2024人教版新教材高中生物必修2同步练习--第3节　DNA的复制（含解析）

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2024人教版新教材高中生物必修2
第3节　DNA的复制
基础过关练
题组一　DNA半保留复制的实验证据
1.(2021湖南大联考期中改编)为研究DNA的复制方式,先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养若干代,使DNA的氮元素均为15N(离心结果见甲试管),后转至含14N的培养基培养。提取每代大肠杆菌的DNA进行离心,离心结果见试管乙、丙、丁。相关叙述错误的是(　　)
A.乙试管是大肠杆菌在14N培养基繁殖一代的结果
B.大肠杆菌在14N培养基繁殖三代后DNA全部含有14N
C.该实验运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术
D.含15N与含14N培养基互换,繁殖一代的结果与丙相同
2.(2022广东珠海二中期中)科学家曾推测DNA复制方式有如图甲所示的三种方式。1958年,梅塞尔森和斯塔尔用密度梯度离心的方法,追踪由15N标记的DNA亲本链的去向,实验过程是将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,再连续繁殖两代(子Ⅰ代和子Ⅱ代)后离心得到如图乙所示的结果。下列有关叙述正确的是 (　　)
甲
乙
A.若子Ⅰ代离心后只有中密度带,则一定是半保留复制
B.区分分散复制和半保留复制,要从子Ⅱ代离心结果开始
C.如果将子Ⅰ代DNA分子解旋后再离心,则三种复制方式的结果是一样的
D.若DNA确实是半保留复制,则复制5代后,含14N的DNA分子占15/16
题组二　分析DNA复制的过程
3.DNA分子通过复制将遗传信息从亲代传递给子代。有关DNA复制过程,说法正确的是(　　)
①需要ATP提供能量　②以核糖核苷酸为原料　③以脱氧核糖核苷酸为原料　④由DNA聚合酶断开氢键　⑤由解旋酶解旋　⑥以DNA分子两条链分别作为模板　⑦只发生在细胞核中
A.①②⑤⑥　　　　B.①②④⑥⑦
C.①③④⑥⑦　　　　D.①③⑤⑥
4.有关DNA分子的复制,说法不正确的是(　　)
A.子链的合成遵循碱基互补配对原则
B.DNA复制时有氢键的断裂,也有氢键的合成,整体而言,并没有消耗ATP
C.每一个子代DNA分子保留了其亲代DNA分子中的一条单链
D.复制形成的两个子代DNA分子的碱基序列有可能不同
5.(2022河南安阳二中月考)如图为真核细胞内DNA复制过程的模式图,据图分析,下列相关叙述错误的是 (　　)
A.DNA分子两条子链的合成方向都是5'→3'
B.解旋酶能使DNA双螺旋的两条链解开,同时需要消耗ATP
C.DNA聚合酶的作用是催化相邻的核糖核苷酸连接成子链
D.由图示可知,DNA分子复制的方式是半保留复制
6.(2022山东青岛二中期中)如图是DNA复制的有关图示,A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。D→G表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起始点,“→”表示复制方向。
(1)若A中含有48 502个碱基对,而子链延伸速度是105个碱基对/min,则此DNA分子复制完成理论上约需30 s,而实际上只需约16 s。根据A→C图分析,是因为　　　　　　　　　　　　。
(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长,若按A→C的方式复制,至少需8 h,而实际上为6 h左右。据D→G图分析,是因为　 。
(3)A→G均有以下特点:延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子复制的特点是　　　　　　　。
(4)C与A相同,G与D相同,C、G能被如此准确地复制出来,是因为 　。
题组三　与DNA复制有关的计算
7.(2021安徽淮北树人高级中学月考)现有DNA分子的两条链均只含14N(表示为14N14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖两代,再转到含14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的类型和比例分别是 (　　)
A.有15N14N和14N14N两种,其比例为1∶3
B.有15N15N和14N14N两种,其比例为1∶1
C.有15N15N和14N14N两种,其比例为3∶1
D.有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1
8.(2022吉林长春外国语学校期中)某个DNA片段由400对碱基组成,A+T占碱基总数的34%,若该DNA片段复制3次,消耗游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸分子个数为 (　　)
A.1 904　　　　B.1 320　　　　C.1 224　　　　D.1 848
