高中生物第3章遗传信息的复制与表达第8课时遗传信息的复制教学案北师大版必修2 16页

第 8 课时 遗传信息的复制 [目标导读] 1.阅读教材 P32 内容，了解 DNA 分子半保留复制的概念。2.结合教材 P33“阅读 与分析”，了解 DNA 半保留复制的实验证据。3.分析教材图 3－3，归纳 DNA 分子的复制过程 和特点。4.总结有关 DNA 复制的计算规律，并探讨 DNA 复制的生物学意义。 [重难点击] DNA 分子的复制过程和特点。 一 DNA 分子半保留复制的证据 对 DNA 分子的复制机理，人们做过几种假设，请结合教材内容讨论以下问题。 1．对 DNA 分子复制的推测 取出上次课制作的 DNA 分子结构模型，把 DNA 的两条多核苷酸链(如图)从碱基的配对处分开。 每个小组各负责一条链，根据碱基配对原则，做出现有 DNA 链的互补链。然后再把两个小组 制作好的两个 DNA 分子放在一起，进行比较。 (1)上述过程模拟了 DNA 分子复制的过程：将 DNA 分子的双螺旋解开，使互补的碱基之间氢键 断裂，以解开的两条单链作为复制的模板，以游离的脱氧核糖核苷酸为原料，依据碱基互补 配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。 (2)从上述比较可以发现，两个 DNA 分子和原 DNA 分子的碱基序列完全相同，每个新 DNA 分子 中都保留了原来 DNA 分子中的一条链，这种方式称做半保留复制。 2．DNA 分子复制的实验证据 (1)实验方法：放射性同位素标记法和离心技术。 (2)实验原理：如果 DNA 的两条链都用 15N 标记，那么这样的 DNA 分子质量大，离心时应该在 试管的底部；两条链中都含有 14N，那么这样的 DNA 分子质量小，离心时应该在试管的上部； 两条链中一条含有 15N，另一条含有 14N，那么这样的 DNA 分子质量居中，离心时应该在试管的 中部。 (3)实验过程 (4)在下图中画出预期的实验结果 答案 (5)实验结果和预期的一致，说明 DNA 的复制是以半保留的方式进行的。 归纳提炼 DNA 分子在复制时，以解旋形成的两条链(旧链)为模板，按照碱基互补配对原则吸收脱氧核 糖核苷酸与之配对，形成两条子链(新链)，新链与旧链螺旋成一个新的 DNA 分子，所以称之 为半保留复制。 活学活用 1．以 DNA 的一条链“—A—T—C—”为模板，推测经复制后的子链是( ) A．“—T—A—G—” B．“—U—A—G—” C．“—T—A—C—” D．“—T—U—C—” 问题导析 (1)DNA 复制中碱基互补配对原则为 A 与 T 配对，G 与 C 配对。 (2)DNA 分子中不含碱基 U，这种碱基只在 RNA 中含有。 答案 A 解析 DNA 复制按照碱基互补配对原则进行。 二 DNA 分子复制的过程 通过以上实验我们了解了 DNA 分子复制具有半保留复制的特点，如图为 DNA 分子复制的过程， 结合该图，思考下列内容。 1．概念：是指以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程。 2．时间：DNA 分子复制是在细胞分裂间期伴随着染色体的复制而完成的。 3．场所：在真核生物的细胞中，DNA 复制发生的场所有细胞核、线粒体和叶绿体。主要场所 是细胞核。 4．条件：(1)模板：亲代 DNA 的两条链。 (2)原料：四种脱氧核糖核苷酸。 (3)能量：ATP 等。 (4)酶：①解旋酶，其作用是将两条螺旋状的长链解开形成单链。实质是破坏了碱基对之间的 氢键。②DNA 聚合酶，其作用是将四种脱氧核糖核苷酸按照一定的顺序连接成和母链互补的 子链。 5．过程 (1)解旋：DNA 分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。 (2)合成子链：分别以解开的每一条 DNA 链为模板，以细胞中游离的四种脱氧核糖核苷酸为原 料，按照碱基互补配对原则，在 DNA 聚合酶和其他大分子蛋白质的作用下，各自合成与母链 互补的一段子链 DNA。 (3)形成子代 DNA：每条新链与其互补的母链盘旋成新的 DNA 双螺旋结构，从而形成两个与亲 代 DNA 完全相同的新的 DNA 分子。 6．思考以下问题 (1)DNA 复制的起点在碱基组成上有什么特点？ 答案 DNA 复制起点处，一般 A—T 的含量较高。 (2)怎样保证复制产生的两个子代 DNA 分子和亲代 DNA 分子完全相同？ 