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- 2021-09-28 发布
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第 3 节 DNA 的复制
记一记
知识图谱
判一判
1.沃森和克里克提出了 DNA 半保留复制的假说。(√)
2.可利用同位素示踪技术研究 DNA 的复制方式。(√)
3.双链均为 15N 标记的 DNA 分子,放在只含 14N 的培养液
中复制 2 次后,1/2 的 DNA 含 14N。(×)
4.DNA 复制都在细胞核中进行。(×)
5.复制过程需要解旋酶和 DNA 聚合酶等的参与。(√)
6.解旋酶和 DNA 聚合酶的作用部位均为氢键。(×)
7.DNA 的复制需要消耗能量(ATP)。(√)
8.四分体时期的 1 条染色体中含有 2 个双链的 DNA 分子。(√)
悟一悟
1.有关 DNA 复制的三点提醒
(1)亲代 DNA 分子的两条链都可作为模板,以脱氧核苷酸为原
料,在 DNA 聚合酶的催化下合成新的子链。
(2)解旋与复制同时进行,并非双螺旋全部解开后复制。
(3)一般情况下,DNA 分子可准确复制,但也可能发生差错,
如发生基因突变。
2.连续复制 n 次与第 n 次复制的区别
(1)连续复制 n 次指由第 1 次一直复制到第 n 次,是一个连续
过程,所得子代 DNA 分子数为 2n 个。
(2)第 n 次复制指一次复制,是由连续复制(n-1)次到连续复制
n 次的过程,所得 DNA 分子数为(2n-2n-1)=2n-1 个。
感悟体会:
练一练
1.[2019·山东学业水平测试]某双链 DNA 分子(第一代)在适宜
条件下经过 2 次复制得到的第三代 DNA 分子中,含有第一代脱氧
核苷酸的 DNA 分子有( )
A.1 个 B.2 个
C.4 个 D.8 个
答案:B
2.[2019·广东学业水平测试]下列关于 DNA 分子复制的叙述,
不正确的是( )
A.只发生在有丝分裂间期
B.两条链均为模板
C.需要解旋酶和 DNA 聚合酶
D.方式是半保留复制
解析:DNA 分子的复制发生在细胞分裂间期,包括有丝分裂
间期和减数第一次分裂间期,故 A 项错误。
答案:A
3.基因是有遗传效应的 DNA 片段,下列关于 DNA 复制的说
法,正确的是( )
A.DNA 复制后基因数量加倍
B.DNA 复制只发生在真核细胞中
C.DNA 全部解旋后再开始复制
D.DNA 复制导致染色体数目加倍
解析:DNA 复制后基因数量加倍,A 项正确;DNA 复制在真
核细胞和原核细胞中均可发生,B 项错误;DNA 复制是边解旋边
复制,C 项错误;DNA 复制导致 DNA 数目加倍,着丝点分裂可
导致染色体数目加倍,D 项错误。
答案:A
4.下列有关探究 DNA 复制过程的说法不正确的是( )
A.实验利用了同位素示踪法
B.细胞有丝分裂一次意味着 DNA 复制一次
C.密度梯度离心后,DNA 在试管中的位置与相对分子质量
无关
D.实验结果说明了 DNA 具有半保留复制的特点
解析:探究 DNA 复制的实验利用 15N 标记亲代细胞的 DNA,
在含 14N 的培养液中连续分裂两次(在每次分裂的间期 DNA 都复
制一次),分别取分裂一次和分裂两次的细胞 DNA,进行密度梯度
离心,DNA 在试管中的位置取决于 DNA 分子所含同位素的情况,
即相对分子质量的大小。实验结果说明了 DNA 具有半保留复制的
特点。
答案:C
知识点一 对 DNA 分子复制的推测——半保留复制假说
1.细菌在含 15N 标记的 NH4Cl 培养基中繁殖数代后,细菌 DNA
双链被 15N 充分标记,然后再移入含 14N 的普通培养基中培养,不
同时刻收集细菌并提取 DNA,再将提取的 DNA 进行密度梯度离
心分离,图中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:亲代 DNA 的两条链都含有 15N,离心后应为⑤,D 项
正确。放在含 14N 的培养基中培养,子一代中 DNA 均含 15N 和 14N,
离心后应为②,A 项错误。子二代 DNA 中 1/2 为 15N、14N,1/2 为
14N、14N,离心后应为①,B 项正确。子三代 DNA 中 1/4 为 15N、
14N,3/4 为 14N、14N,离心后应为③,C 项正确。
答案:A
2.用 15N 同位素标记细菌的 DNA 分子,再将其放入含 14N
的培养基中连续繁殖四代,a、b、c 为三种 DNA 分子:a 只含 15N,
b 同时含 14N 和 15N,c 只含 14N,如图(纵坐标为 DNA 分子个数),
这三种 DNA 分子的比例正确的是( )
