1、第二课时DNA分子的复制【目标导航】1.阅读教材，结合DNA分子的结构特点，了解DNA半保留复制的实验证据。2.结合教材图411，归纳DNA分子的复制过程、计算规律，并探讨DNA复制的生物学意义。一、DNA分子复制的方式1DNA分子复制的含义以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。2时期细胞有丝分裂间期和减数分裂的间期。3场所细胞核(主要)。4DNA复制的条件(1) 模板：DNA分子的两条链。(2) 原料：游离的4种脱氧核苷酸。(3) 能量：ATP。(4) 酶：解旋酶、DNA聚合酶等。二、DNA复制的过程及特点1过程2结果形成两个完全相同的DNA分子。3特点(1)边解旋边复制；(2)半
2、保留复制。三、DNA准确复制的原因及意义1原因(1)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。(2)通过碱基互补配对原则，保证了复制能够精确地进行。2意义使遗传信息从亲代传给子代，确保了遗传信息的连续性。判断正误(1)有的细胞并不进行DNA复制。()(2)DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制。()(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子。()(4)DNA的复制需要消耗能量。()(5)单个脱氧核苷酸借助DNA聚合酶通过氢键彼此连接成DNA链。()(6)真核细胞核内DNA复制后位于两条姐妹染色单体上。()(7)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了
3、精确的模板。()(8)通过碱基互补配对原则，保证了复制的准确进行。()(9)通过DNA复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)一、DNA分子半保留复制的实验证据1实验材料和技术科学家以细菌(约每20分钟分裂一次，产生子代)为实验材料，运用同位素标记技术。2实验的基本步骤为(1)用含15N标记的NH4Cl培养细菌。(2)将细菌转移到含14N的普通培养液中培养。(3)在不同时刻收集细菌并提取DNA分子。(4)将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。3实验结果预测如果DNA的两条链中都含有15N，那么这样的
4、DNA分子质量大，离心时应该在试管的底部；两条链中都含有14N，那么这样的DNA分子质量小，离心时应该在试管的上部；两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么这样的DNA分子质量居中，离心时应该在试管的中部。4实验结果分析亲代的结果说明DNA分子还没有复制；子一代试管中为杂合链带说明DNA复制了一次。子二代试管中既有杂合链带又有轻链带，说明这时DNA分子复制了两次。5结论：DNA复制时总是保留一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做半保留复制。1真核细胞的DNA复制是否只在有丝分裂和减数分裂过程中进行？是否只发生于细胞核中？答案不是，无丝分裂过程中也发生DNA复制；线粒体和叶绿体中也有D
5、NA，也进行DNA复制。2若用15N标记一个DNA分子的两条链，用含14N标记的脱氧核苷酸为原料复制一次。那么，半保留复制和全保留复制两种情况下产生的子代DNA有什么不同？答案半保留复制：两个子代DNA分子都为一条链含15N，一条链含14N。全保留复制：子代DNA分子中有一个两条链都为14N，一个两条链都为15N。1在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14NDNA(相对分子质量为a)和15NDNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(和)，用某种离心方法分离得到的结果如下图所示。下列对此实验的叙述不正确的是()A代细菌DNA
6、分子中一条链是14N，另一条链是15NB代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的C预计代细菌DNA分子的平均相对分子质量为D上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制【问题导析】(1)15NDNA在14N的培养基上进行第一次复制后，产生的两个子代DNA分子均含有一条15N的DNA链和一条14N的DNA链。这样的DNA用离心法分离后，应该全部处在试管的中部。(2)代的两个DNA分子再分别进行复制，它们所产生的两个子代DNA分别为全14NDNA分子和14N、15NDNA分子。此时，将该DNA作离心处理，产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的。(3)
7、代细菌DNA分子共有8个，各条单链的相对分子质量之和为(7ab)，平均相对分子质量为。答案B【一题多变】判断正误(1)将第代细菌DNA离心分离将会出现3条带。()(2)不管复制多少代，含15N标记的DNA分子只有两个。()(3)从代开始细菌DNA分子中至少一条链含14N。()答案(1)(2)(3)二、DNA分子复制的过程1DNA分子复制的过程归纳2不同生物的DNA分子复制的场所3复制后两DNA分子的位置核DNA复制后位于两姐妹染色单体上。4子DNA分开时刻及去向细胞分裂过程中，细胞核中两子DNA随着丝点分裂姐妹染色单体分开而分开，即两子DNA分开于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期。5巧记DNA