9.(2022安徽合肥八中开学考试)某双链DNA分子(14N/14N-DNA)含有3 000个碱基,腺嘌呤占35%。若该DNA分子以15N同位素标记的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次,将全部复制产物进行密度梯度离心,得到如图1所示结果;若将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到如图2所示结果。下列有关分析错误的是 (　　)
A.Z层全部是含14N的DNA单链
B.W层中含15N标记的胞嘧啶有6 300个
C.X层中含有的氢键数是Y层的1/3
D.W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1
能力提升练
题组一　分析DNA复制的过程及特点
1.(2022山东德州月考改编)DNA聚合酶不能从头合成DNA,只能从3'端延伸DNA链,因此在复制过程中需要RNA引物,下图表示DNA复制过程。相关分析不正确的是 (　　)
A.DNA复制时存在A、U碱基配对现象
B.DNA复制是多种酶参与的物质合成过程
C.RNA引物保障了两条子链延伸的方向都是5'→3'
D.DNA聚合酶与解旋酶的催化过程中不消耗ATP
2.(2022广东汕头潮阳实验学校月考)如图表示细菌质粒DNA复制示意图。如果按照单起点复制,此质粒复制约需20 s,而实际上复制从开始到结束只需约9 s。据图分析,下列叙述正确的是 (　　)
A.“甲→乙”的场所与真核生物DNA复制的场所相同
B.实际复制时间减半,说明该DNA可能是从一个起点双向进行复制的
C.细菌质粒DNA甲含有2个游离的磷酸基团
D.将甲放在含15N的培养液中复制三代,子代中含15N的DNA占7/8
3.(2022北京丰台期中)如图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程,图中甲、乙、丙均表示DNA分子,a、b、c、d均表示DNA的一条链,A、B表示相关酶。下列相关叙述正确的是 (　　)
A.图中酶A能使甲解旋,酶B在c链的形成及c链和d链的连接过程中发挥作用
B.若该DNA分子含1 000个碱基对,其中鸟嘌呤有300个,第三次复制时需要消耗5 600个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸
C.若图示过程发生在细胞核内,乙、丙分开的时期为减数第二次分裂后期
D.DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成双螺旋结构的骨架
4.(不定项)(2022山东枣庄八中模拟改编)动物细胞的线粒体DNA分子上有两个复制起始区OH和OL。该DNA复制时,OH首先被启动,以L链为模板合成M链,当M链合成约2/3时OL启动,以H链为模板合成N链,最终合成两个环状双螺旋DNA分子,该过程如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.复制启动时OH区和OL区首先结合的酶是解旋酶
B.合成M链和N链时方向相反是因为起始区解旋方向不同
C.M链合成延伸的方向为5'→3',N链合成延伸的方向为3'→5'
D.线粒体DNA分子中每个脱氧核糖都与两个磷酸相连
题组二　探究DNA复制方式及相关计算
5.(2022安徽蚌埠三中期中)将1个DNA为14N/14N-DNA的大肠杆菌转移到含15N的培养液中,培养若干代后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA加热处理,使双螺旋解开形成单链,进行密度梯度离心,试管中出现两种条带,14N条带占1/8,15N条带占7/8。下列叙述正确的是 (　　)
A.子代DNA中,有1个DNA分子只含有15N
B.该实验可用于探究DNA分子的半保留复制方式
C.加热处理会破坏DNA分子的磷酸二酯键
D.若将提取的DNA分子进行离心,也将出现两种条带
6.(2022山东新泰一中期中)下列有关计算中,错误的是 (　　)
A.DNA双链被32P标记的T2噬菌体在大肠杆菌内增殖3代,具有放射性的噬菌体占子代总数的1/4
B.某DNA片段有300个碱基对,其中一条链上A+T占35%,则第三次复制该DNA片段时,需要780个胞嘧啶脱氧核苷酸
C.双链DNA含n个碱基对,T为m个,复制3次共需G为7(n-m)个
D.用15N标记的细胞(含8条染色体)在含14N培养基中培养,第二次有丝分裂中期和后期细胞中含15N的染色体数分别是8和16
7.(多选)(2022河北衡水中学模拟)科学家曾提出DNA复制的全保留复制、半保留复制假说,并进行了如下实验。
实验一:从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA,混合后放在100 ℃条件下进行热变性处理,即解开双螺旋,变成单链,然后进行密度梯度离心,再测定离心管中混合的DNA单链含量,结果如图a所示。
实验二:将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中,繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA(F1DNA),将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心,再测定离心管DNA单链含量,结果如图b所示。
