1、DNA的复制(20分钟70分)一、选择题(共10题,每题4分,共40分 )1.植物基因工程往往需要接受外来DNA的细胞,经有丝分裂形成植株。细胞每次分裂时DNA都复制一次,每次复制都是()A.母链和母链,子链和子链,各组成一条子代DNAB.每条子链和它的母链组成子代DNA C.每条子链随机地和两条母链之一组成子代DNAD.母链降解,重新形成两个子代DNA【解析】选B。DNA复制是以解开的每一条母链为模板,以游离的四种脱氧核苷酸为原料,遵循碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的子链,然后每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构,从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子,B
2、正确。2.(2020北京高一检测)细胞内可以发生DNA的复制。依据所学知识推理,若要在细胞外完成此过程,有关叙述错误的是()A.需要能量B.需要脱氧核苷酸作为原料C.需要DNA作为模板D.需要DNA聚合酶断开氢键【解析】选D。DNA复制需要利用细胞提供的能量,A正确;DNA复制的原料为4种游离的脱氧核苷酸,B正确;DNA复制以DNA分子的两条链作为模板,C正确;DNA复制时,在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开,氢键断裂,在细胞外也可采取高温的方法,D错误。3.已知DNA分子的一条母链上的部分碱基排列顺序为-A-C-G-T-,那么以另一条母链为模板,经复制后得到的对应子链的碱基排列顺序是()
3、A.-T-G-CA-B.-A-CG-T-C.-A-GC-T-D.-A-C-G-U-【解析】选B。DNA分子复制时每条模板链都复制出一条与模板链碱基互补的子链,子代DNA分子与亲代完全相同。由于母链是-A-C-G-T-,以另一条母链为模板,经复制后得到的对应子链的碱基排列顺序是-A-C-G-T-。4.(2020南平高一检测)在DNA复制过程中,保证复制准确无误进行的关键之一是()A.解旋酶破坏氢键使DNA双链解开B.游离的脱氧核苷酸与母链碱基互补配对C.与母链配对的脱氧核苷酸连接成子链D.子链与母链盘绕成双螺旋结构【解析】选B。DNA复制准确无误进行的关键是双螺旋结构为复制提供精确的模板;另一条
4、件就是严格的碱基互补配对原则。5.(2020张家口高一检测)将用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中让其复制三次,则含有14N的DNA分子占全部DNA分子的比例、含有15N的链占全部DNA单链的比例,依次是()A. 1/2、1/4 B. 1、1/8 C. 1/4、1/16D. 1/8、1/8【解析】选B。用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中,让其复制三次,则产生的DNA分子共有23=8个,共有16条脱氧核苷酸链,其中含有15N的DNA分子有2个,含有14N的DNA分子有8个,含有15N的脱氧核苷酸链有2条,因此,连续复制三次,含有14N的DNA分子占全部DNA分子
5、的比例为100%,含有15N的链占全部DNA单链的比例为2/16=1/8。6.一个双链均被32P标记的亲代DNA由5 000个碱基对组成,其中腺嘌呤占20%,将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是()A.亲代DNA分子中含有氢键的数目为1.3104B.复制过程需要2.4104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为17D.子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为13【解析】选B。腺嘌呤与胸腺嘧啶之间形成2个氢键,鸟嘌呤和胞嘧啶之间形成3个氢键。所以该片段中氢键个数为10 00020%2+1000030%3=1.3104,A正确。
6、根据碱基互补配对原则,双链DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶互补配对,鸟嘌呤和胞嘧啶互补配对,嘌呤总数等于嘧啶总数,各占碱基总数的一半。因为腺嘌呤占20%,所以鸟嘌呤占30%,胸腺嘧啶占20%,胞嘧啶占30%,该分子共有5 000个碱基对,所以胞嘧啶个数为5 000230%=3 000。一个DNA分子连续复制3次,形成8个子代DNA分子,相当于新合成7个DNA分子,需游离胞嘧啶脱氧核苷酸数目为3 0007=2.1104,B错误。DNA分子进行半保留复制,形成的8个DNA分子含有16条单链,其中含有2条亲代被32P标记的单链,所以子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为214,即17,C
7、正确。2个子代DNA分子含32P,6个子代DNA分子只含31P,所以子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为26,即13,D正确。7.某双链DNA分子共含有含氮碱基1 400个,其中一条单链上(A+T)/(G+C)=25,问该DNA分子连续复制两次,共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是() A.300个B.400个C.600个D.1 200个 【解析】选C。根据碱基互补配对原则,A与T配对,C与G配对,已知其中一条单链上(A+T)/(G+C)=25,则另一条链上同样是(A+T)/(G+C)=25,故双链中(A+T)/(G+C)=25。双链DNA分子共含有碱基1 400个,根据上述比例
