第3节 DNA的复制
【学习目标】
1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式,概述DNA通过半保留方式进行复制;
2.通过对DNA半保留复制方式的学习,理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
聚焦·学案一 DNA复制方式及实验证据
[学案设计]
(一)对DNA复制的推测
|探|究|学|习|
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
(2)如何测定子代DNA带有同位素的情况
(3)若DNA复制的方式为全保留复制,上述实验结果会是怎样
|认|知|生|成|
1.半保留复制
2.全保留复制:指DNA复制以DNA双链为模板,子代DNA的双链都是新合成的。
(二)DNA半保留复制的实验证据
1.实验方法: 技术和离心技术。
2.实验原理:含15N的双链DNA密度大,含14N的双链DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
3.假说—演绎过程
(1)实验假设:DNA以 的方式复制。
(2)实验预期:离心后应出现3条DNA带。
重带 (密度最大) 两条链都为 标记的亲代双链DNA
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
轻带 (密度最小) 两条链都为 标记的子代双链DNA
(3)实验过程
(4)过程分析
立即取出 提取DNA→离心→ 带
繁殖一代 提取DNA→离心→ 带
繁殖两代 提取DNA→离心→
4.实验结论:DNA的复制是以 的方式进行的。
[典例] 把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌,转移到含重氮(15N)环境中培养,连续复制两轮的时间后,离心分离其DNA,结果应如图 ( )
尝试解答:选
[思维建模]
据亲代和培养液的标记情况判断子代条带位置
(1)若亲代DNA用15N标记,在含14N的培养液中培养,则离心时,亲代在底部,子一代居中,子二代一半居中、一半靠上。
(2)若亲代DNA用14N标记,在含15N的培养液中培养,则离心时,亲代在上部,子一代居中,子二代一半居中、一半在底部。
[迁移训练]
1.判断下列叙述的正误
(1)沃森和克里克最初提出了DNA以全保留的方式进行复制。 ( )
(2)梅塞尔森和斯塔尔运用放射性同位素标记技术设计了巧妙的实验,证明了DNA的复制方式。 ( )
(3)把15N标记的大肠杆菌转移到含14N的培养基培养,要按细胞分裂的频次提取DNA并离心。 ( )
(4)DNA的复制是以半保留的方式进行的。 ( )
2.把含14N的大肠杆菌培养在氮源为15N的培养液中。完成一次细胞分裂后,再放回氮源为14N的环境中培养,DNA复制一次后,将大肠杆菌进行密度梯度离心,分离DNA,如果DNA是以半保留方式复制,则DNA组成分析应为 ( )
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
3.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,使细菌的DNA皆含有15N,然后再移入含14N的培养基中培养,提取其子代的DNA进行梯度离心,下图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
4.下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述,错误的是 ( )
A.培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N参与合成DNA的碱基
B.仅通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,即可得出DNA复制的特点为半保留复制
C.将含14N/14N DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N
D.将含15N/15N DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将出现2个DNA条带
聚焦·学案二 DNA复制的过程
[学案设计]
(一)DNA复制过程分析
|探|究|学|习|
为了探究DNA的复制过程,科学家做了一系列的实验,实验中除所加物质不同外,其他环境条件相同且均能满足实验的要求。
实验一:从大肠杆菌中提取出DNA复制相关酶加到具有足量的4种脱氧核苷酸的试管中。放置在适宜温度条件下,一段时间后,没能测定出DNA。
实验二:在上述试管中再加入少量DNA,放置在适宜温度条件下,一段时间后,测定其中DNA的含量。
实验三:取四支试管,分别加入等量的4种脱氧核苷酸、等量的ATP和等量的DNA复制相关酶,再在各试管中分别放入等量的四种DNA分子,它们分别是枯草杆菌、大肠杆菌、牛胸腺细胞、T2噬菌体的DNA,放置在适宜温度条件下一段时间,测定各试管中残留的每一种脱氧核苷酸的含量。
依据以上实验回答下列问题:
(1)举例说出实验中DNA复制相关酶有哪些 在真核生物中,该生理过程主要发生的场所是什么
(2)实验一不能测定出DNA的原因是什么
(3)实验二能测定出更多的DNA吗 为什么
(4)实验三的目的是什么 最可能的实验结果和结论是什么
|认|知|生|成|
1.DNA复制相关知识归纳总结
概念 以 为模板合成子代DNA的过程
时间 细胞分裂前的间期