答案 ①DNA 分子独特的双螺旋结构提供精确模板。 ②通过碱基互补配对原则保证了复制准确进行。 (3)两条子链延伸的方向不同，可能的原因是什么？ 答案 DNA 分子中的两条链是反向平行的，因此子链的延伸方向也是相反的。 小贴士 一般来讲，原核生物的 DNA 只有一个复制起点，而真核生物的 DNA 有多个复制起点。 归纳提炼 活学活用 2．判断下列说法的正误。 (1)DNA 复制只发生在有丝分裂间期( ) (2)DNA 双螺旋全部解链后，开始 DNA 复制( ) (3)单个脱氧核糖核苷酸在 DNA 酶的作用下连接成子链，并且 2 条子链形成子代 DNA 分子 ( ) (4)DNA 的复制需要消耗能量( ) (5)单个脱氧核糖核苷酸借助 DNA 聚合酶通过氢键彼此连接成 DNA 链( ) 问题导析 (1)DNA 复制发生在细胞分裂间期，不只是有丝分裂间期。 (2)DNA 复制为边解旋边复制。 (3)DNA 复制为一条母链与一条新合成的子链结合形成一个新的 DNA 分子。 (4)DNA 复制过程中解旋和形成磷酸二酯键都需要消耗能量。 (5)脱氧核糖核苷酸链是在 DNA 聚合酶的作用下通过形成磷酸二酯键而连接起来的。 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× 解析 (1)减数分裂Ⅰ前的间期也发生 DNA 复制。(2)DNA 边解旋边复制。(3)DNA 半保留复制。 (5)单个脱氧核糖核苷酸通过磷酸二酯键连接，不是氢键。 三 有关 DNA 分子复制的计算 如果用 15N 标记 DNA 分子的两条链，让其在含有 14N 的环境中复制。结合 DNA 分子半保留复制 的特点，完成下面表格： 世 代 DNA 分子结构特点 DNA 中多核苷酸链的特 点 分 子 总 数 细胞中的 DNA 分子在 离心管中的位置 不同 DNA 分子占全部 DNA 分 子之比 链 的 总 数 含 14N、15N 的链 所占的比例 含 15N 含 14N 和 15N 只含 14N 含 15N 含 14N 0 1 全部在下部 1 0 0 2 1 0 1 2 全部在中部 0 1 0 4 1/2 1/2 2 4 1/2 中部，1/2 上部 0 1/2 1/2 8 1/4 3/4 3 8 1/4 中部，3/4 上部 0 1/4 3/4 16 1/8 7/8 根据上表归纳：若培养 n 代，结果是： 1．DNA 分子数 (1)子代 DNA 分子总数＝2n 个； (2)含 15N 的 DNA 分子数＝2 个； (3)含 14N 的 DNA 分子数＝2n 个； (4)只含 15N 的 DNA 分子数＝0 个； (5)只含 14N 的 DNA 分子数＝2n－2 个。 2．多核苷酸链数 (1)子代 DNA 分子中多核苷酸链数＝2n＋1 条； (2)含 15N 的多核苷酸链＝2 条； (3)含 14N 的多核苷酸链＝2n＋1－2 条。 3．消耗的脱氧核糖核苷酸数 若某 DNA 分子碱基总数为 m 个，含某碱基 x 个。 (1)该 DNA 分子进行 n 次复制： ①需含该碱基的脱氧核糖核苷酸分子数＝需含互补的碱基的脱氧核糖核苷酸分子数＝(2n－ 1)·x 个。 ②需含不互补的碱基的脱氧核糖核苷酸分子数＝(2n－1)·(m/2－x)个。 (2)该 DNA 分子进行第 n 次复制： ①需含该碱基的脱氧核糖核苷酸分子数＝需含互补的碱基的脱氧核糖核苷酸分子数＝2n－1·x 个。 ②需含不互补的碱基的脱氧核苷酸分子数＝2n－1·(m/2－x)个。 归纳提炼 1．子代 DNA 分子中，含 14N 的有 2n 个，只含 14N 的有(2n－2)个，做题时应看准是“含”还是 “只含”。 2．无论复制多少次，含 15N 的 DNA 分子始终是 2 个，占总数比例为2 2n。 3．子代 DNA 分子中，总链数为 2n×2＝2n＋1 条；含 15N 的链始终是 2 条，占总数比例为 2 2n＋1＝1 2n。 做题时，应看准是“DNA 分子数”还是“链数”。 活学活用 3．某一个 DNA 分子中，A 为 200 个，复制数次后，消耗周围环境中含 A 的脱氧核糖核苷酸 3 000 个，该 DNA 分子已经复制了几次( ) A．4 次 B．3 次 C．5 次 D．6 次 答案 A 解析 利用 DNA 复制规律得知，经过 n 次复制利用腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数目应为 3 000＝(2n －1)·200，得 n＝4。 