8、,得出双链DNA分子中(A+T)=400,(G+C)=1 000。由于双链DNA分子中A=T、G=C,所以A=T=200,G=C=500。由于DNA分子半保留复制,因此1个DNA分子连续复制两次形成4个DNA分子,相当于新合成3个DNA分子,共需游离的T的数目为3200=600个。8.某亲本DNA分子双链均以白色表示,以灰色表示第一次复制出的DNA子链,以黑色表示第二次复制出的DNA子链,该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是()【解析】选D。DNA分子的复制特点是半保留复制,若是亲本DNA分子的双链为白色,则复制一次之后,后代的两个子代DNA分子,均是一条链为白色,另一条链为灰色;以子代
9、DNA为模板,进行第二次复制,以其中一个子代DNA分子为例,该分子的一条链为白色,一条链为灰色,则复制之后的两个子代DNA分子的组成分别为白色和黑色,灰色和黑色,因此复制两次之后,子代DNA的组成为,两条白色和两条黑色,两条灰色和两条黑色,复制过程如图所示,D正确。9.(2020永州高一检测)下列有关探究DNA复制方式的说法不正确的是()A.实验利用了同位素示踪法B.细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次C.密度梯度超速离心后,DNA在试管中的位置与相对分子质量无关D.实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点【解析】选C。探究DNA复制的实验利用15N标记亲代细胞的DNA,在含14N的培养液中连
10、续分裂两次(在每次分裂的间期DNA都复制一次),分别取分裂一次和分裂两次的细胞DNA进行密度梯度超速离心,DNA在试管中的位置取决于DNA分子所含同位素的情况,即相对分子质量的大小。实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点。10.某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是15NH4Cl或14NH4Cl。a、b、c表示离心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是()A.本活动运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的
11、DNA都是14N-15N-DNAD.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制【解析】选B。本活动运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术,A项正确。14NH4Cl的相对分子质量小于15NH4Cl,故下沉的是15NH4Cl,B项错误。b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N-15N-DNA,C项正确。实验结果能够说明DNA分子的复制是半保留复制,D正确。二、非选择题(共2题,共30分)11.(16分)(2020双鸭山高一检测)如图是DNA双螺旋结构模型的建构过程图解(15),请据图探讨相关问题。(1)物质1是构成DNA的基本单位,与RNA的基本单位相比,两者成分方面的差别是_。(2)催化形
12、成图2中的磷酸二酯键的酶是_。(3)图3和图4中的氢键用于连接两条脱氧核苷酸链,如果DNA耐高温的能力越强,则_(填“GC”或“AT”)碱基对的比例越高。(4)RNA病毒相比DNA病毒更容易发生变异,请结合图5和有关RNA的结构说明其原因:_。(5)图4一条链中连接相邻两个碱基的结构是_。DNA复制后形成的子代DNA存在于染色体的_;互相分离的时期是_。(6)如果DNA分子含有200对碱基,其中碱基A为40个,则该DNA分子复制3次共需消耗胞嘧啶_个。【解析】(1)DNA与RNA相比,主要区别是DNA中的五碳糖是脱氧核糖,特有的碱基是T,而RNA的基本单位中的五碳糖是核糖,特有的碱基是U。(2
13、)图2是由DNA分子脱水缩合形成,该过程需要DNA聚合酶催化。(3)DNA分子中氢键越多,DNA分子越稳定,G-C之间有3个氢键,A-T之间有2个氢键。(4)RNA分子是单链结构,DNA分子是双螺旋结构,DNA分子结构稳定性较强,因而单链RNA更容易发生变异。(5)DNA一条链中相邻两个碱基通过脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖连接;DNA复制的同时,染色体复制出姐妹染色单体作为DNA的载体,姐妹染色单体的分离发生在有丝分裂和减数分裂后期。(6)由于A和T配对,G和C配对,所以A=T,G=C,已知DNA分子含有200对碱基即400个碱基,A为40个,则可以推出C为160个,该DNA分子复制3次共需消耗胞
14、嘧啶=160(23-1)=1 120个。答案:(1)物质1中的五碳糖是脱氧核糖,特有的碱基是T,而RNA的基本单位中的五碳糖是核糖,特有的碱基是U(2)DNA聚合酶(3)GC(4)DNA的双螺旋结构较RNA单链结构更稳定(5)脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖两条染色单体上有丝分裂和减数分裂后期(6)1 12012.(14分)将细菌放在含有同位素15N的培养基中培养若干代后,细菌DNA所有氮均为15N,它比14N分子密度大,然后将DNA被15N标记的大肠杆菌再移到含14N的培养基中培养,每隔4小时(相当于分裂繁殖一代的时间)取样一次,测定其不同世代细菌DNA的密度,实验结果DNA复制的密度梯度离心实验如