场所 主要是
条件 模板、原料、能量、酶等
特点 半保留复制、
意义 通过复制将 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
2.DNA复制的过程
(1)示意图
(2)起点和方向
原核生物 真核生物
单起点双向复制 多起点双向复制
(3)有关的酶
复制所需的酶是指一个酶系统,不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶,还包括DNA连接酶等。
①解旋酶的作用是破坏碱基间的 。
②DNA聚合酶的作用是连接 。
③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。
(4)准确复制的原因
①DNA分子独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。
②通过 ,保证了复制能够准确地进行。
[例1] (2024·潍坊高一检测)如图为真核细胞DNA复制过程模式图,下列相关分析错误的是 ( )
A.酶①为解旋酶,酶②为DNA聚合酶
B.图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点
C.在复制完成后,甲、乙可在有丝分裂后期或减数分裂Ⅰ后期分开
D.将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后,含15N的DNA占100%
尝试解答:选
(二)DNA复制的相关计算
将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养,复制n次,则:
DNA 分子数 ①子代DNA分子数=2n个; ②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个; ③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=(2n-2)个
脱氧 核苷酸 链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=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
消耗的 脱氧核 苷酸数 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m×(2n-1)个;第n次复制,消耗该脱氧核苷酸数为m×2n-1个
[例2] 某DNA分子含m对碱基,其中腺嘌呤有a个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述,错误的是 ( )
A.在第一次复制时,需要(m-a)个
B.在第二次复制时,需要2(m-a)个
C.在第n次复制时,需要2n-1(m-a)个
D.在复制n次过程中,总共需要2n(m-a)个
尝试解答:选
[易错提醒]
DNA复制相关计算的3个易错点
(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括最后一次复制。
(2)在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(3)看清碱基的数目单位是“对”还是“个”,“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词。
[迁移训练]
1.判断下列叙述的正误
(1)所有的真核细胞内都能进行DNA的复制。 ( )
(2)DNA复制时,双螺旋的两条链全部解开后,才开始子链的合成。 ( )
(3)半保留复制是指DNA分子中的一条链进行复制,另一条链不复制。 ( )
(4)DNA复制的原料为四种脱氧核苷酸。 ( )
(5)DNA的复制遵循碱基互补配对原则,新合成的两条子链形成新的双链DNA。 ( )
2.(教材P56“拓展应用T2”改编)下图为果蝇核DNA复制的电镜照片,箭头所指的部位形成一个泡状结构叫作DNA复制泡。下列相关叙述正确的是 ( )
A.DNA复制错误导致复制泡出现
B.复制起始时间越晚,复制泡越大
C.复制泡出现的时期为分裂后期
D.多个复制起点可加快DNA复制的速率
3.具有100个碱基对的DNA片段,内含40个胸腺嘧啶。如果该DNA连续复制3次,共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为 ( )
A.80 B.120
C.280 D.420
4.DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。下列叙述错误的是 ( )
A.DNA复制发生在细胞分裂前的间期
B.DNA复制需要相关蛋白质的参与
C.DNA复制与染色体复制是分别独立进行的
D.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1.DNA复制是否只在有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期进行 是否只发生于细胞核中
。
2.为研究DNA的复制过程,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24 h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。根据条带的数目和位置 (填“可以”或“不可以”)确定DNA的复制方式是否为半保留复制。理由是
。