四 遗传信息复制的重大意义 DNA 复制保证了子代能得到亲代的全部遗传信息。阅读教材 P34～P35 内容，试归纳遗传信息复 制的重大意义。 1．DNA 复制的意义 (1)由于 DNA 分子在结构上的稳定性和复制的忠实性，所以能够准确地将亲代 DNA 的遗传信息 传递给后代，保证了亲子代遗传信息的一致性，使子代的性状与亲代相同或相近。 (2)由于 DNA 分子复制过程可能会出现差错，所以可以产生新的变异，该变异遗传下来，对于 生物的多样性和进化具有重要的意义。 2．DNA 体外复制——PCR 技术 (1)原理：模板双链 DNA 分子在 94 ℃左右的条件下分离成单链 DNA→在 55 ℃左右条件下引 物与单链的模板 DNA 结合→在耐高热的 DNA 聚合酶的作用下，在 72 ℃左右条件下合成 DNA 新链，并与模板链螺旋成子代 DNA→重复以上循环过程。 (2)用途 ①用来扩增目的基因片段，进行基因工程操作。 ②在临床医疗诊断、癌症监控、基因突变的检测、法医鉴定等领域有着重要的用途。 归纳提炼 细胞内 DNA 复制与 PCR 技术的比较 比较项目 细胞内 DNA 复制 PCR 技术 不同 点 解旋 在解旋酶作用下边解旋边复制 94 ℃高温解旋， 双链分开 酶 解旋酶、DNA 聚合酶 耐高热的 DNA 聚合酶 温度 体内温和条件 高温 相同点 ①需提供 DNA 复制的模板； ②以四种脱氧核糖核苷酸为原料； ③都需要酶的催化 活学活用 4．PCR 技术扩增 DNA 所需要的条件是( ) ①目的基因(或模板 DNA 分子) ②引物 ③四种脱氧核糖核苷酸 ④DNA 聚合酶 ⑤mRNA ⑥核糖体 A．①②③④ B．②③④⑤ C．①③④⑤ D．①②③⑥ 答案 A 当堂检测 1．下列关于 DNA 复制过程的顺序，正确的叙述是( ) ①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间氢键合成 ③DNA 分子在解旋酶的作用下解旋 ④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对 ⑤子链与母链盘旋成双螺旋结构 A．①③④②⑤ B．③①⑤④② C．①④②⑤③ D．③①④②⑤ 答案 D 解析 DNA 复制的基本过程是：解旋→合成子链→双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间的 氢键断裂，在合成子链时重新形成新的氢键。 2．体外进行 DNA 复制的实验，向试管中加入有关的酶、4 种脱氧核糖核苷酸和 ATP,37 ℃下 保温。下列叙述中正确的是( ) A．能生成 DNA，DNA 的碱基比例与 4 种脱氧核糖核苷酸的比例一致 B．不能生成 DNA，因为缺少 DNA 模板 C．能生成 DNA，DNA 的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联 D．不能生成 DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条件 答案 B 解析 DNA 复制需要的条件是模板、原料、酶、能量等，题目的条件缺少模板，不能生成 DNA。 3．用 15N 标记细菌的 DNA 分子，再将其放入含 14N 的培养基上连续繁殖 4 代，a、b、c 为三种 DNA 分子：a 只含 15N，b 同时含 14N 和 15N，c 只含 14N。图中表示这三种 DNA 分子的比例正确的 是( ) 答案 D 解析 15N 标记细菌 DNA 分子，放在含 14N 的培养基上复制 4 次形成 16 个 DNA 分子。则：①只 含 15N 的 DNA 分子：0 个；②同时含 15N、14N 的 DNA 分子：2 个；③只含 14N 的 DNA 分子：14 个。 4．含有 32P 或 31P 的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与 DNA 分子的组成，但 32P 比 31P 质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有 31P 磷酸的培养基中，连续培养数代后得到 G0 代细 胞。然后将 G0 代细胞移至含有 32P 磷酸的培养基中培养，经过第 1、2 次细胞分裂后，分别得 到 G1、G2 代细胞。再从 G0、G1、G2 代细胞中提取 DNA，经密度梯度离心后得到结果(如图)。