3.3DNA的复制（学案）-2022-2023学年高一生物人教版（2019）必修二（含解析）

第三章 基因的本质
第三节 DNA的复制
【学习目标】
1.总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程
2.分析证明DNA是主要的遗传物质的实验设计思路。
3.探讨实验技术在证明DNA是主要的遗传物质中的作用。
【基础梳理】
一、对DNA复制的推测
（1）假说： 复制方式。
（2）提出者： 。
（3）内容
①解旋：DNA分子复制时，DNA分子的 解开，互补的碱基之间的断裂。
②复制：以 作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据 原则，通过形成 结合到作为模板的单链上。
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。
二、DNA半保留复制的实验证据
1.1958年，科学家以 为实验材料，运用 ，设计了实验。
2.实验过程：
同位素： 、 ，标记NH4Cl培养液培养大肠杆菌
方法：
培养基类型 结果 在试管中位置
亲代
子一代
子二代
①离心处理后，为什么子一代DNA只有杂合链带？
②子二代DNA出现了轻链带和杂合链带，说明了什么？
上述实验证明，这种复制方式是： 。
三、DNA复制的过程
1.DNA复制：
（1）概念：_
（2）时间：
（3）模板：
（4）参与的酶：
（5）场所：
（6）原料：
2.DNA复制是一个边 边 的过程，需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板， 通过 互补配对， 保证了 。
3.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 。
【拓展延伸】
DNA复制的有关计算
DNA的复制为半保留复制，将含有15N的一个DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次。
1.子代DNA个数的计算：
子代DNA有2n个，其中含15N的DNA分子有2个，只含15N的DNA分子有0个，含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有2n-2个。
2.脱氧核苷酸链的计算：
脱氧核苷酸链共2n+1条，其中含15N的脱氧核苷酸链有两条，含14N的脱氧核苷酸链有2n+1-2条。
3.消耗的脱氧核苷酸数的计算：
（1）若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸为m·（2n-1）个。
（2）第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2 n-1个。
易错提示：（1）对子代DNA分子中被标记的DNA个数求解时，应看准是“含”还是“只含”。
（2）对子代DNA分子的链数求解时，应分清“DNA分子链数”还是“脱氧核苷酸链数”。
【例题】
某基因（14N）含有3000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N同位素标记过的游离脱氧核苷酸为原料复制3次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行密度分层，得到结果如图1；然后加入解旋酶再离心，得到结果如图2。则下列有关分析完全正确的是（ ）
①X层全部是含14N的基因
②W层中含15N标记的胞嘧啶3150个
③W层与Z层的核苷酸数之比为1:4
④X层中含有的氢键数是Y层的1/3
A.① B.①③ C.②④ D.②③④
答案：C
解析：结合题意：两条链都是14N的DNA，复制3次，DNA总数是8个，其中含有14N的DNA为2个（每个DNA均为一条14N链，一条15N链），其余6个均为15N的DNA（两条链均为15N）。因为14N15N的DNA密度比15N15N的DNA密度小，故X层应该为14N15N的DNA，Y层为15N15N的DNA，①错误。一个DNA中含有3000个碱基，腺嘌呤占35%，那么胞嘧啶占15%，故胞嘧啶的碱基数为450个。复制3次一共得到8个DNA，这样需要的胞嘧啶数为450×7=3150个，②正确。复制后的8个DNA一共含有16条链，其中14N的链2条（分布在Z层），15N的链14条（分布在W层），因为该基因含有3000个碱基，故每条链的核苷酸数为1500，这样Z层的核苷酸数为1500×2=3000，W层的核苷酸数为1500×14=21000个，故W层与Z层的核苷酸数之比为7：1，③错误。复制得到的DNA所含有的碱基数都是相同的，那么氢键数也应该是相同的，X层有2个DNA，Y层有6个DNA，这样它们的氢键数之比即为DNA数之比，即X层中含有的氢键数：Y层中含有的氢键数=1：3。X层中含有的氢键数是Y层的1/3，④正确。
【课堂练习】
1.某亲本DNA分子双链均以白色表示，以黑色表示第一次复制出的DNA子链，以灰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（ ）