3.DNA分子复制过程的示意图中,同一解旋部位合成的子链延伸方向总是用相反的箭头表示,原因是
。
三、综合检测反馈
1.DNA一般能准确复制,其原因是 ( )
①DNA规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板 ②DNA复制发生于细胞分裂前的间期 ③复制遵循碱基互补配对原则 ④产生的两个子代DNA均和亲代DNA相同
A.②④ B.②③
C.①④ D.①③
2.如图为真核细胞DNA复制过程模式图。据图分析,下列相关叙述不正确的是 ( )
A.由图示可知,DNA分子复制的方式是半保留复制
B.从图中可以看出合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的
C.因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则,所以新合成的两条子链的碱基序列是完全一致的
D.解旋酶能使DNA双链解开,且需要消耗ATP
3.1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料进行实验(如下图),否定了DNA全保留复制方式,证实了DNA是以半保留方式复制的。②③④⑤试管是模拟可能出现的结果。下列相关推论正确的是 ( )
A.该实验运用了同位素标记法,出现④的结果至少需要90分钟
B.③是转入14N培养基中复制一代的结果,②是复制两代的结果
C.否定DNA以全保留方式复制的关键实验证据是试管③的结果
D.给试管④(假设含ATP)中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管⑤所示
第3节 DNA的复制
聚焦·学案一
[学案设计]
(一)(1)提示:同位素标记技术。
(2)提示:对DNA进行离心,观察其在离心管中的分布。
(3)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)1.同位素标记 3.(1)半保留 (2)15N 14N (4)全部重 全部中 1/2轻带、1/2中带 4.半保留
[典例] 选B 只含14N的细菌,转移到含重氮(15N)的环境中培养复制一轮的时间,由半保留复制特点可知,所形成的子代中每个DNA分子都是一条链含15N、另一条链含14N;再复制一轮,共形成4个DNA分子,其中只有两个DNA分子是一条链含15N、另一条链含14N,另两个DNA分子两条链都含15N,即连续复制两轮的时间子代DNA经离心分离后,有1/2中带、1/2重带。
[迁移训练]
1.(1)× (2)× (3)√ (4)√
2.选D 将含14N的大肠杆菌转移到含15N的培养液中,完成一次细胞分裂后所形成的2个子代DNA分子都是中间型。将两个中间型放回原环境中复制一次后,形成4个DNA分子,其中有2个DNA分子的一条链含15N,另一条链含14N;另外2个DNA分子两条链均含14N。故子代DNA组成分析为1/2轻氮型、1/2中间型,D正确。
3.选A 细菌的DNA被15N标记后,放在14N培养基中培养,复制一次形成2个DNA分子,每个DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心形成中带,即图中的②,A错误。复制两次后形成了4个DNA分子,2个DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心形成中带;另外2个DNA分子都只含有14N,离心形成轻带,即图中①,B正确。随着复制次数增加(三次及三次以上),离心后都含有中带和轻带两个条带,轻带相对含量逐渐增加,即图中③,C正确。细菌在15N培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,DNA分子的两条链都含有15N,离心形成重带,即图中的⑤,D正确。
4.选B 培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基,A正确;通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制,B错误;根据DNA的半保留复制的特点,将含14N/14N DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N,C正确;将含15N/15N DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将出现轻、重2个DNA条带,D正确。
聚焦·学案二
[学案设计]
(一)探究学习:
(1)提示: 解旋酶、DNA聚合酶等;细胞核。
(2)提示: 没有加入模板DNA和ATP。
(3)提示:不能;因为没有加入ATP。
(4)提示:目的是探究四种生物DNA分子的脱氧核苷酸的组成是否相同;结果发现各试管中残留的每一种脱氧核苷酸的含量不同,说明四种生物DNA分子的脱氧核苷酸组成不同。
认知生成:1.亲代DNA 细胞核 边解旋边复制 遗传信息 2.(1)能量 母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 模板链 双螺旋结构 (3)①氢键 ②游离的脱氧核苷酸 (4)②碱基互补配对