15、图所示:(1)重带含有的氮元素是_,中带含有的氮元素是_。(2)如果测定第四代DNA分子密度,含15N标记的DNA分子比例表示为_。(3)如果将第一代(全中)DNA链的氢键断裂后再测定密度,它的四条DNA单链在试管中的分布位置应为_。(4)上述实验表明,子代DNA合成的方式是_。【解析】(1)重带(DNA)含有的氮元素是15N;中带(DNA)含有的氮元素是14N和15N。(2)第四代中由一个亲代DNA分子产生的子代DNA数为24=16个,其中一条链为14N,另一条链为15N的DNA分子有2个,占总数的1/8,位于梯度离心分离的中带,其余DNA分子均只含14N,有14个,占总数的7/8,位于轻带
16、。(3)将第一代DNA链(一条链含14N,另一条链含15N)的氢键断裂后,两条链将会分开,测定密度时,一半链在轻带,一半链在重带。(4)该实验表明DNA复制方式为半保留复制。答案:(1)15N14N和15N(2)1/8(3)重带、轻带(4)半保留复制(10分钟30分)1.(6分)(2020武汉高一检测)一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌,已知噬菌体DNA上有m个碱基对,其中胞嘧啶有n个,以下叙述不正确的是()A.大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等B.噬菌体DNA含有(2m+n)个氢键C.该噬菌体增殖四次,子代噬菌体中只有14个含有31PD.噬菌体DNA第四次复制时共需要8(
17、m-n)个腺嘌呤脱氧核苷酸【解析】选C。噬菌体没有细胞结构,不能独立生活,需要依赖大肠杆菌为其增殖提供原料和酶等,A项正确;该噬菌体DNA上有m个碱基对,其中胞嘧啶有n个,则胸腺嘧啶为m-n个,噬菌体DNA含有氢键数=3n+2(m-n)=2m+n个氢键,B项正确;该噬菌体增殖四次,子代噬菌体全部含有31P,C项错误;该噬菌体DNA含有腺嘌呤数量为(m-n)个,第四次复制共增加8个DNA分子,共需要8(m-n)个腺嘌呤脱氧核苷酸,D项正确。2.(6分)(多选)将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养。下列推断中,正确的是()A.若减
18、数分裂结束,则产生的子细胞中有5对同源染色体,每条都含32PB.若完成一次有丝分裂,则产生的子细胞中含20条染色体,20条染色体都含32PC.若进行减数分裂,则减数第二次分裂后期细胞中均含2个Y染色体且都含32PD.若进行一次有丝分裂,则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA【解析】选B、D。减数分裂结束,子细胞中不存在同源染色体,故A错误。若进行一次有丝分裂,产生的子细胞中含20条染色体,20条都含标记,故B正确。若进行减数分裂,则减数分裂后期细胞中有的不含Y染色体,故C错误。若进行一次有丝分裂,在分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子,故D正确。【实验探究】3.(18分)关于DNA分子
19、的复制,在早期的研究中科学家提出了三种模型,即全保留复制、半保留复制和弥散复制。全保留复制是在复制过程中新的DNA分子单链结合在一起,形成一条新的DNA双链,而亲本DNA双链仍然被保留在一起。半保留复制是在复制过程中一条新的DNA分子单链与一条亲本DNA单链结合在一起,形成一个新的DNA双链。弥散复制是在复制过程中亲本DNA双链被切割成小片段,分散在新合成的两条DNA双链分子中。科学家以大肠杆菌为实验材料,运用同位素15N标记和密度梯度离心技术进行探究DNA复制方式的实验,实验内容及结果如表。请分析回答:组别1组2组3组4组培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4C
20、l繁殖代数多代多代一代两代培养产物ABB的子一代B的子二代操作提取DNA并离心离心结果仅为轻带(14N/14N)仅为重带(15N/15N)仅为中带(15N/14N)轻带(14N/14N)中带(15N/14N)(1)复制一代后离心,只出现中带,_(填“能”或“不能”)说明一定是半保留复制,原因是_。(2)_组实验可以否定全保留复制,理由是_。(3)_组实验可以否定弥散复制,理由是_。(4)综合分析实验结果可知,DNA分子的复制方式是_,其中第_组结果对得到结论起到了关键作用。 【解析】(1)由于半保留复制和弥散复制在子一代离心后都会表现为一条中带,所以不能确定是半保留复制。(2)全保留复制是在复
21、制过程中新的DNA分子单链结合在一起,形成一条轻带,而亲本DNA双链仍然被保留在一起,形成一条重带,所以出现中带就否定了全保留复制,3组子一代、4组子二代离心后均有中带,所以3、4组均能否定全保留复制。(3)只有一条中带,可能是半保留复制也可能是弥散复制,所以3组不能否定弥散复制,但用含15N标记的亲代在14N标记的培养液中复制出现轻带一定不是弥散复制。所以只有通过4组子二代离心结果才能区分。(4)4组子二代离心结果有1/2中带否定了全保留复制,有 1/2轻带否定了弥散复制,所以是半保留复制。答案:(1)不能半保留复制和弥散复制在子一代均表现为中带 (2)3、43、4组均有中带,全保留复制结果只能有重带和轻带(3)4弥散复制只能有一条带,而且不会有轻带, 4组有两条带,有1/2轻带(4)半保留复制4