第3節(jié)DNA的復制

學習導讀

學習準備

1.概念：以________為模板合成________的過程。

2.時間：有絲分裂和減數(shù)第一次分裂的________。

3.條件：①模板 ——________________________。

②原料 ——________________________。

③酶 ——________________________。

④能量 ——________________________。

4.過程：①解旋：解旋酶打破________，兩條母鏈逐漸分離；

②合成子鏈：以________為模板，按照堿基互補配對原則各自合成互補的子鏈；

③形成子代DNA：子鏈與相對應的________結(jié)合并螺旋化，構(gòu)成子代DNA分子。

5.特點：①邊解旋邊復制（能提高復制速度）；

②半保留復制（雙鏈中一條是模板鏈，也叫母鏈，一條是新合成的子鏈）。

6.意義：通過復制傳遞遺傳信息，使親子代保持一定________。

破疑解難

1.DNA的復制。

（1）概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。

（2）時間：有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂間期。

（3）場所：主要在細胞核中，其次是在線粒體、葉綠體、原核生物的擬核和質(zhì)粒。

（4）條件：模板、原料、能量、酶、一定的溫度和適宜的pH值等。

（5）復制的“精確性”：DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)和堿基互補配對原則。

（6）過程：解旋→合成→延伸和盤旋。

（7）特點：邊解旋邊復制，半保留復制。

（8）意義：使遺傳信息從親代傳遞給子代，從而保持遺傳信息的連續(xù)性。

2.有關(guān)DNA復制的計算。

（1）一個DNA分子復制n次后得到2n個子代DNA。

（2）其中有2個DNA分子各含一條母鏈（即有2個DNA分子的兩條鏈是混合鏈）。

（3）0個DNA分子的兩條鏈都是母鏈。

（4）若一個DNA分子中有X個某種脫氧核苷酸，則完成n次復制需準備游離的該種脫氧核苷酸原料是（2n-1）X。

例題精講

例1：Brdu是一種嘧啶類似物，能替代胸腺嘧啶與腺嘌呤配對，摻入到新合成的DNA鏈中。將植物的根尖分生組織放在含有Brdu的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，待細胞培養(yǎng)兩個分裂周期后，取出根尖，染色后觀察一條染色體的兩個姐妹染色單體，發(fā)現(xiàn)一個染色單體中的DNA分子的兩條脫氧核苷酸中，只有一條鏈含有Brdu。

預測：另一個染色單體的DNA分子中有________條鏈含有Brdu，該實驗能證明DNA分子復制的特點是________。

解析：題中根尖分生組織在含Brdu的培養(yǎng)基中復制兩次（經(jīng)歷兩個細胞周期）后形成4個DNA分子、8條脫氧核苷酸鏈，不含Brdu的鏈只有2條，分別在兩個染色體的染色單體上。因此，如果一個染色單體上的DNA的兩條鏈中一條含有Brdu，則另一條染色單體的兩條鏈中都含有Brdu。

答案：2 半保留復制

例2：一個用 15N標記的DNA分子，放在沒有標記的環(huán)境中培養(yǎng)，復制5次后含有 15N標記的DNA分子占DNA分子總數(shù)的（）

A.1/4

B.1/8

C.1/16

D.1/32

解析：一個DNA分子復制n次后產(chǎn)生的DNA分子數(shù)為2n。而DNA的復制是半保留復制，其特點是：新形成的DNA雙鏈，一條來自親代DNA分子的母鏈，另一條是新形成的子鏈。這樣最初15N標記的DNA分子復制后，其標記的兩條鏈就分別進入兩個子代DNA分子中，這樣兩個子代DNA分子被標記了。以后均是在沒有標記的環(huán)境中復制，不論經(jīng)過多少次復制，最初標記的兩條鏈始終存在于兩個DNA分子中，經(jīng)n次復制后，被 15N標記的DNA分子占2/2n，即1/2n-1。

答案：C

隨堂精練

一、選擇題

1.下列有關(guān)DNA復制的敘述，正確的（）

A.DNA分子在解旋酶的作用下水解為脫氧核苷酸

B.在復制過程中，復制和解旋是同時進行的

C.解旋后以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈

D.兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子

2.假設(shè)某生物體細胞有四條染色體，在有絲分裂前期，細胞內(nèi)的染色單體、DNA分子和脫氧核苷酸鏈的數(shù)目依次是（）

A.4、4、4

B.4、8、16

C.8、8、16

D.8、16、32

3.一個DNA分子復制完畢后，新形成的DNA子鏈（）

A.是DNA母鏈的片段

B.和DNA母鏈之一完全相同

C.和DNA母鏈相同，但T為U所代替

D.和DNA母鏈稍有不同

4.一個DNA分子中有100個堿基對，其中有腺嘌呤40個，若該DNA連續(xù)復制兩次，將需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸（）

A.60個

B.120個

C.180個

D.240個

5.保證準確無誤地進行DNA復制的關(guān)鍵步驟是（）

A.解旋酶促使DNA的兩條互補鏈分離

B.游離的脫氧核苷酸與母鏈堿基進行互補配對

C.配對的脫氧核苷酸之間連接成與母鏈互補的子鏈

D.模板母鏈與互補子鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)