[例1] 选C 酶①作用于DNA的两条母链之间,使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开,为解旋酶;酶②作用于DNA的母链和新合成子链之间,为DNA聚合酶,A正确。题图体现了半保留复制以及边解旋边复制的特点,B正确。在细胞分裂过程中,甲、乙两个DNA所携带的遗传信息相同,位于一条染色体的两条姐妹染色单体上,因此甲、乙的分离即为姐妹染色单体的分开,发生在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期,C错误。将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后,共产生DNA分子23=8(个),都含有15N,即含15N的DNA占100%,D正确。
(二)[例2] 选D DNA分子第一次复制时,可产生2个DNA分子,相当于形成1个新DNA分子,因为每个DNA分子中含有(m-a)个胞嘧啶脱氧核苷酸,所以第一次复制时,需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(m-a)个,A正确;在第二次复制时,2个DNA分子会形成4个DNA分子,相当于形成2个新DNA分子,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为2(m-a)个,B正确;在第n次复制时,共形成2n个DNA分子,相当于形成(2n-2n-1)个新DNA分子,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n-2n-1)(m-a)=2n-1(m-a)个,C正确;在复制n次过程中,1个DNA分子变为2n个DNA分子,总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n-1)(m-a)个,D错误。
[迁移训练]
1.(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
2.选D DNA复制是边解旋边复制,若同时存在多起点复制,正常复制就会出现复制泡,A错误;复制起始时间越早,复制越久,复制泡越大,B错误;DNA复制的时期为分裂前的间期,因此复制泡出现的时期为间期,C错误;多个复制起点可以同时进行多段DNA的复制,加快了DNA复制的速率,D正确。
3.选D DNA连续复制3次,共得到8个DNA分子,开始有一个亲代DNA分子,因此相当于合成了7个DNA分子。具有100个碱基对的DNA片段,每个DNA含有40个胸腺嘧啶,意味着含有40个腺嘌呤、60个胞嘧啶和60个鸟嘌呤,故共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为60×7=420,D正确。
4.选C DNA复制发生在细胞分裂前的间期,A正确;DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶等,这两种酶的本质为蛋白质,B正确;在真核细胞中,染色体由DNA和蛋白质组成,DNA的复制与染色体复制是同时进行的,不是分别独立进行的,C错误;DNA通过复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保证了亲子代间遗传信息的连续性,D正确。
随堂小结
二、融通科学思维
1.不是,无丝分裂、二分裂等过程中也发生DNA复制。线粒体和叶绿体以及原核细胞中也有DNA,也进行DNA复制
2.不可以 由于DNA解开双螺旋,变成单链,所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况,无法判断DNA的复制方式
3.子链的延伸方向是从5'端到3'端,而互补的两条模板链的方向和子链的方向相反
三、综合检测反馈
1.选D ①DNA规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板是DNA分子能够准确复制的原因之一;②DNA分子复制发生在细胞分裂前的间期与精确复制无关;③碱基互补配对原则能够保证DNA分子的准确复制;④产生的两个子代DNA均与亲代DNA相同是DNA分子准确复制的结果,不是其原因,故选D。
2.选C 半保留复制是指新形成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条核苷酸链,由图示呈现的信息能确定DNA分子复制的方式是半保留复制,A正确;DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链组成的,DNA复制时子链只能从5' 端向3' 端延伸,从图中可以看出合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的,B正确;因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则,所以新合成的两条子链的碱基序列是互补的,C错误;解旋酶能使双链间的氢键断裂,进而使DNA双链解开,且需要消耗ATP,D正确。
3.选C 该实验运用了同位素标记法,根据DNA半保留复制特点可知,复制两代可出现④的结果,即至少需要60分钟,A错误。DNA的复制方式为半保留复制,亲代DNA处于重带(15N/15N),对应于试管①;子一代DNA均处于中带(14N/15N),对应于试管③;子二代DNA一半处于轻带,一半处于中带,对应于试管④,B错误。若DNA以全保留方式复制,则不会出现中带(14N/15N),即试管③的结果可以作为关键实验证据来否定DNA是以全保留方式复制,C正确;给试管④中加入解旋酶一段时间后DNA双链打开,离心出现的结果应该是出现1/4含15N的DNA单链和3/4含14N的DNA单链,与试管⑤所示不符,D错误。
2 / 12(共62张PPT)
第3节
DNA的复制