由 于 DNA 分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若①、②、③分别表示轻、中、重 3 种 DNA 分子的位置，请回答： (1)G0、G1、G23 代 DNA 离心后的试管分别是图中的： G0 、G1 、G2 。 (2)G2 代在①、②、③3 条带中的 DNA 数的比例是 。 (3)图中①、②两条带中 DNA 分子所含的同位素磷分别是：条带① ，条带② 。 (4)上述实验结果证明 DNA 的复制方式是 。DNA 的自我复制能使生物的 保持相对稳定。 答案 (1)A B D (2)0∶1∶1 (3)31P 31P、32P (4)半保留复制 遗传特性 解析 首先应该看懂图解，知道轻、中、重 3 种 DNA 划分的标准：由两条链含 31P 的脱氧核糖 核苷酸组成的是轻 DNA；由一条含 31P 的脱氧核糖核苷酸链和另一条含 32P 的脱氧核糖核苷酸 链组成的是中 DNA；由两条含 32P 的脱氧核糖核苷酸链组成的是重 DNA。DNA 分子的复制是半 保留复制，即复制后形成的子代 DNA 中，每个 DNA 分子都只含有一条子链，另一条则为母链。 根据题意：G0 代细胞中的 DNA 全部是由含 31P 的脱氧核糖核苷酸组成，是轻 DNA；G1 代是以 G0 代细胞中的 DNA 为模板，以含 32P 的脱氧核糖核苷酸为原料形成的两个 DNA 分子，每一个 DNA 分子中，母链含 31P，子链含 32P，是中 DNA；G2 代是以 G1 代为模板，以含 32P 的脱氧核糖核苷 酸为原料形成的 4 个 DNA 分子，有 2 个 DNA 分子母链含 31P，子链含 32P，是中 DNA，另 2 个 DNA 分子母链、子链都只含有 32P，是重 DNA。 课时作业 基础过关 知识点一 DNA 分子半保留复制的证据 1．实验室模拟生物体 DNA 的复制必需的一组条件是( ) ①酶 ②游离的脱氧核糖核苷酸 ③ATP ④DNA 分子 ⑤氨基酸 ⑥适宜的酸碱度 ⑦适 宜的温度 ⑧RNA A．①②③④⑤⑧ B．②③④⑤⑦⑧ C．②③④⑤⑥⑦ D．①②③④⑥⑦ 答案 D 解析 DNA 的复制过程是重要的生理过程，离不开酶和能量。还需要 DNA 模板、游离的脱氧 核糖核苷酸等基本条件，而酶的作用受温度、酸碱度的影响。 2．某亲本 DNA 分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的 DNA 子链，以黑色表示第 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( ) 答案 D 解析 亲代 DNA 双链用白色表示，DNA 复制方式是半保留复制，因此复制一次后得到的两个 DNA 分子只有白色和灰色，而第二次复制得到的以这两个 DNA 分子的四条链为模板合成的四 个 DNA 分子中，都含有黑色的 DNA 子链，故 D 正确。 知识点二 DNA 分子复制的过程 3．下图为真核生物染色体上 DNA 分子复制过程示意图，下列有关叙述错误的是( ) A．图中 DNA 分子复制是从多个起点同时开始的 B．图中 DNA 分子复制是边解旋边双向复制的 C．真核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶 D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率 答案 A 解析 从图中可以看出有多个复制起点，但由于复制环的大小不同，所以复制起始的时间有 先有后。DNA 分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶、DNA 聚合酶等酶的参与。这种半保留复制的模式不仅保持了前后代的稳定性，而且每次复制都可 产生两个 DNA 分子，提高了复制效率。 4．下列关于 DNA 复制的叙述，正确的是( ) A．在细胞分裂间期，发生了 DNA 复制 B．DNA 通过一次复制后产生四个 DNA 分子 C．DNA 双螺旋结构全部解旋后，开始 DNA 的复制 D．单个脱氧核糖核苷酸在 DNA 酶的作用下连接合成新的子链 答案 A 解析 DNA 的复制过程是在细胞分裂间期，伴随着染色体的复制而完成的。DNA 复制是一个边 解旋边复制的过程，以解开的每一段母链为模板，在 DNA 聚合酶等酶的作用下，以细胞内游 离的 4 种脱氧核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链。 