15N的DNA(中间型)只有1个,其余均含
14N(轻氮型),即1/4中间型、3/4轻氮型。
【课堂回眸】
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