1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留方式进行复制；
2.通过对DNA半保留复制方式的学习，理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。
学习目标
CONTENTS
目录
1
2
3
聚焦 学案一 DNA复制方式及实验证据
聚焦 学案二 DNA复制的过程
随堂小结——即时回顾与评价
5
NO.1
聚焦 学案一 DNA复制方式及
实验证据
学案设计
(一)对DNA复制的推测
|探|究|学|习|
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。
|认|知|生|成|
1.半保留复制
2.全保留复制：指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
(二)DNA半保留复制的实验证据
1.实验方法：____________技术和离心技术。
2.实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
同位素标记
3.假说—演绎过程
(1)实验假设：DNA以_______的方式复制。
(2)实验预期：离心后应出现3条DNA带。
半保留
重带 (密度最大) 两条链都为______标记的亲代双链DNA
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
轻带 (密度最小) 两条链都为______标记的子代双链DNA
15N
14N
(3)实验过程
(4)过程分析
立即取出 提取DNA→离心→________带
繁殖一代 提取DNA→离心→________带
繁殖两代 提取DNA→离心→_________________
全部重
全部中
1/2轻带、1/2中带
4.实验结论：DNA的复制是以_________的方式进行的。
半保留
[典例] 把培养在含轻氮(14N)环境中的细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养，连续复制两轮的时间后，离心分离其DNA，结果应如图 ( )
√
[解析] 只含14N的细菌，转移到含重氮(15N)的环境中培养复制一轮的时间，由半保留复制特点可知，所形成的子代中每个DNA分子都是一条链含15N、另一条链含14N；再复制一轮，共形成4个DNA分子，其中只有两个DNA分子是一条链含15N、另一条链含14N，另两个DNA分子两条链都含15N，即连续复制两轮的时间子代DNA经离心分离后，有1/2中带、1/2重带。
[思维建模]
据亲代和培养液的标记情况判断子代条带位置
(1)若亲代DNA用15N标记，在含14N的培养液中培养，则离心时，亲代在底部，子一代居中，子二代一半居中、一半靠上。
(2)若亲代DNA用14N标记，在含15N的培养液中培养，则离心时，亲代在上部，子一代居中，子二代一半居中、一半在底部。
迁移训练
1.判断下列叙述的正误
(1)沃森和克里克最初提出了DNA以全保留的方式进行复制。( )
(2)梅塞尔森和斯塔尔运用放射性同位素标记技术设计了巧妙的实验，证明了DNA的复制方式。( )
(3)把15N标记的大肠杆菌转移到含14N的培养基培养，要按细胞分裂的频次提取DNA并离心。( )
(4)DNA的复制是以半保留的方式进行的。( )
×
×
√
√
2.把含14N的大肠杆菌培养在氮源为15N的培养液中。完成一次细胞分裂后，再放回氮源为14N的环境中培养，DNA复制一次后，将大肠杆菌进行密度梯度离心，分离DNA，如果DNA是以半保留方式复制，则DNA组成分析应为 ( )
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
√
解析：将含14N的大肠杆菌转移到含15N的培养液中，完成一次细胞分裂后所形成的2个子代DNA分子都是中间型。将两个中间型放回原环境中复制一次后，形成4个DNA分子，其中有2个DNA分子的一条链含15N，另一条链含14N；另外2个DNA分子两条链均含14N。故子代DNA组成分析为1/2轻氮型、1/2中间型，D正确。
3.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使细菌的DNA皆含有15N，然后再移入含14N的培养基中培养，提取其子代的DNA进行梯度离心，下图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
√
解析：细菌的DNA被15N标记后，放在14N培养基中培养，复制一次形成2个DNA分子，每个DNA分子都是一条链含有15N，另一条链含有14N，离心形成中带，即图中的②，A错误。复制两次后形成了4个DNA分子，2个DNA分子都是一条链含有15N，另一条链含有14N，离心形成中带；另外2个DNA分子都只含有14N，离心形成轻带，即图中①，B正确。随着复制次数增加(三次及三次以上)，离心后都含有中带和轻带两个条带，轻带相对含量逐渐增加，即图中③，C正确。细菌在15N培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，DNA分子的两条链都含有15N，离心形成重带，即图中的⑤，D正确。
4.下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述,错误的是 ( )
A.培养过程中,大肠杆菌将利用NH4Cl中的N参与合成DNA的碱基
B.仅通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心,即可得出DNA复制的特点为半保留复制