8、分子复制的“一、二、三、四”若图中的亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，请结合图示分析以下问题。1关于DNA分子数(1)子代DNA分子总数2n个。(2)含15N的DNA分子数2个。(3)含14N的DNA分子数2n个。(4)只含15N的DNA分子数0个。(5)只含14N的DNA分子数(2n2)个。2关于脱氧核苷酸链数(1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数2n1条。(2)含15N的脱氧核苷酸链数2条。(3)含14N的脱氧核苷酸链数(2n12)条。3关于消耗的脱氧核苷酸数(1)经过n次复制，共需消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸m(2n1)个。(2)在第n次复制时，共需消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸m2n1
9、个。2下图表示DNA复制的过程，结合图示，下列有关叙述不正确的是()ADNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开BDNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反C从图示可知，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间DDNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段【问题导析】(1)DNA分子过程中的解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开；(2)DNA分子两条链是反向平行的，两条链复制时箭头方向是相反的；(3)图示中复制的起点只有1个，不能体现DNA分子具有多起点复制的特点；(4)DNA聚合酶的作用底物是单个游离的脱氧核苷
10、酸。答案C【一题多变】判断正误(1)DNA解旋后的每一条脱氧核苷酸链都可以作为DNA复制的模板。()答案解析DNA一次复制可以形成两个DNA分子，因为解旋后的每条脱氧核苷酸链都可以作为复制的模板。(2)通过DNA复制，可以将遗传信息准确无误地从亲代传给子代。()答案解析DNA的复制有一定的准确性，但这种准确性是相对的，可能在复制过程中会发生差错。 1关于DNA复制的叙述，正确的是()A复制均在细胞核内进行B复制仅发生在有丝分裂的间期C复制过程先解旋后复制D碱基互补配对保证了复制的准确性答案D解析只要细胞分裂，DNA就复制，DNA不只存于细胞核内，细胞分裂方式亦不只是有丝分裂；DNA是边解旋边复
11、制，不分先后。2体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关的酶、4种脱氧核苷酸和ATP,37 下保温。下列叙述中正确的是()A能生成DNA，DNA的碱基比例与4种脱氧核苷酸的比例一致B不能生成DNA，因为缺少DNA模板C能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联D不能生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件答案B解析DNA复制需要的条件是模板、原料、酶、能量等，题目的条件缺少模板，不能生成DNA。3如图为真核细胞内某DNA片段(15N标记)结构示意图，共有1 000对脱氧核苷酸组成，其中碱基A占20%。下列说法正确的是()A该DNA片段复制3次，则需要游离的鸟嘌呤脱
12、氧核苷酸2 800个B该DNA片段的一条核苷酸链中为32C解旋酶作用于部位，DNA聚合酶用于催化部位的化学键构成D将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后，含14N的DNA分子占答案B解析该DNA片段复制3次，则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为600(231)4 200对；由于碱基A占20%，因此碱基T占20%，碱基C占30%，碱基G占30%，该DNA片段的两条脱氧核苷酸链中为32，则该DNA片段的一条脱氧核苷酸链中也为32；DNA聚合酶用于构建3,5磷酸二酯键；将该DNA片段置于14N培养液中复制3次后，子代DNA分子全部含有14N。4如图为高等植物细胞中DNA复制过程模式图，请根据图示过程，
13、回答问题。(1)由图示可知，1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子的方式是_。(2)细胞中DNA复制的场所为_；在复制完成后，乙、丙分开的时期为_。(3)把乙(只含14N)放在含15N的培养液中培养，复制2次后子代DNA单链中含15N的DNA单链所占的比例是_。答案(1)半保留复制(2)细胞核、线粒体和叶绿体有丝分裂后期和减数第二次分裂后期(3)【基础巩固】1沃森和克里克在发表了DNA分子双螺旋结构的论文后，又提出了DNA自我复制的假说。下列有关假说内容的叙述不正确的是 ()ADNA复制时，双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂B以解开的两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补