A. B.
C. D.
2.下列关于DNA分子复制的叙述，正确的是（ ）
A.复制不需要模板 B.复制不消耗能量
C.复制方式为半保留复制 D.在核糖体内复制
3.下列关于DNA分子结构和DNA复制的叙述，正确的是（ ）
A.DNA分子中G—C碱基对含量较多比A—T碱基对含量较多更有利于DNA分子稳定
B.某双链DNA片段中碱基G占总碱基数的30%，则该DNA的其中一条链中碱基T占总碱基数的10%
C.“探究DNA的复制过程”活动中，离心后分布于离心管中部的DNA不含15N
D.DNA复制过程中，DNA的两条链完全打开后，再开始合成新的子链
4.1958年，科学家利用大肠杆菌设计了DNA合成的同位素示踪实验，来探究DNA的复制过程。下列叙述正确的是（ ）
A.试管③中的DNA均含有15N
B.若用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA更方便
C.若细胞再分裂一次，离心后有1/4的大肠杆菌在试管中部
D.根据该实验可确定DNA的复制方式是半保留复制
5.研究人员将1个含14N-DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养24h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋，变成单链，然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带（如图）。下列说法正确的是（ ）
A.由结果可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为6h
B.根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式
C.解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键
D.若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带
6.下图为真核生物DNA的结构（图甲）及发生的生理过程（图乙），请据图回答下列问题：
（1）图甲为DNA的结构示意图，其基本骨架由_____和_____（填序号）交替排列构成，④为_____（填名称）。
（2）从图乙可看出，该过程是从_____个起点开始复制的，从而_____复制速率；图中所示的酶为_____酶；作用于图甲中的_____（填序号）。
（3）若用1个32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，释放出300个子代噬菌体，其中含有32P的噬菌体所占的比例是_____。
（4）若图甲中的亲代DNA分子含有100个碱基对将该DNA分子放在含有用32P标记的脱氧核苷酸培养液中复制一次，则子代DNA分子的相对分子质量比原来增加_____。
（5）若图乙中亲代DNA分子在复制时，一条链上的G变成了A，则该DNA分子经过n次复制后，发生差错的DNA分子占DNA分子总数的_____。
【答案以及解析】
1.答案：C
解析： DNA分子的复制是半保留复制，新合成的DNA分子中其中一条是母链，一条是新合成的子链。如果亲本DNA分子双链均以白色表示，以黑色表示第一次复制出的DNA子链，则复制一次获得的2个DNA分子都各含有1条白色链和1条黑色链，灰色表示第二次复制出的DNA子链，则第二次复制形成的4个DNA分子都含有1条灰色链，2个DNA分子含有白色链，2个DNA分子含有黑色链。
2.答案：C
解析：AB、DNA分子复制需要模板、酶、原料、能量等条件，AB错误；
C、从结果看，DNA复制产生的新DNA分子中，一条链为旧链，一条链为新链，说明DNA复制是半保留复制，C正确；
D、DNA复制发生在细胞核、拟核、线粒体、叶绿体中，D错误。
故选：C。
3.答案：A
解析：DNA分子中G—C碱基对之间有3个氢键，A—T碱基对之间有2个氢键，G—C碱基对含量较多比A—T碱基对含量铰多更有利于DNA分子稳定，A正确；某双链DNA片段中碱基G占总碱基数的30%，则该双链DNA片段中碱基C占30%、碱基A占20%、碱基T占20%，但其中一条链中的碱基T不一定占总碱基数的10%，B错误；“探究DNA的复制过程”活动中，不含15N只含14N的DNA经离心后分布于离心管的上部，两条链分别含15N、14N的DNA经离心后分布于离心管的中部，C错误；DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，D错误。
4.答案：D
解析：试管③是DNA在含14N的培养液中复制两次的结果，只有一半DNA含有15N，A错误；噬菌体是病毒，不能在培养液中繁殖，B错误；实验中提取大肠杆菌的DNA之后离心，并不是离心大肠杆菌，C错误；试管①离心后DNA都在底部，试管②是DNA复制一次的结果，离心后DNA都在中部，试管③是DNA复制两次的结果，离心后DNA分布于中部和上部，通过分析可判断出DNA的复制方式是半保留复制，D正确。
5.答案：D
解析：无论复制几次，子代中含有的母链数只有2条，由图可知条带1（母链）占DNA单链的含量为1/8，说明子代DNA分子含有的单链数为16，则子代DNA数为8（=23），说明大肠杆菌的DNA复制了3次，由此可知大肠杆菌的细胞周期大约为1h/3=20min，A错误。亲代DNA只含14N，培养液中只含15N，结合A项分析可知DNA经过3次复制后，由于DNA的复制方式为半保留复制，因此1/4的子代DNA同时含有14N和15N，3/4的子代DNA只含15N，则经过密度梯度离心后也可得到两种条带，D正确。将DNA解开双螺旋形成单链后再进行密度梯度离心，无法确定DNA的复制方式，C错误。解开DNA双螺旋的过程破坏的是两条链之间的氢键，C错误。
6.答案：（1）①；②；胞嘧啶脱氧核苷酸
（2）多；提高；解旋；⑨
（3）1/150
（4）100
（5）1/2
解析：（1）DNA的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接构成。图中的④是由一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子C（胞嘧啶）组成的胞嘧啶脱氧核苷酸。
（2）分析图乙，图中DNA复制时有多个复制起点，这样可以大大提高复制的速率。图中的酶使碱基对间的氢键断裂，使DNA双链解旋，应为解旋酶。
（3）用32P标记的1个T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，根据DNA分子半保留复制的特点，则新形成的300个噬菌体中有2个含32P，占1/150。
（4）亲代DNA分子含有100个碱基对，在含有用32P标记的脱氧核苷酸的培养液中复制一次形成的子代DNA分子一条链含32P，一条链含31P，标记部分的脱氧核苷酸比未标记的相对分子质量增加1，因此每个子代DNA分子的相对分子质量增加100。
（5）DNA分子复制时一条链上的碱基发生变化，另一条链上的碱基不发生变化，以发生变化的单链为模板复制形成的DNA分子都是异常的，以碱基没有发生变化的单链为模板合成的DNA分子都是正常的，因此无论复制多少次，发生差错的DNA分子都占1/2。
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