C.将含14N/14N DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N
D.将含15N/15N DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后,若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心,离心管中将出现2个DNA条带
√
解析：培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基，A正确；通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制，B错误；根据DNA的半保留复制的特点，将含14N/14N DNA的大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的DNA中都含有15N，C正确；将含15N/15N DNA的大肠杆菌转移到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将出现轻、重2个DNA条带，D正确。
NO.2
聚焦 学案二 DNA复制的过程
学案设计
(一)DNA复制过程分析
|探|究|学|习|
为了探究DNA的复制过程，科学家做了一系列的实验，实验中除所加物质不同外，其他环境条件相同且均能满足实验的要求。
实验一：从大肠杆菌中提取出DNA复制相关酶加到具有足量的4种脱氧核苷酸的试管中。放置在适宜温度条件下，一段时间后，没能测定出DNA。
实验二：在上述试管中再加入少量DNA，放置在适宜温度条件下，一段时间后，测定其中DNA的含量。
实验三：取四支试管，分别加入等量的4种脱氧核苷酸、等量的ATP和等量的DNA复制相关酶，再在各试管中分别放入等量的四种DNA分子，它们分别是枯草杆菌、大肠杆菌、牛胸腺细胞、T2噬菌体的DNA，放置在适宜温度条件下一段时间，测定各试管中残留的每一种脱氧核苷酸的含量。
依据以上实验回答下列问题：
(1)举例说出实验中DNA复制相关酶有哪些 在真核生物中，该生理过程主要发生的场所是什么
提示： 解旋酶、DNA聚合酶等；细胞核。
(2)实验一不能测定出DNA的原因是什么
提示： 没有加入模板DNA和ATP。
(3)实验二能测定出更多的DNA吗 为什么
提示：不能；因为没有加入ATP。
(4)实验三的目的是什么 最可能的实验结果和结论是什么
提示：目的是探究四种生物DNA分子的脱氧核苷酸的组成是否相同；结果发现各试管中残留的每一种脱氧核苷酸的含量不同，说明四种生物DNA分子的脱氧核苷酸组成不同。
|认|知|生|成|
1.DNA复制相关知识归纳总结
概念 以___________为模板合成子代DNA的过程
时间 细胞分裂前的间期
场所 主要是_______
条件 模板、原料、能量、酶等
亲代DNA
细胞核
续表
特点 半保留复制、_______________
意义 通过复制将__________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
边解旋边复制
遗传信息
2.DNA复制的过程
(1)示意图
(2)起点和方向
原核生物 真核生物
单起点双向复制 多起点双向复制
(3)有关的酶
复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。
①解旋酶的作用是破坏碱基间的_______。
②DNA聚合酶的作用是连接__________________。
③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。
氢键
游离的脱氧核苷酸
(4)准确复制的原因
①DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。
②通过_______________，保证了复制能够准确地进行。
碱基互补配对
[例1] (2024·潍坊高一检测)如图为真核
细胞DNA复制过程模式图，下列相关分析错
误的是 ( )
A.酶①为解旋酶，酶②为DNA聚合酶
B.图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点
C.在复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期或减数分裂Ⅰ后期分开
D.将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，含15N的DNA占100%
√
[解析] 酶①作用于DNA的两条母链之间，使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开，为解旋酶；酶②作用于DNA的母链和新合成子链之间，为DNA聚合酶，A正确。题图体现了半保留复制以及边解旋边复制的特点，B正确。在细胞分裂过程中，甲、乙两个DNA所携带的遗传信息相同，位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，因此甲、乙的分离即为姐妹染色单体的分开，发生在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期，C错误。将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后，共产生DNA分子23=8(个)，都含有15N，即含15N的DNA占100%，D正确。