复制结束后，一个 DNA 分子就形成了两个完全相同的 DNA 分子。 5．女性子宫瘤最长的 DNA 分子可达 36 mm，DNA 复制速度约为 4 μm/min，但复制过程仅需 40 min 左右即可完成，这可能是因为( ) A．边解旋边复制 B．只有一个复制起点，但解旋之后可以向着两个方向复制 C．以半保留方式复制 D．复制起点多，分段同时复制 答案 D 解析 真核细胞中的 DNA 分子复制起点多，并且同时复制，所以比较迅速。 知识点三 有关 DNA 分子复制的计算 6．某 DNA 分子共有 x 个碱基，其中胞嘧啶为 m 个，该 DNA 分子复制 3 次，需游离的胸腺嘧啶 脱氧核糖核苷酸数为( ) A．7(x－m) B．8(x－m) C．7(x/2－m) D．8(2x－m) 答案 C 解析 在 DNA 分子中，A＝T，G＝C，所以当 DNA 分子共有 x 个碱基，其中胞嘧啶为 m 个时，T 应为(x/2 －m)个。DNA 分子复制 3 次，得到 8 个 DNA 分子，因此，需游离的胸腺嘧啶脱氧核 糖核苷酸数为(8－1)×(x/2－m)＝7(x/2－m)个，故选 C。 7．用 15N 标记含有 100 个碱基对的 DNA 分子，其中有胞嘧啶 60 个，该 DNA 分子在含 14N 的培 养基中连续复制 4 次。其结果不可能是( ) A．含有 15N 的 DNA 分子占 1/8 B．含有 14N 的 DNA 分子占 7/8 C．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸 600 个 D．复制结果共产生 16 个 DNA 分子 答案 B 解析 由于 DNA 的复制是半保留复制，经过四次复制形成 16 个 DNA 分子都含有 14N，有 2 个 DNA 分子中一条链含有 15N，另一条链含有 14N，其余 14 个 DNA 分子两条链全部含有 14N。该 DNA 分子中含有胞嘧啶 60 个，由此计算出含有鸟嘌呤 60 个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有 40 个，复制 4 次需要腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的数量为 40×(24－1)＝600(个)，选项中 A、C、D 正确，B 错误。 能力提升 8．某个 DNA 片段由 500 对碱基组成，G＋C 占碱基总数的 34%，若该 DNA 片段连续复制 3 次， 第三次复制时，需游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸分子个数为( ) A．1 155 B．1 320 C．2 310 D．2 640 答案 B 解析 由于 G＋C 占总数的 34%，所以 A＋T 占 66%，A 与 T 各占 33%，整个 DNA 片段中含有 500 对碱基，该 DNA 片段中腺嘌呤脱氧核糖核苷酸分子个数为 33%×1 000＝330(个)，在第三次 复制时需新合成 8 条 DNA 单链，相当于 4 个 DNA 分子，因此需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷 酸分子个数为 330×4＝1 320(个)。 9．将一个不含放射性同位素 32P 标记的大肠杆菌(拟核 DNA 呈环状，共含有 m 个碱基，其中有 a 个胸腺嘧啶)放在含有 32P －胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到下 图Ⅰ、Ⅱ两种类型的 DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核糖核苷酸链)。下列有关该实验的结 果预测与分析，正确的是( ) A．DNA 第二次复制产生的子代 DNA 有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为 1∶3 B．DNA 复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因分离规律 C．复制 n 次需要胞嘧啶的数目是(2n－1)(m－a)/2 D．