2018-2019高中生物 第3單元 第1章 第3節(jié) DNA的復制學案 中圖版必修2

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1、第三節(jié)　DNA的復制 1．DNA分子的復制過程。(重點) 2．DNA分子半保留復制的有關計算。(重難點) DNA 的 復 制 1．DNA復制的概念、時間 (1)概念：以親代DNA分子為模板合成子代DNA的過程。 (2)時間：細胞有絲分裂的間期和減數(shù)分裂間期。 2．過程 解旋 ↓ 合成子鏈 ↓ 形成子代DNA：每條子鏈與其對應的母鏈盤繞成雙螺旋結構。 3．結果：形成兩個與親代DNA分子完全相同的子代DNA分子。 4．意義：將遺傳信息從親代傳給了子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。 [合作探討] 探討1：真核細胞的DNA復制是否只在有絲分裂和減數(shù)

2、分裂過程中進行？是否只發(fā)生于細胞核中？ 提示：不是，無絲分裂過程中也發(fā)生DNA復制。線粒體和葉綠體中也有DNA，也進行DNA復制。 探討2：DNA分子經復制能得到與親代DNA分子完全相同的兩個DNA分子，DNA復制具有精確性的原因是什么？ 提示：DNA分子具有規(guī)則的雙螺旋結構，DNA復制時以解開的每一條鏈為模板，嚴格遵循堿基互補配對原則。 探討3：若1個DNA分子含m個腺嘌呤，則復制n次需要多少個游離的腺嘌呤脫氧核苷酸？ 提示：(2n－1)·m。因為1個DNA分子復制n次，共形成2n個DNA分子，這2n個DNA分子中共有2條鏈(相當于1個DNA分子)為母鏈，這兩條鏈不需要游離的腺嘌呤

3、脫氧核苷酸，故共需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸的個數(shù)為(2n－1)·m個。 [思維升華] 1．復制場所(在自然狀態(tài)下，只能在細胞內復制) (1)真核生物：主要在細胞核內，線粒體和葉綠體內也可進行。 (2)原核生物；主要在擬核，也可以在細胞質(如質粒的復制)。 (3)DNA病毒：在活的宿主細胞內。 2．DNA分子復制過程(以核DNA復制為例) 3．DNA分子復制的有關計算 DNA分子的復制為半保留復制，一個DNA分子復制n次，則有： (1)DNA分子數(shù) ①子代DNA分子數(shù)＝2n個 ②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝2個 ③不含親代鏈的子代DNA分子數(shù)＝(2n－2)個

4、 ④只含親代鏈的DNA分子數(shù)＝0個 (2)脫氧核苷酸“鏈”數(shù) ①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2n＋1條 ②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2條 ③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝(2n＋1－2)條 (3)消耗的脫氧核苷酸數(shù) ①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需要消耗游離的該種脫氧核苷酸數(shù)目為m×(2n－1)個。 ②第n次復制，需該種脫氧核苷酸數(shù)為m·2n－1。 計算方法：連續(xù)復制n次需要消耗的脫氧核苷酸數(shù)減去連續(xù)復制n－1次需消耗的脫氧核苷酸數(shù)就是第n次復制所需的脫氧核苷酸數(shù)。即m(2n－1)－m(2n－1－1)＝m·2n－1個。 1．DNA一般能準確復制，其原因是

5、(　　) ①DNA規(guī)則的雙螺旋結構為復制提供模板 ②DNA復制發(fā)生于細胞周期的間期 ③堿基互補配對是嚴格的 ④產生的兩個子代DNA均和親代DNA相同 A．②④　　　　　 B．②③ C．①④ D．①③ 【解析】　DNA規(guī)則雙螺旋結構經解旋后為DNA復制提供兩條模板(即復制的標準)，嚴格的堿基互補配對原則保證了DNA復制的準確性，它保證子代DNA是以親代DNA提供的兩條模板為標準合成的。 【答案】　D 2．下圖為真核細胞DNA復制過程模式圖，請根據(jù)圖示過程回答下列問題： (1)由圖示得知，1個DNA分子復制出乙、丙2個DNA分子，其方式是________。 (2)解旋酶

6、能使雙鏈DNA解開，但需要細胞提供________。 (3)從圖中可以看出合成兩條子鏈的方向________。 (4)細胞中DNA復制的場所是__________________； 在復制完成后，乙、丙分開的時期為______________________。 (5)若一個卵原細胞的一條染色體上的β-珠蛋白基因在復制時一條脫氧核苷酸鏈中一個A替換成T，則由該卵原細胞產生的卵細胞攜帶該突變基因的概率是________。 (6)若上述DNA分子有2 000個脫氧核苷酸，已知它的一條單鏈上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，則該DNA分子復制一次需要腺嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)量是(　　) A．20