(二)DNA复制的相关计算
将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
续表
DNA 分子数 ①子代DNA分子数=2n个；
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个；
③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=(2n-2)个
脱氧 核苷酸 链数 ①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=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
消耗的 脱氧核 苷酸数 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m×(2n-1)个；第n次复制，消耗该脱氧核苷酸数为m×2n-1个
[例2] 某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有a个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述，错误的是 ( )
A.在第一次复制时，需要(m-a)个
B.在第二次复制时，需要2(m-a)个
C.在第n次复制时，需要2n-1(m-a)个
D.在复制n次过程中，总共需要2n(m-a)个
√
[解析] DNA分子第一次复制时，可产生2个DNA分子，相当于形成1个新DNA分子，因为每个DNA分子中含有(m-a)个胞嘧啶脱氧核苷酸，所以第一次复制时，需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(m-a)个，A正确；在第二次复制时，2个DNA分子会形成4个DNA分子，相当于形成2个新DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为2(m-a)个，B正确；在第n次复制时，共形成2n个DNA分子，相当于形成(2n-2n-1)个新DNA分子，所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n-2n-1)(m-a)=2n-1(m-a)个，C正确；在复制n次过程中，1个DNA分子变为2n个DNA分子，总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸为(2n-1)(m-a)个，D错误。
[易错提醒]
DNA复制相关计算的3个易错点
(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。
(2)在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(3)看清碱基的数目单位是“对”还是“个”，“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
迁移训练
1.判断下列叙述的正误
(1)所有的真核细胞内都能进行DNA的复制。( )
(2)DNA复制时，双螺旋的两条链全部解开后，才开始子链的合成。( )
(3)半保留复制是指DNA分子中的一条链进行复制，另一条链不复制。( )
×
×
×
(4)DNA复制的原料为四种脱氧核苷酸。( )
(5)DNA的复制遵循碱基互补配对原则，新合成的两条子链形成新的双链DNA。( )
√
×
2.(教材P56“拓展应用T2”改编)如图为果蝇核DNA复制的电镜照片，箭头所指的部位形成一个泡状结构叫作DNA复制泡。下列相关叙述正确的是 ( )
A.DNA复制错误导致复制泡出现
B.复制起始时间越晚，复制泡越大
C.复制泡出现的时期为分裂后期
D.多个复制起点可加快DNA复制的速率
√
解析：DNA复制是边解旋边复制，若同时存在多起点复制，正常复制就会出现复制泡，A错误；复制起始时间越早，复制越久，复制泡越大，B错误；DNA复制的时期为分裂前的间期，因此复制泡出现的时期为间期，C错误；多个复制起点可以同时进行多段DNA的复制，加快了DNA复制的速率，D正确。
3.具有100个碱基对的DNA片段，内含40个胸腺嘧啶。如果该DNA连续复制3次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为 ( )
A.80 B.120
C.280 D.420
√
解析：DNA连续复制3次，共得到8个DNA分子，开始有一个亲代DNA分子，因此相当于合成了7个DNA分子。具有100个碱基对的DNA片段，每个DNA含有40个胸腺嘧啶，意味着含有40个腺嘌呤、60个胞嘧啶和60个鸟嘌呤，故共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为60×7=420，D正确。
4.DNA复制是在为细胞分裂进行必要的物质准备。下列叙述错误的是 ( )
A.DNA复制发生在细胞分裂前的间期
B.DNA复制需要相关蛋白质的参与
C.DNA复制与染色体复制是分别独立进行的
D.DNA复制保证了亲子代间遗传信息的连续性
√
解析：DNA复制发生在细胞分裂前的间期，A正确；DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶等，这两种酶的本质为蛋白质，B正确；在真核细胞中，染色体由DNA和蛋白质组成，DNA的复制与染色体复制是同时进行的，不是分别独立进行的，C错误；DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保证了亲子代间遗传信息的连续性，D正确。