14、配对原则，通过氢键结合到作为模板的单链上C形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链D形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成答案D解析沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制，即形成的DNA分子包括一条母链和一条子链。2已知一条完全标记上15N的DNA分子在含14N的培养基中经n次复制后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为71，则n是()A2 B3 C4 D5答案C解析DNA分子复制是半保留复制，所以无论这个DNA分子复制多少次，总有两个DNA分子各有一条链带有15N标记，因此仅含14N的DNA分子总数应为14个，复制n次后，共得到16个DNA
15、分子；由公式2n16可知DNA分子复制了4次。3把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌转移到含重氮(15N)的环境中培养相当于繁殖一代的时间，然后放回原来的环境中培养相当于连续繁殖两代的时间后，分析细菌DNA分子组成，则正确答案应为()选项DNA分子轻氮型中间型重氮型ABCD答案A解析细菌繁殖一代后，DNA分子为中间型，连续繁殖两代后，形成的8个DNA分子中，中间型有2个，占；轻氮型有6个，占。4一个不含放射性元素的噬菌体，在脱氧核苷酸被32P标记及氨基酸被15N标记的细菌体内，连续繁殖三代，含有32P和15N标记的噬菌体分别占子代噬菌体总数的比例为()A100%、100% B25%、50%C5
16、0%、50% D25%、0答案A解析噬菌体侵染细菌后在亲代噬菌体的DNA的作用下，以细菌细胞内的脱氧核苷酸和氨基酸为原料合成子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳。细菌细胞内脱氧核苷酸被32P标记，氨基酸被15N标记，则后代每个噬菌体都含有32P和15N。5某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA分子的复制，从而达到控制癌症的目的。这些药物作用的细胞正处在细胞周期的()A间期 B前期 C中期 D后期答案A解析DNA的复制时期是在细胞分裂间期。【巩固提升】6用经3H标记的n个噬菌体侵染大肠杆菌，在普通培养基中，培养一段时间后，统计得知培养基中共有后代噬菌体m个，其中含有标记元素的噬菌体占的比例为()A. B. C
17、. D.答案B解析每个噬菌体共有2条被标记的DNA链，n个噬菌体DNA经复制后被标记的DNA链进入2n个子代噬菌体内，所以被标记的噬菌体所占比例为。7如图表示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。一般地说，下列各项中正确的是()Aa和c的碱基序列互补，b和c的碱基序列相同Ba链中的比值与d链中同项比值相同Ca链中的比值与b链中同项比值相同Da链中的比值与c链中同项比值不同答案C解析DNA复制的特点是半保留复制，b链是以a链为模板合成的，a链和b链合成一个子代DNA分子，a链中的值等于b链中的值。8细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再
18、移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，下图为可能的结果，下列叙述错误的是()A第一次分裂的子代DNA应为B第二次分裂的子代DNA应为C第三次分裂的子代DNA应为D亲代的DNA应为答案A解析亲代DNA为15N15N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N14N，即中DNA应如图所示。9如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是()A由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制B解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATPC从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的DDNA在复制过程中是先进行解旋，后半保留复制答案D解析DNA分子的复制是边解旋边复制。
19、10如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是()A图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D真核生物的这种复制方式提高了复制速率答案A解析从图中可以看出DNA分子复制有多个起点，但不是同时开始，因为复制环有大有小，所以A不对。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等参与。DNA分子复制是多起点、边解旋边双向复制，从而提高了复制的速率。11在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长
20、的大肠杆菌，其DNA分子均为15NDNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基上，让其连续繁殖两代(和)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示。请分析：(1)由实验结果推测第一代()细菌DNA分子中一条链是_，另一条链是_。(2)将第一代()细菌转移到氮源为15N的培养基上，让其繁殖一代，将所得到细菌的DNA分子用同样的方法分离，请参照图，将DNA分子可能出现在试管中的位置画出。答案(1)含14N含15N(2)如图所示12如图为真核生物DNA复制的图解，请据图回答下列问题。(1)DNA复制主要发生在_期。(2)过程称为_。(3)中的子链是_。(4)过程必须遵循_原则。(5)子代DN