7、0個 B．300個 C．400個 D．800個 【解析】　DNA復制方式是半保留復制，因DNA兩條鏈是反向平行，故兩條鏈的復制方向相反；DNA復制的主要場所在細胞核，其次是線粒體、葉綠體。一個基因復制時若一條鏈出現(xiàn)差錯，則復制后一個基因正常，另一個異常，一個卵原細胞減數(shù)第一次分裂形成的次級卵母細胞含突變基因的概率為1/2；經減數(shù)第Ⅱ次分裂形成的卵細胞含突變基因的概率為1/2；所以該卵原細胞產生含突變基因卵細胞的概率為1/4。(6)由一條單鏈上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，計算得該單鏈上1 000個堿基中含有A＝100個，T＝300個，整個DNA分子中T＝400個，復制1次需要A為40

8、0個。 【答案】　(1)半保留復制　(2)能量(ATP)　(3)相反　(4)細胞核、線粒體和葉綠體　有絲分裂、減數(shù)第二次分裂后期　(5)1/4　(6)C DNA 復 制 方 式 的 實 驗 探 究 實驗材料：大腸桿菌 　 ↓ 實驗方法：同位素標記法和密度梯度離心法(親代DNA分子與子代 DNA分 子的區(qū)分方法) 　 ↓ 實驗假設：DNA分子以半保留的方式復制 　 ↓ 　 ↓ 實驗結果：與預期結果一致 　 ↓ 實驗結論：DNA分子以半保留的方式復制 [思維升華] 1．DNA分子復制特點及子DNA存在位置與去向 (1)復制特點：半保留復制即新D

9、NA分子總有一條鏈來自親代DNA(即模板鏈)，另一條鏈(子鏈)由新原料構建而成。 (2)2個子DNA位置：當一個DNA分子復制后形成兩個新DNA分子后，此兩子DNA恰位于兩姐妹染色單體上，且由著絲粒連在一起，即 (3)子DNA去向：在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期，當著絲粒分裂時，兩姐妹染色單體分開，分別移向細胞兩極，此時子DNA隨染色單體分開而分開。 2．DNA分子復制為半保留復制，若將一個被15N標記的DNA轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復制)若干代，其結果分析如下： (1)子代DNA分子數(shù) ①DNA總數(shù)：2n個。 ②含15N的DNA：2個。 ③只含15N的DNA：

10、0個。 ④含14N的DNA：2n個。 ⑤只含14N的DNA：(2n－2)個。 (2)脫氧核苷酸鏈數(shù) ①總鏈數(shù)：2n×2＝2n＋1條。 ②含15N的鏈：2條。 ③含14N的鏈：(2n＋1－2)條。 1．蠶豆根尖細胞(2N＝12)在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標記分布情況是(　　) 【導學號：73730054】 A．每條染色體的兩條單體都被標記 B．每條染色體中都只有一條單體被標記 C．只有半數(shù)的染色體中一條單體被標記 D．每條染色體的兩條單體都不被標記 【解析】　DNA復制是

11、半保留復制，蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸(3H—T)培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，每一個DNA分子都有一條脫氧核苷酸鏈含3H—T，然后在不含放射性標記的培養(yǎng)液中培養(yǎng)至中期，每個DNA分子復制的兩個DNA分子存在于同一染色體的兩條姐妹染色單體上，其中一個DNA分子的一條鏈含3H—T，如下圖： 【答案】　B 2．某研究性學習小組以細菌為實驗對象，運用同位素示蹤技術及密度梯度離心法對有關DNA復制的方式進行了探究(已知培養(yǎng)用的細菌大約每20 min分裂一次，產生子代，實驗結果見相關圖示)。請回答下列問題： (1)綜合分析本實驗的DNA離心結果，前三組實驗中，第_______

12、_組結果對得到的結論起到了關鍵作用，但需把它與第________組和第________組的結果進行比較，才能說明DNA分子的復制方式。 (2)分析討論： ①若實驗三的離心結果為：如果DNA位于1/2重帶和1/2輕帶位置，則是________復制；如果DNA位于全中帶位置，則是________復制。為了進一步得出結論，該小組設計了實驗四，請分析：如果DNA位于________(位置及比例，下同)帶位置，則是全保留復制；如果DNA位于________帶位置，則是半保留復制。 ②若將實驗三得到的DNA雙鏈分開再離心，其結果________(填“能”或“不能”)判斷DNA的復制方式。為什么？

13、___________________________________________________________。 (3)實驗得出結論：DNA復制方式為半保留復制。若將實驗四的實驗時間改為60 min，離心后密度帶的數(shù)量和位置是否發(fā)生變化？________。若實驗三的結果中，子一代DNA的“中帶”比以往實驗結果的“中帶”略寬，可能的原因是新合成的DNA單鏈中的N尚有少部分為________。 【解析】　(1)前三組實驗中，第三組結果對得到的結論起到關鍵作用，但需把它與第一組輕帶和第二組重帶的結果進行比較，才能說明DNA分子的復制方式是半保留復制。(2)①若實驗三的離心結果為：如果DN