以下分析不正确的是 (　　)
A.根据图a、图b,可判断DNA的复制方式是半保留复制
B.若实验一中热变性后再降温复性,然后进行密度梯度离心,将得到两个条带
C.若实验二中繁殖两代,提取的F2DNA不进行热变性处理直接进行密度梯度离心,离心管中只出现两个条带,据此推测DNA的复制方式是半保留复制
D.将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中培养24 h,子代大肠杆菌含14N的DNA单链与含15N的DNA单链数目比为15∶1,则大肠杆菌的分裂周期为6 h
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A　15N/15N-DNA转至含14N的培养基培养,繁殖一代得到的是15N/14N-DNA,离心后全为中带,与丙符合,A错误;根据DNA半保留复制特点,含15N与含14N培养基互换,繁殖一代的结果是DNA全为15N/14N-DNA,离心后全为中带,与丙相同,D正确。
2.B　若子Ⅰ代离心后只有中密度带,则可能是半保留复制,也可能是分散复制,A错误;区分分散复制和半保留复制,要从子Ⅱ代离心结果开始,若离心后一半为中密度带,一半为轻密度带,则为半保留复制,B正确;如果将子Ⅰ代DNA分子解旋后再离心,则全保留复制和半保留复制的结果是一样的,都是轻、重各一半,而分散复制得不到轻带和重带,C错误;若DNA确实是半保留复制,则复制5代后,含14N的DNA分子占100%,D错误。
3.D　DNA复制过程需要ATP提供能量,①正确;DNA复制需要四种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料,②错误,③正确;DNA分子在解旋酶的作用下解旋,并断开氢键,④错误,⑤正确;DNA复制以DNA分子的两条链为模板,⑥正确;DNA复制主要发生在细胞核中,⑦错误。
4.B　DNA复制过程是以解开的每一条母链为模板,在DNA聚合酶的作用下,按照碱基互补配对原则,各自合成与母链互补的一条子链,A正确;DNA复制过程有氢键的断裂(解开双链),也有氢键的合成(子链形成),该过程消耗能量,B错误;新合成的每个DNA分子都保留了原来DNA分子中的一条链,这种复制方式称作半保留复制(教材第53页),C正确;在复制过程中,由于双链解开,DNA稳定性降低,可能会发生碱基序列的改变,导致复制形成的两个子代DNA分子的碱基序列不同,D正确。
5.C　DNA复制的原料是脱氧核苷酸,DNA聚合酶的作用是催化单个脱氧核苷酸连接到正在合成的DNA子链上,C错误;由图可知,新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,即DNA分子复制的方式是半保留复制,D正确。
6.答案　(1)DNA复制是单起点双向进行的　(2)DNA从多个起始点双向进行复制　(3)边解旋边复制　(4)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板、DNA分子的碱基互补配对原则保证了DNA分子复制准确地进行
解析　A→C所示DNA的复制是单起点双向进行的,D→G所示DNA的复制是从多个起点双向进行的,所以DNA复制实际所需时间比理论所需时间短,DNA能够准确复制是因为DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板、DNA分子的碱基互补配对保证DNA复制准确地进行。
易错提醒
DNA的三个易错点
(1)DNA复制的场所并非只有细胞核,线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)并非所有细胞都能进行DNA复制,只有能进行分裂的细胞才能进行DNA复制。
(3)DNA复制并非是单向复制,真核生物的DNA复制是双向多起点复制。
7.D　DNA分子的两条单链均只含14N的大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖两代,则DNA一半为15N14N,一半为15N15N。再将其转到含14N的培养基中繁殖一代,DNA为15N14N形成的子代DNA中,一半DNA为15N14N,一半DNA为14N14N;而DNA为15N15N形成的子代DNA都为15N14N;因此理论上DNA分子的类型有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1。
8.D　由题意知,该DNA片段由400对碱基组成,A+T占碱基总数的34%,因此该DNA片段中C=G=[400×2×(1-34%)]÷2=264,该DNA片段复制3次,共需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸分子个数为(23-1)×264=1 848。
方法技巧
(1)在双链DNA分子中,若亲代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个数为m·(2n-1)。
(2)在双链DNA分子中,若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸个数为m·2n-1。