复制 n 次形成的放射性脱氧核糖核苷酸单链为 2n＋l－2 条 答案 D 解析 由题可知，T＝a 个，故 C＝m/2－a，DNA 第二次复制，总的 DNA 有 4 个，其中不含有 放射性的 DNA 有 2 个，含有放射性的有 2 个，A 错误；基因的分离定律适用于真核生物，B 错误；复制 n 次，需要 C＝(m/2－a)(2n－1)，C 错误；复制 n 次，脱氧核糖核苷酸链有 2n＋1 条，不含放射性的有 2 条，故含有放射性的有 2n＋1－2 条，D 正确。 10．用经 3H 标记的 n 个噬菌体侵染大肠杆菌，在普通培养基中培养一段时间后，统计得知培 养基中共有后代噬菌体 m 个，其中含有标记元素的噬菌体占的比例为( ) 错误! 错误! 错误! 错误! 答案 B 解析 每个噬菌体共有 2 条被标记的 DNA 链，n 个噬菌体 DNA 经复制后被标记的 DNA 链进入 2n 个子代噬菌体内，所以被标记的噬菌体所占比例为2n m 。 11．DNA 分子片段复制的情况如图所示，图中 a、b、c、d 表示多核苷酸链的片段。如果没有 发生变异，下列说法不正确的是( ) A．b 和 c 的碱基序列可以互补 B．a 和 c 的碱基序列可以互补 C．a 中(A＋T)/(G＋C)的比值与 b 中(A＋T)/(G＋C)的比值相同 D．a 中(A＋G)/(T＋C)的比值与 d 中(A＋G)/(T＋C)的比值一般不相同 答案 B 解析 a 和 d 互补，b 和 c 互补，如果不发生变异，a 和 c 及 b 和 d 的碱基组成相同。某条多 核苷酸链上(A＋T)/(G＋C)的比值与其互补链上的比值相同，而(A＋G)/(T＋C)的比值与其互 补链上的比值一般不相同，所以 C 项和 D 项中的说法均正确。 12．某双链 DNA 分子含有 200 个碱基，一条链上 A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该 DNA 分子 ( ) A．含有 4 个游离的磷酸基 B．连续复制 2 次，需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸 210 个 C．4 种碱基 A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7 D．碱基排列方式共有 4100 种 答案 C 解析 一个双链 DNA 分子中含有 2 个游离的磷酸基。由一条链上 A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4， 计算得出一条链上 100 个碱基中 A、T、G、C 的数量依次是 10、20、30、40，另一条链上 A、 T、G、C 的数量则依次是 20、10、40、30。故该 DNA 中腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数为 10＋20＝ 30(个)，连续复制 2 次，需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸数(22－1)×30＝90(个)，4 种碱 基的比例是 A∶T∶G∶C＝(10＋20)∶(20＋10)∶(30＋40)∶(40＋30)＝30∶30∶70∶70＝ 3∶3∶7∶7。含 200 个碱基的 DNA 在不考虑每种碱基比例关系的情况下，可能的碱基排列方 式共有 4100 种，但因碱基数量比例已确定，故碱基排列方式肯定少于 4100 种。 13.如图是 DNA 分子复制的图解，请据图回答： (1)图中的[1]表示 过程，需要 酶的作用。 (2)图中的[2]过程表示以母链为模板进行的碱基的 ，参与配对的物质是游离在 周围环境中的 。 (3)图中的[3]过程表示形成两个新的 分子，这一过程包括子链中脱氧核糖核苷酸的 与 交互连接以及子链与母链在空间结构上的 化。参与此过程的酶有 等。 (4)分析 DNA 复制过程所需条件应是：场所一般在 内；模板是 ，原 料是 ；酶需要 、 等；能量由 提供。 (5)DNA 复制，一般是严格的 复制，DNA 复制的遗传学意义是为 在上下代之 间的 准备了物质基础。遗传信息的传递使亲代生物的性状可在子代得到表现，例如 (试举一例) 。 答案 (1)解旋 解旋 (2)互补配对 四种脱氧核糖核苷酸 (3)DNA 脱氧核糖 磷酸 螺旋 DNA 聚合酶 (4)细胞核 原 DNA 母链 脱氧核糖核苷酸 解旋酶 DNA 聚合酶 ATP (5)半保留 遗传信息 传递 子女长得像父母 解析 (1)图中[1]表示解旋过程，需要解旋酶的作用。解旋酶的作用是打开两条链之间的氢 键。(2)图中[2]表示以母链为模板进行碱基互补配对的过程，参与配对的物质是周围环境中 游离的四种脱氧核糖核苷酸。