随堂小结——即时回顾与评价
NO.3
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1.DNA复制是否只在有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期进行 是否只发生于细胞核中
_______________________________________________________________________________________________________。
不是，无丝分裂、二分裂等过程中也发生DNA复制。线粒体和叶绿体以及原核细胞中也有DNA，也进行DNA复制
2.为研究DNA的复制过程，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24 h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。根据条带的数目和位置________(填“可以”或“不可以”)确定DNA的复制方式是否为半保留复制。理由是____________________
________________________________________________________________________________________。
不可以
由于DNA解开双螺旋，变成单链，所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，无法判断DNA的复制方式
3.DNA分子复制过程的示意图中，同一解旋部位合成的子链延伸方向总是用相反的箭头表示，原因是____________________________
__________________________________________。
子链的延伸方向是从5'端到3'端，而互补的两条模板链的方向和子链的方向相反
三、综合检测反馈
1.DNA一般能准确复制，其原因是 ( )
①DNA规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板 ②DNA复制发生于细胞分裂前的间期 ③复制遵循碱基互补配对原则 ④产生的两个子代DNA均和亲代DNA相同
A.②④ B.②③
C.①④ D.①③
√
解析：①DNA规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板是DNA分子能够准确复制的原因之一；②DNA分子复制发生在细胞分裂前的间期与精确复制无关；③碱基互补配对原则能够保证DNA分子的准确复制；④产生的两个子代DNA均与亲代DNA相同是DNA分子准确复制的结果，不是其原因，故选D。
2.如图为真核细胞DNA复制过程模式图。据图分析，下列相关叙述不正确的是 ( )
A.由图示可知，DNA分子复制的方式是半保留复制
B.从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的
C.因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则，所以新合成的两条子链的碱基序列是完全一致的
D.解旋酶能使DNA双链解开，且需要消耗ATP
√
解析：半保留复制是指新形成的每个DNA分子中都保留了原来DNA分子中的一条核苷酸链，由图示呈现的信息能确定DNA分子复制的方式是半保留复制，A正确；DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链组成的，DNA复制时子链只能从5' 端向3' 端延伸，从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的，B正确；因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则，所以新合成的两条子链的碱基序列是互补的，C错误；解旋酶能使双链间的氢键断裂，进而使DNA双链解开，且需要消耗ATP，D正确。
3.1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料进行实验(如下图)，否定了DNA全保留复制方式，证实了DNA是以半保留方式复制的。②③④⑤试管是模拟可能出现的结果。下列相关推论正确的是 ( )
A.该实验运用了同位素标记法，出现④的结果至少需要90分钟
B.③是转入14N培养基中复制一代的结果，②是复制两代的结果
C.否定DNA以全保留方式复制的关键实验证据是试管③的结果
D.给试管④(假设含ATP)中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管⑤所示
√
解析：该实验运用了同位素标记法，根据DNA半保留复制特点可知，复制两代可出现④的结果，即至少需要60分钟，A错误。DNA的复制方式为半保留复制，亲代DNA处于重带(15N/15N)，对应于试管①；子一代DNA均处于中带(14N/15N)，对应于试管③；子二代DNA一半处于轻带，一半处于中带，对应于试管④，B错误。若DNA以全保留方式复制，则不会出现中带(14N/15N)，即试管③的结果可以作为关键实验证据来否定DNA是以全保留方式复制，C正确；给试管④中加入解旋酶一段时间后DNA双链打开，离心出现的结果应该是出现1/4含15N的DNA单链和3/4含14N的DNA单链，与试管⑤所示不符，D错误。
