新人教（2019）生物必修2同步学案：第3章 第3节　DNA的复制

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新人教（2019）生物必修2同步学案
3.3　DNA的复制
一、对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据
1．对DNA复制的推测
(1)半保留复制
①提出者：沃森和克里克。
②观点：DNA复制方式为半保留复制。
③内容：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。
④结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。
(2)全保留复制
概念：指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
2．DNA半保留复制的实验证据
(1)实验方法：同位素标记技术和离心技术。
(2)实验原理：只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
(3)实验假设：DNA分子以半保留的方式复制。
(4)实验结果预期：离心后应出现三条DNA带。
①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。
③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
(5)实验过程
(6)结果分析
①立即取出：提取DNA→离心→全部是重带。
②细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出：提取DNA→离心→全部是中带。
③细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出：提取DNA→离心→1/2位于中带、1/2位于轻带。
(7)实验结论：DNA复制是以半保留的方式进行的。
(1)沃森和克里克以大肠杆菌为材料，运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制(　　)
(2)证明DNA为半保留复制的研究过程中运用了假说—演绎法(　　)
答案　(1)×　(2)√
科学家在研究DNA的复制方式时，提出了两种复制模式：全保留复制和半保留复制(如图所示)：
请据图回答问题：
(1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？
提示　同位素标记技术。
(2)如何测定子代DNA带有同位素的情况？
提示　对DNA进行离心，观察其在离心管中的分布。
(3)若DNA复制的方式为全保留复制，上述实验结果会是怎样？
提示　①亲代大肠杆菌：提取DNA→离心→全部是重带。②繁殖一代后取出：提取DNA→离心→1/2重带、1/2轻带。③繁殖两代后取出：提取DNA→离心→1/4重带、3/4轻带。
二、DNA复制的过程
1．DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
3．过程
4．结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
5．特点
(1)边解旋边复制。
(2)半保留复制。
6．准确复制的原因
(1)DNA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，保证了复制能够准确地进行。
7．意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
拓展延伸　真核生物DNA复制的起点和方向
多起点不同时双向复制
在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的。
(1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同(　　)
(2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制(　　)
(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(　　)
(4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中(　　)
(5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
请总结DNA复制的相关计算规律：
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下：
从图中可以得到如下规律：
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为2n个。
②含15N的DNA分子数为2个。
③含14N的DNA分子数为2n个。
④只含15N的DNA分子数为0个。
⑤只含14N的DNA分子数为(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝(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，经过n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
1．DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2．DNA复制的过程可分为三步：
(1)解旋：复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
(2)合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。
(3)螺旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。
3．DNA复制的特点：边解旋边复制，半保留复制。
4．DNA复制需要的条件：模板、原料、能量、酶。
1．细菌在含15NH4Cl的培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再移入含14NH4Cl的培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤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⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
答案　A
解析　亲代DNA为15N/15N，移入含14NH4Cl的培养基中培养，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N/14N，应如图②所示。
2．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复制一代的时间，然后放回原环境中培养相当于连续复制两代的时间后，细菌的DNA组成为(　　)
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中间型、1/2重氮型
D．1/2轻氮型、1/2中间型
答案　A
解析　将含14N的细菌转移到含重氮(15N)的环境中培养相当于复制一代的时间，则得到的每个DNA分子都是一条链含14N、一条链含15N，再将其放回含轻氮(14N)的环境中培养相当于连续复制两代的时间后，由1个DNA分子得到4个DNA分子，其中3个DNA分子只含14N，另外1个DNA分子一条链含14N、一条链含15N，即此时细菌的DNA组成为3/4轻氮型、1/4中间型，A项正确。
3．(2019·福建厦门一中期中)下列关于DNA复制的叙述，不正确的是(　　)
A．DNA复制时只以DNA的一条链作为模板
B．DNA复制时以4种游离的脱氧核苷酸为原料
C．DNA复制过程需要消耗能量
D．DNA分子的复制方式是半保留复制
答案　A
解析　DNA复制时以解开的两条单链分别作为模板，A错误；DNA复制过程需要细胞呼吸产生的ATP作为直接能源物质，C正确；DNA分子的复制方式是半保留复制，通过半保留复制，每条子链与对应的模板链构成一个新的DNA分子，D正确。
4．(2020·成都高新实验中学高二月考)以DNA的一条链“—A—T—C—”为模板，经复制后产生的子链是(　　)
A．—G—A—T— B．—U—A—G—
C．—T—A—G— D．—T—U—G—
答案　C
5．下图表示DNA分子复制的过程，结合图示，下列有关叙述不正确的是(　　)
A．DNA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
B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链方向相反
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
D．DNA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
答案　C
解析　DNA复制需要以DNA的两条链为模板，因此DNA分子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，A正确；由图可知，DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链方向相反，B正确；题图中复制的起点只有1个，不能体现DNA分子具有多起点复制的特点，C错误；DNA聚合酶的作用是将单个游离的脱氧核苷酸连接成DNA片段，D正确。
6．如图为真核细胞中发生的一项生理过程示意图，请据图回答下列问题：
(1)图中表示的生理过程是________，此过程发生的主要场所是________。
(2)该过程首先需要在_______酶作用下把两条螺旋的双链解开；需要_______直接供能。
(3)已知一个亲代DNA分子有p个碱基，其中腺嘌呤q个，连续进行此项生理过程n次，共消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸________个。
(4)该过程得到的子代DNA与亲代相同，原因是_________________________________。
答案　(1)DNA复制　细胞核
(2)解旋　ATP
(3)(p/2－q)(2n－1)
(4)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行
解析　(1)分析题图可知，图示为DNA的复制过程，主要发生场所是细胞核。(2)DNA复制首先需要在解旋酶作用下把两条螺旋的双链解开，该过程需要消耗能量，ATP是直接能源物质。(3)已知一个亲代DNA分子有p个碱基，其中腺嘌呤q个，则胞嘧啶有(p/2－q)个，所以连续进行此项生理过程n次，共消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸(p/2－q)(2n－1)个。