(3)图中[3]过程表示形成两个新的 DNA 分子，这一过程包括子 链中脱氧核糖核苷酸的脱氧核糖与磷酸交替连接以及子链与母链在空间结构上的螺旋化，参 与此过程的酶有 DNA 聚合酶等。(4)DNA 主要分布在细胞核中，复制的场所主要是细胞核。基 本条件有模板(原 DNA 母链)、原料(游离的脱氧核糖核苷酸)、酶(解旋酶、DNA 聚合酶等)、 能量(ATP)。(5)DNA 复制为半保留复制，确保亲子代之间遗传信息的连续性。 14．下面是 DNA 复制的有关图示，A→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 48 502 个碱基对，而子链延伸速度是 105 个碱基对/分，则此 DNA 分子复制完成 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 8 h，而实际上约 6 h 左右。根据 D→G 图分析，是因为 。 (3)A→C、D→G 均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明 DNA 分子复制是 的。 (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 。 答案 (1)复制是双向进行的 (2)从多个起始点同时进行复制 (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 子复制准确无误地完成 解析 该题要求根据图解回答 DNA 分子复制的有关问题。据图 A→C 可知，DNA 分子的复制向 两个方向同时进行，因而复制时间缩短了。据图 D→G，在一个较长的 DNA 分子中，复制起始 点很多，正是从多个起始点同时复制，所需时间才较短。 个性拓展 15．科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了 DNA 复 制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。 组别 1 组 2 组 3 组 4 组 培养液中唯一 氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl 繁殖代数 多代 多代 一代 两代 培养产物 A B B 的子 Ⅰ代 B 的子Ⅱ代 操作 提取 DNA 并离心 离心结果 仅为轻带 (14N/14N) 仅为重带 (15N/15N) 仅为中带 (15N/14N) 1/2 轻带(14N/14N) 1/2 中带(15N/14N) 请分析并回答： (1)要得到 DNA 中的 N 全部被放射性标记的大肠杆菌 B，必须经过 代培养， 且培养液中的 是唯一氮源。 (2)综合分析本实验的 DNA 离心结果，第 组结果对得到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 子的复制方式是 。 (3)分析讨论： ① 若 子 Ⅰ 代 DNA 的 离 心 结 果 为 “ 轻 ” 和 “ 重 ” 两 条 密 度 带 ， 则 “ 重 带 ”DNA 来 自 ，据此可判断 DNA 分子的复制方式不是 复制。 ②若将子Ⅰ代 DNA 双链分开后再离心，其结果 (选填“能”或“不能”)判 断 DNA 的复制方式。 ③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养，子 n 代 DNA 离心的结果是：密度带的数量和位 置 ，放射性强度发生变化的是 带。 ④若某次实验的结果中，子Ⅰ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 DNA 单链中的 N 尚有少部分为 。 答案 (1)多 15NH4Cl (2)3 1 2 半保留复制 (3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N 解析 经过一代培养后，只能是标记 DNA 分子的一条单链，所以要想对所有的 DNA 分子全部 标记，要进行多代培养；在探究 DNA 分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为 两个单链均被 15N 标记，“轻带”为两个单链均被 14N 标记，“中带”为一个单链被 14N 标记， 另一个单链被 15N 标记。