9.B　图2表示将全部复制产物加入解旋酶处理(形成单链)后再离心得到的结果,由于DNA分子的复制方式为半保留复制,所以Z层全部是含14N的DNA分子单链,A正确。在含有3 000个碱基的DNA分子中,腺嘌呤占35%,所以胞嘧啶占15%,共有3 000×15%=450(个),图2中DNA分子复制了3次,则W层中含15N标记的胞嘧啶有450×(23-1)=3 150(个),B错误;在双链DNA分子中,碱基对之间通过氢键相连,图1中DNA分子复制了3次,产生的8个DNA分子中,2个15N/14N-DNA 在X层,6个15N/15N-DNA 在Y层,所以X层中含有的氢键数是Y层的1/3,C正确;由于DNA分子复制了3次,产生了8个DNA分子,含16条脱氧核苷酸链,其中含15N的DNA单链有14条在W层,2个含14N的DNA单链在Z层,所以W层与Z层的核苷酸数之比为14∶2=7∶1,D正确。
能力提升练
1.D　由于复制过程中需要RNA引物,所以在复制时存在A、U碱基配对现象,A正确;DNA聚合酶与解旋酶的催化过程中消耗ATP,D错误。
2.B　真核生物和原核生物DNA存在的场所不同,所以DNA复制的场所也不同,A错误;实际复制时间减半,说明该DNA可能是从一个起点双向进行复制的,节省了约一半的时间,B正确;细菌质粒DNA是环状DNA,所以没有游离的磷酸基团,C错误;将甲放在含15N的培养液中复制三代,子代中每个DNA都含有15N,D错误。
3.D　图中酶A为解旋酶,能使DNA分子解开双螺旋,酶B为DNA聚合酶,在合成新的子链c链的过程中发挥作用,c链和d链的连接遵循碱基互补配对原则,不需要DNA聚合酶的作用,A错误;据碱基互补配对原则,该DNA分子含1 000个碱基对,其中鸟嘌呤有300个,则腺嘌呤有1 000-300=700(个),第三次复制时需要消耗23-1×700=2 800(个)游离的腺嘌呤脱氧核苷酸,B错误;图示DNA复制过程发生在洋葱根尖细胞的细胞核内,洋葱根尖分生区细胞只进行有丝分裂,乙、丙分开的时期为有丝分裂后期,C错误。
4.AD　组成DNA分子的两条链是反向平行的,合成M链和N链时方向相反,不是因为起始区解旋方向不同,而是DNA聚合酶只能从3'端延伸DNA链,B错误;M链和N链合成延伸的方向均为5'→3',C错误;线粒体环状DNA分子中没有游离的磷酸基团,每个脱氧核糖都与两个磷酸相连,D正确。
5.D　DNA分子的复制方式为半保留复制,形成的子代DNA分子中15N/14N-DNA占2/8N-DNA占6/8,A错误;无论DNA是半保留复制还是全保留复制,将子代DNA加热处理后进行密度梯度离心,出现的条带均是14N条带占1/8,15N条带占7/8,B错误;加热处理使DNA双链解开,破坏的是DNA两条链之间的氢键,C错误;DNA的复制方式为半保留复制,若将提取的DNA进行密度梯度离心,将出现中带和重带两种条带,D正确。
6.D　32P标记的是噬菌体的DNA,噬菌体侵染细菌时,只有DNA分子进入细菌并作为模板控制子代噬菌体合成,而合成子代噬菌体的原料均来自细菌;用32P标记的噬菌体在普通大肠杆菌内增殖3代,根据DNA半保留复制特点,具有放射性的噬菌体占总数的2/23=1/4,A正确。某DNA片段有300个碱基对,其中一条链上A+T占35%,则该DNA片段中A+T也占35%,可得该DNA片段中A=T=17.5%,C=G=32.5%,则该DNA片段含有胞嘧啶脱氧核苷酸300×2×32.5%=195(个),第三次复制该DNA片段时,需要胞嘧啶脱氧核苷酸23-1×195=780(个),B正确。某双链DNA分子含n个碱基对,T为m个,则G=C=(2n-2m)/2=n-m,其复制3次共需G的个数为(23-1)(n-m)=7(n-m),C正确。用15N标记的细胞(含8条染色体)在含14N的培养基中培养,到第二次分裂中期,细胞中的DNA分子共复制了2次,后期着丝粒分裂,姐妹染色单体分离,根据DNA分子半保留复制特点,到第二次分裂中期和后期,含15N的染色体数分别是8和8,D错误。
7.ABC　无论DNA是全保留复制还是半保留复制,经热变性后都能得到和图a、图b相同的实验结果,A错误。若实验一中热变性后再降温复性,可能得到2条链都是15N的DNA分子、2条链都是14N的DNA分子和一条链含15N一条链含14N的DNA分子,然后进行密度梯度离心,可得到三个条带,B错误。实验二中繁殖两代,若DNA是半保留复制,提取F2DNA,其中一半DNA为一条链含15N另一条链含14N,另一半DNA为两条链都含14N,不进行热变性处理直接进行密度梯度离心,离心管中会出现两个条带;若DNA为全保留复制,提取F2DNA,其中两条链都含15N的DNA占1/4,两条链都含14N的DNA占3/4,同样方法离心后也会出现两个条带,故不能据只出现两个条带推测DNA的复制方式是半保留复制,C错误。将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中培养24 h,子代大肠杆菌含14N的DNA单链与含15N的DNA单链数目比为15∶1=30∶2,即子代DNA中含15N的单链有2条,子代共有32条单链,16个DNA分子,即24 h复制了4次,分裂周期为6 h,D正确。
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