二、非選擇題

6.右圖為DNA分子復制的圖解，請據(jù)圖回答有關(guān)問題。

（1）“1”所示的過程叫做________。

（2）“2”所示的過程叫做________。其中，相應兩個堿基之間通過________連接成堿基對。這一過程必須遵循一定的規(guī)則，比如，母鏈上的堿基是胸腺嘧啶，則與此相配對的堿基一定是。

（3）“3”所示的過程叫做________。

（4）圖中作為模板的母鏈是________鏈。

（5）由上述DNA復制圖解可知DNA的復制方式是________。

達標測評

一、選擇題

1.用同位素 32P標記某一噬菌體的雙鏈DNA分子，讓其侵入大腸桿菌繁殖，最后釋放出200個后代，則后代中有 32P的噬菌體占總數(shù)的（）

A.2%

B.1%

C.0.5%

D.50%

2.某DNA分子中含有腺嘌呤200個，該DNA復制數(shù)次后，消耗了周圍環(huán)境中3000個胸腺嘧啶脫氧核苷酸，則該DNA分子已經(jīng)復制的次數(shù)是（）

A.3

B.4

C.5

D.6

3.若將果蠅的一個精原細胞中的一個DNA分子用 15N進行標記，正常情況下在該細胞形成的精子中，含 15N的精子數(shù)占（）

A. B. C.

D.1

4. 某DNA分子中含A的數(shù)量為M，占堿基總數(shù)的比例為a，若此DNA分子連續(xù)復制n次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為（）

A.（2n-1）M

B.M/2a-M

C.（2n-1）/2n×M/a

D.M（2n-1）（1-2a）/2a

5.一個DNA分子經(jīng)n次復制后，形成的DNA分子中不含最初DNA母鏈的分子數(shù)為（）

A.2n-1個

B.2n-1個

C.2n-2個

D.2n-2個

6.用 15N同位素標記細菌的DNA分子，再將它們放入含 14N的培養(yǎng)基上連續(xù)繁殖4代，a、b、c為三種DNA分子：a只含 15N，b同時含 15N和 14N，c只含 14N。下圖中這三種DNA分子的比例正確的是（）

7.在一個密閉的容器里，用含有同位素 13C的脫氧核苷酸合成一個DNA分子，然后再加入普通的含 12C的脫氧核苷酸，經(jīng)n次復制后，所得DNA分子中含 12C的脫氧核苷酸鏈數(shù)與含 13C的脫氧核苷酸鏈數(shù)之比（）

A.2n/1

B.（2n-2）/n

C.（2n-2）/2

D.（2n-1）/1

8.假設(shè)含有一對同源染色體的一個精原細胞的DNA分子用 15N標記，并供給 14N的原料，該細胞進行減數(shù)分裂產(chǎn)生的4個精子中，含有 15N標記的DNA的精子所占比例為（）

A.0

B.25%

C.50%

D.100%

二、非選擇題

9. 含有 32P和 31P的磷酸，兩者化學性質(zhì)幾乎相同，都可參與DNA分子的組成，但 32P比 31P質(zhì)量大。現(xiàn)將某哺乳動物的細胞放在含有 31P的磷酸的培養(yǎng)基中，連續(xù)培養(yǎng)數(shù)代后得到G0代細胞。然后將G0代細胞移至含有 32P的磷酸的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過第1、第2次細胞分裂后，分別得到G1、G2代細胞。再從G0、G1、G2代細胞中提取出DNA，經(jīng)密度梯度離心后得到結(jié)果如右圖。由于DNA分子質(zhì)量不同，因此在離心管內(nèi)的分布不同。若①、②、③分別表示輕、中、重三種DNA分子的位置，請回答：

（1）G0、G1、G2三代離心后的試管分別是圖中的________、________、________。

（2）G2代在①、②、③三條帶中DNA數(shù)的比例是________________________________。

（3）圖中①、②兩條帶中DNA分子所含的同位素磷分別是________、________。

（4）上述實驗結(jié)果證明DNA的復制方式是________，DNA的自我復制能使生物的________保持相對穩(wěn)定。

10. 從DNA分子復制過程可以看出DNA分子的________結(jié)構(gòu)能夠為復制DNA提供________；通過________保證了復制的準確無誤，在生物體細胞中DNA復制需要的條件是。

拓展延伸

科學家在研究DNA分子復制方式時進行了如下的實驗研究（已知培養(yǎng)用的細菌大約每20min分裂一次，實驗結(jié)果見相關(guān)圖示）：

（1）復制過程除需要模板DNA、脫氧核苷酸外，還需要________等條件（至少答兩點）。

（2）為了證明DNA復制的特點為半保留復制，請設(shè)計實驗三（用圖示和有關(guān)文字補充在上圖中），并畫出結(jié)果C。

（3）該過程中，實驗一、實驗二起________作用。

若用 15N標記的DNA作為模板，用含 14N標記的培養(yǎng)基培養(yǎng)，在右面坐標圖上畫出連續(xù)培養(yǎng)細菌60分鐘過程中，15N標記DNA分子含量變化的曲線圖。

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