第三节 DNA的复制
学习目标 1.DNA分子的复制过程。(重点) 2.DNA分子半保留复制的有关计算。(重难点)
一、DNA的复制
1．DNA复制的概念、时间
(1)概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。
(2)时间：细胞有丝分裂的间期和减数分裂间期。
2．过程
解旋
↓
↓
形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构。
3．结果
形成两个与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子。
4．意义
将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
二、DNA复制方式的实验探究
实验材料：大肠杆菌
↓
实验方法：同位素标记法和密度梯度离心法
↓ (亲代DNA分子与子代DNA分子的区分方法)
实验假设：DNA分子以半保留的方式复制
↓
↓
实验结果：与预期结果一致
↓
实验结论：DNA分子以半保留的方式复制
1．判断对错
(1)证明DNA复制方式的实验只能用同位素标记N。 ( )
(2)在证明DNA复制方式的实验中，从Ⅰ代开始，细菌DNA分子中至少一条链含14N。 ( )
(3)DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。 ( )
[答案](1)× 分析：DNA的组成元素有C、H、O、N、P，这几种元素都有同位素，所以标记任何一种元素都可以。
(2)√
(3)× 分析：DNA分子的复制方式为半保留复制，所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。
2．下列关于DNA复制的叙述，正确的是( )
A．复制均在细胞核内进行
B．复制仅发生在有丝分裂的间期
C．复制过程中先解旋后复制
D．碱基互补配对保证了复制的准确性
D [原核生物没有细胞核，也会发生DNA复制；DNA复制发生在有丝分裂间期或减数分裂的间期；DNA是边解旋边复制的，不分先后；碱基互补配对(A与T配对、C与G配对)保证了复制的准确性。]
3．已知DNA分子的一条母链上的部分碱基排列顺序为—A—C—G—T—，那么，以另一条母链为模板，经复制后得到的对应子链的碱基排列顺序是( )
A．—T—G—C—A— B．—A—C—G—T—
C．—U—G—C—A— D．—A—C—G—U—
B [DNA复制过程中遵循碱基互补配对原则，以另一条母链为模板形成的子链的碱基顺序与已知的母链是相同的。]
4．一个被15N标记的DNA分子，以含14N的4种脱氧核苷酸为原料，连续复制3次，则含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链的比例是( )
A．1/2 B．1/4
C．1/6 D．1/8
D [DNA的复制方式为半保留复制，连续复制3次形成8个DNA分子，而含15N的脱氧核苷酸链只有2条，占全部脱氧核苷酸链的比例是2/16＝1/8，选项D正确。]
DNA的复制
[思考交流]
1．真核细胞的DNA复制是否只在有丝分裂和减数分裂过程中进行？是否只发生于细胞核中？
提示：不是，无丝分裂过程中也发生DNA复制。线粒体和叶绿体中也有DNA，也进行DNA复制。
2．DNA分子经复制能得到与亲代DNA分子完全相同的两个DNA分子，DNA复制具有精确性的原因是什么？
提示：DNA分子具有规则的双螺旋结构，DNA复制时以解开的每一条链为模板，严格遵循碱基互补配对原则。
3．若1个DNA分子含m个腺嘌呤，则复制n次需要多少个游离的腺嘌呤脱氧核苷酸？
提示：(2n－1)·m。因为1个DNA分子复制n次，共形成2n个DNA分子，这2n个DNA分子中共有2条链(相当于1个DNA分子)为母链，这两条链不需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸，故共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为(2n－1)·m个。
1．复制场所(在自然状态下，只能在细胞内复制)
(1)真核生物：主要在细胞核内，线粒体和叶绿体内也可进行。
(2)原核生物；主要在拟核，也可以在细胞质(如质粒的复制)。
(3)DNA病毒：在活的宿主细胞内。
2．DNA分子复制过程(以核DNA复制为例)
3．DNA分子复制的有关计算
DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
(1)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不含亲代链的子代DNA分子数＝(2n－2)个
④只含亲代链的DNA分子数＝0个
(2)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
(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次复制需要消耗游离的该种脱氧核苷酸数目为m×(2n－1)个。
②第n次复制，需该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
计算方法：连续复制n次需要消耗的脱氧核苷酸数减去连续复制(n－1)次需消耗的脱氧核苷酸数就是第n次复制所需的脱氧核苷酸数。即m(2n－1)－m(2n－1－1)＝m·2n－1个。
4．DNA分子复制特点及子DNA存在位置与去向
(1)复制特点：半保留复制即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(模板链)，另一条链(子链)由新原料构建而成。