21、A分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA复制具有_的特点。(6)具有N个碱基对的一个DNA分子片段中，含有m个腺嘌呤脱氧核苷酸。该片段完成n次复制需要_个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。该片段完成第n次复制需要_个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。A(2n1)(Nm) B2n1(Nm)C2n1 D2n答案(1)有丝分裂间期和减数分裂间(2)解旋(3)、(4)碱基互补配对(5)半保留复制(6)AB解析DNA的复制方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和一条与母链互补的子链。据题意，该DNA分子片段含有胞嘧啶脱氧核苷酸的个数为Nm。该片段完成n次复制，共产生DNA分子数为2n个，新增DNA分子(2
22、n1)个。故其完成n次复制需要的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(2n1)(Nm)个，选A。该片段完成n1次复制时共产生DNA分子2n1个，若再完成一次复制(也就是第n次复制)，新增DNA分子数为2n1个，故其完成第n次复制需要的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为2n1(Nm)个，选B。【走进高考】13(2010北京卷，30，改编)科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。组别1组2组3组4组培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl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
23、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)请分析并回答：(1)综合分析本实验的DNA离心结果，第_组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第_组和第_组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是_。(2)分析讨论：若子一代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自_，据此可判断DNA分子的复制方式不是_复制若将子一代DNA双链分开后再离心，其结果_(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。若在同等条件下将子二代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置_，放射
24、性强度发生变化的是_带。若某次实验的结果中，子一代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为_。(3)经上述实验可知DNA的复制方式是半保留复制。如果1个DNA分子中共有100个碱基对，其中含有腺嘌呤20个，复制4次需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸_个。第4次复制需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为_个。(4)若第3组中的离心结果是重带(15N/15N)、轻带(14N /14N)，推测DNA的复制方式是_。答案(1)312半保留复制(2)B半保留不能无变化轻15N(3)1 200640(4)全保留复制。解析(1)若证明DNA的复制为半保留复制，则需证
25、明后代DNA的两条链，一条链是原来的，另一条链是新合成的，第3组结果与第1组、第2组的结果对比可以证实。(2)“轻带”DNA为14N/14NDNA，“重带”DNA为15N/15NDNA，据表，“重带”DNA来自于B。的结果使后代DNA的两条链或全是原来的，或全是新合成的，说明DNA分子的复制方式不是半保留复制。将子一代DNA双链分开后再离心，无法判断后代DNA的两条链的来源，不能判断DNA的复制方式。将子二代继续培养，子n代DNA的情况是有2个为15N/14NDNA，其余全部为14N/14NDNA，所以子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置没有变化，放射性强度发生变化的是轻带。中带为15N/14NDNA，中带略宽，说明新合成的DNA单链中的N元素还有少剖分为15N。(3)该DNA中有腺嘌呤(A)20个，由于AG50%总碱基数100，所以鸟嘌呤(G)80，所以复制4次需要消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(241)801 200个。复制4次消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(241)80，复制3次消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(231)80，所以第4次复制需要的鸟嘌呤脱氧核苷酸为(241)80(231)802380640。 (4)离心结果表明，子一代中的两个子代DNA分子中，一个DNA分子两条链来自原来的母链，另一个DNA分子的两条链来自以母链为模板合成的子链。