14、A位于1/2重帶和1/2輕帶位置，則是全保留復制，若DNA分子全位于中帶位置，則是半保留復制，因此時DNA分子復制一代，其子代DNA的兩條鏈應為一條鏈含14N，一條鏈含15N，所以處于中帶位置，同理，實驗四中如果DNA位于1/4輕帶和3/4重帶位置，則是全保留復制；如果DNA位于1/2中帶和1/2重帶位置，則是半保留復制。 ②若將實驗三得到的DNA雙鏈分開后再離心，其結果不能判斷DNA的復制方式；因為不論是全保留復制還是半保留復制，實驗結果都是一樣的，都會出現(xiàn)位于1/2中帶和1/2重帶位置。(3)若將實驗四的實驗時間改為60 min，細菌分裂三次，因為DNA復制方式為半保留復制，離心后密度帶

15、的數(shù)量和位置沒有發(fā)生變化，還是在重帶和中帶位置。若實驗三的結果中，子一代DNA的“中帶”比以往實驗結果中的“中帶”略寬，可能的原因是新合成的DNA單鏈中的N尚有少部分為15N。 【答案】　(1)三　一　二　(2)①全保留　半保留 1/4輕和3/4重　1/2中和1/2重　②不能　不論是全保留還是半保留復制，實驗結果都是一樣的　(3)沒有變化　15N 1．下列關于DNA復制的敘述，正確的是(　　) A．DNA復制時，嚴格遵循A—U、C—G的堿基互補配對原則 B．DNA復制時，兩條脫氧核糖核苷酸鏈均可作為模板 C．DNA分子全部解旋后才開始進行DNA復制 D．脫氧核苷酸必須在

16、DNA酶的作用下才能連接形成子鏈 【解析】　DNA復制時，嚴格遵循A—T、C—G的堿基互補配對原則；DNA是以兩條脫氧核苷酸鏈作為模板進行復制的；DNA分子邊解旋邊復制；脫氧核苷酸必須在DNA聚合酶的作用下才能連接形成子鏈。 【答案】　B 2．某DNA分子含m對堿基，其中腺嘌呤有A個。下列有關此DNA在連續(xù)復制時所需的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)目的敘述中，錯誤的是(　　) A．在第一次復制時，需要m－A個 B．在第二次復制時，需要2(m－A)個 C．在第n次復制時，需要2n－1(m－A)個 D．在n次復制過程中，共需要2n(m－A)個 【解析】　解答本題時，首先把模板中胞嘧啶脫氧核苷酸

17、數(shù)目求出，即(2m－2A)/2＝m－A，則復制一次，需要(m－A)(21－1)＝m－A個；復制2次，共需要(22－1)(m－A)＝3(m－A)個，因此，第二次復制需要3(m－A)－(m－A)＝2(m－A)個；在n次復制過程中，共需要(m－A)(2n－1)個，則第n次復制需要(m－A)(2n－1)－(m－A)(2n－1－1)＝2n－1(m－A)個。 【答案】　D 3．將大腸桿菌的DNA分子用15N標記，然后置于不含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。當DNA分子復制n次后，不含15N的DNA分子數(shù)為(　　) A．2　　　　　 B．2n C．2n－2 D．2n－2 【解析】　親代DNA用15N標記經

18、n次復制后，子代只有2個DNA分子含15N其余均不含15N。 【答案】　C 4．細菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，細菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再將其移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，抽取親代及子代的DNA，離心分離，如圖①～⑤為可能的結果，下列敘述錯誤的是(　　) A．子一代DNA應為② B．子二代DNA應為① C．子三代DNA應為④ D．親代的DNA應為⑤ 【解析】　由題意可知，子一代的DNA應為全中(14N‖15N)，即圖②；子二代DNA應為中(14N‖15N)、輕(14N‖14N)，即圖①；子三代DNA應為中(14N‖15N)、輕(14N‖14N)，即圖③，而不是

19、全輕(14N‖14N)；親代的DNA應為全重(15N‖15N)，即圖⑤。 【答案】　C 5．果蠅的體細胞含有8條染色體?，F(xiàn)有一個果蠅體細胞，它的每條染色體的DNA雙鏈都被32P標記。如果把該細胞放在不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，使其連續(xù)分裂，那么將會在第幾次細胞分裂中出現(xiàn)每個細胞的中期和后期分別有8條、16條被標記的染色體(　　) 【導學號：73730055】 A．第1次　　　　　　　 B．第2次 C．第3次 D．第4次 【解析】　親代DNA為32P/32P，則第一次分裂中期染色體為32P/31P·32P/31P，后期著絲粒分裂后，每條染色體均為32P/31P，所以第一次分裂中期與后期分別有8條和16條被標記的染色體。 【答案】　A 9