(2)2个子代DNA位置：当一个DNA分子复制后形成两个新DNA分子后，此两子代DNA恰位于两姐妹染色单体上，且由着丝粒连在一起，即
(3)子代DNA去向：在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，当着丝粒分裂时，两姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子代DNA随染色单体分开而分开。
5．DNA分子复制为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下：
(1)子代DNA分子数
①DNA总数：2n个。
②含15N的DNA：2个。
③只含15N的DNA：0个。
④含14N的DNA：2n个。
⑤只含14N的DNA：(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①总链数：2n×2＝2n＋1条。
②含15N的链：2条。
③含14N的链：(2n＋1－2)条。
下图为真核细胞DNA复制过程模式图，请根据图示过程回答下列问题：
(1)由图示得知，1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子，其方式是________。
(2)解旋酶能使双链DNA解开，但需要细胞提供________。
(3)从图中可以看出合成两条子链的方向________。
(4)细胞中DNA复制的场所是___________________________；
在复制完成后，乙、丙分开的时期为__________________
__________________。
(5)若一个卵原细胞的一条染色体上的β-珠蛋白基因在复制时一条脱氧核苷酸链中一个A替换成T，则由该卵原细胞产生的卵细胞携带该突变基因的概率是________。
(6)若上述DNA分子有2 000个脱氧核苷酸，已知它的一条单链上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子复制一次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是( )
A．200个 B．300个
C．400个 D．800个
[解析] DNA复制方式是半保留复制，因DNA两条链是反向平行的，故两条链的复制方向相反。DNA复制的主要场所在细胞核，其次是线粒体、叶绿体。一个基因复制时若一条链出现差错，则复制后一个基因正常，另一个异常，一个卵原细胞减数第一次分裂形成的次级卵母细胞含突变基因的概率为1/2，经减数第二次分裂形成的卵细胞含突变基因的概率为1/2；所以该卵原细胞产生含突变基因卵细胞的概率为1/4。由一条单链上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，计算得该单链上1 000个碱基中含有A＝100个，T＝300个，整个DNA分子中A＝400个，复制一次需要腺嘌呤脱氧核苷酸400个。
[答案](1)半保留复制 (2)能量(ATP) (3)相反 (4)细胞核、线粒体和叶绿体 有丝分裂后期、减数第二次分裂后期 (5)1/4 (6)C
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模板
②DNA复制发生于细胞周期的间期
③碱基互补配对是严格的
④产生的两个子代DNA均和亲代DNA相同
A．②④ B．②③
C．①④ D．①③
D [DNA规则双螺旋结构经解旋后为DNA复制提供两条模板(即复制的标准)，严格的碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性，它保证了子代DNA是以亲代DNA提供的两条模板为标准合成的。]
2．蚕豆根尖细胞(2N＝12)在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是( )
A．每条染色体的两条单体都被标记
B．每条染色体中都只有一条单体被标记
C．只有半数的染色体中一条单体被标记
D．每条染色体的两条单体都不被标记
B [DNA复制是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸(3H-T)培养基中完成一个细胞周期，每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H-T，然后在不含放射性标记的培养液中培养至中期，每个DNA分子复制的两个DNA分子存在于同一染色体的两条姐妹染色单体上，其中一个DNA分子的一条链含3H-T，如下图：
]
3．某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示)。请回答下列问题：
(1)综合分析本实验的DNA离心结果，前三组实验中，第________组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第________组和第________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式。
(2)分析讨论：
①实验三的离心结果：如果DNA位于1/2重带和1/2轻带位置，则是________复制；如果DNA位于全中带位置，则是________复制。为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：如果DNA位于________(填位置及比例，下同)带位置，则是全保留复制；如果DNA位于________带位置，则是半保留复制。
②若将实验三得到的DNA双链分开再离心，其结果________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。为什么？
____________________________________________________。
(3)实验得出结论：DNA复制方式为半保留复制。若将实验四的实验时间改为60 min，离心后密度带的数量和位置是否发生变化？________。若实验三的结果中，子一代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为________。
[解析](1)前三组实验中，第三组结果对得到的结论起到关键作用，但需把它与第一组轻带和第二组重带的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是半保留复制。(2)①实验三的离心结果：如果DNA位于1/2重带和1/2轻带位置，则是全保留复制，若DNA分子全位于中带位置，则是半保留复制，因此时DNA分子复制一代，其子代DNA的两条链应为一条链含14N，一条链含15N，所以处于中带位置，同理，实验四中如果DNA位于1/4轻带和3/4重带位置，则是全保留复制；如果DNA位于1/2中带和1/2重带位置，则是半保留复制。②若将实验三得到的DNA双链分开后再离心，其结果不能判断DNA的复制方式；因为不论是全保留复制还是半保留复制，实验结果都是一样的，都会出现位于1/2轻带和1/2重带位置。(3)若将实验四的实验时间改为60 min，细菌分裂三次，因为DNA复制方式为半保留复制，离心后密度带的数量和位置没有发生变化，还是在重带和中带位置。若实验三的结果中，子一代DNA的“中带”比以往实验结果中的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为15N。
[答案](1)三 一 二 (2)①全保留 半保留
1/4轻和3/4重 1/2中和1/2重 ②不能 不论是全保留还是半保留复制，实验结果都是一样的 (3)没有变化 15N
1．下列关于DNA复制的叙述，正确的是( )
A．DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则
B．DNA复制时，两条脱氧核糖核苷酸链均可作为模板
C．DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制
D．脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链
B [DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则；DNA是以两条脱氧核苷酸链为模板进行复制的；DNA分子边解旋边复制；脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链。]
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n次复制过程中，共需要2n(m－A)个
D [解答本题时，首先把模板中胞嘧啶脱氧核苷酸数目求出，即(2m－2A)/2＝m－A，则复制一次，需要(m－A)(21－1)＝m－A个；复制2次，共需要(22－1)(m－A)＝3(m－A)个，因此，第二次复制需要3(m－A)－(m－A)＝2(m－A)个；在n次复制过程中，共需要(m－A)(2n－1)个，则第n次复制需要(m－A)(2n－1)－(m－A)(2n－1－1)＝2n－1(m－A)个。]
3．将大肠杆菌的DNA分子用15N标记，然后置于不含15N的培养基中培养。当DNA分子复制n次后，不含15N的DNA分子数为( )
A．2 B．2n
C．2n－2 D．2n－2
C [亲代DNA用15N标记经n次复制后，子代只有2个DNA分子含15N，其余均不含15N。]
4．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA，离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是( )
A．子一代DNA应为②
B．子二代DNA应为①
C．子三代DNA应为④
D．亲代的DNA应为⑤
C [由题意可知，子一代的DNA应为全中(14N‖15N)，即图②；子二代DNA应为1/2中(14N‖15N)、1/2轻(14N‖14N)，即图①；子三代DNA应为1/4中(14N‖15N)、3/4轻(14N‖14N)，即图③，而不是全轻(14N‖14N)；亲代的DNA应为全重(15N‖15N)，即图⑤。]
5．果蝇的体细胞含有8条染色体。现有一个果蝇体细胞，它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养，使其连续分裂，那么将会在第几次细胞分裂中出现每个细胞的中期和后期分别有8条、16条被标记的染色体( )
A．第1次 B．第2次
C．第3次 D．第4次
A [亲代DNA为32P/32P，则第一次分裂中期染色体为32P/31P·32P/31P，后期着丝粒分裂后，每条染色体均为32P/31P，所以第一次分裂中期与后期分别有8条和16条被标记的染色体。]
课件56张PPT。第三单元 遗传与变异的分子基础第一章 遗传的物质基础
第三节 DNA的复制减数分裂间期亲代DNA分子子代DNA间期两条螺旋的双链解旋酶碱基互补配对母链双螺旋结构 遗传信息 同位素标记 半保留 DNA的复制 点击右图进入…Thank you for watching !