解析:一个双链 DNA 分子,复制 n 次,形成的子代 DNA 分
子数为 2n 个。根据 DNA 分子半保留复制特点,不管亲代 DNA 分
子复制几次,子代 DNA 分子中含有亲代 DNA 单链的 DNA 分子
数都只有两个,占子代 DNA 总数的 2/2n。用 15N 同位素标记细菌
的 DNA 分子,再将其放入含 14N 的培养基中连续繁殖四代,共形
成 24=16(个)DNA 分子。DNA 复制方式为半保留复制,所以在子
代的 16 个 DNA 分子中,只含 15N 的 DNA 分子为 0,同时含 15N
和 14N的 DNA分子为2个,只含 14N的DNA分子为 16-2=14(个)。
答案:A
知识点二 半保留复制的实验证据
3.将一个用 15N 标记的 DNA 放到含 14N 的环境中培养,让
其连续复制 3 次,将每次复制产物置于试管内进行离心,图中分
别代表复制 1 次、2 次、3 次后的分层结果的是( )
A.c、e、f B.a、e、d
C.a、b、d D.c、d、f
解析:DNA 分子的复制特点是半保留复制,一个用 15N 标记
的 DNA 在含 14N 的环境中培养,复制 1 次后,每个 DNA 分子的
一条链含 15N,一条链含 14N,离心后全部位于中密度带,对应图
中的 c;复制 2 次后,产生 4 个 DNA 分子,其中含 15N、14N 的
DNA 分子有 2 个,只含 14N 的 DNA 分子有 2 个,离心后一半位
于中密度带,一半位于低密度带,对应图中的 e;复制 3 次后,产
生 8 个 DNA 分子,其中含 15N、14N 的 DNA 分子有 2 个,只含 14N
的 DNA 分子有 6 个,离心后少部分位于中密度带,大部分位于低
密度带,对应图中的 f。
答案:A
4.在 DNA 复制开始时,将大肠杆菌放在含低剂量 3H 标记的
脱氧胸苷(3H-dT)的培养基中,3H-dT 可掺入正在复制的 DNA
分子中,使其带有放射性标记。几分钟后,将大肠杆菌转移到含
高剂量 3H-dT 的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞,抽取
其中的 DNA 进行放射性自显影检测,结果如图所示。据图可以作
出的推测是( )
A.复制起始区在高放射性区域
B.DNA 复制为半保留复制
C.DNA 复制从起始点向两个方向延伸
D.DNA 复制的方向为 a→c
解析:根据放射性自显影结果可知,中间低放射性区域是复
制开始时在含低剂量 3H 标记的脱氧胸苷(3H-dT)的培养基中进行
复制的结果,A 项错误;两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到
含高剂量 3H-dT 的培养基中进行复制的结果,因此可判断 DNA
复制从起始点(中间)向两个方向延伸,C 项正确、D 项错误;该实
验不能证明 DNA 复制为半保留复制,B 项错误。
答案:C
基础达标
一、选择题(每小题 5 分,共 60 分)
1.下列有关 DNA 复制过程的叙述中,正确的顺序是( )
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间氢键形成
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
解析:DNA 复制过程包括解旋、复制、复旋,在解旋酶作用
下,DNA 分子解旋,解旋酶作用于 DNA 两条链间的氢键,然后
分别以解旋后的两条母链为模板,遵循碱基互补配对原则合成新
的 DNA 子链。子链与母链盘旋成双螺旋结构。
答案:D
2.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—
解析:DNA 复制过程遵循碱基互补配对原则,以另一条母链
为模板形成的对应子链的碱基排列顺序与已知的母链是相同的。
答案:B
3.关于如图所示 DNA 分子的说法,正确的是( )
A.解旋酶可作用于①部位,DNA 聚合酶作用于③部位
B.该 DNA 的特异性表现在碱基种类和(A+T)/(G+C)的比例
上
C.若该 DNA 中 A 为 p 个,占全部碱基 n/m(m>2n),则 C 的
个数为 pm/2n-p
D.把此 DNA 放在含 15N 的培养液中复制 2 代,子代中含 15N
的 DNA 占 3/4
解析:①为磷酸二酯键,③为氢键,解旋酶作用于③部位,
DNA 聚合酶作用于①部位,故 A 项错误;所有 DNA 中碱基种类
一般均相同,无特异性,故 B 项错误;根据碱基互补配对原则,
A=T、G=C,全部碱基个数为 p/(n/m)=pm/n,C 的个数为(全部
碱基个数-2p)/2,化简得 pm/2n-p,故 C 项正确;DNA 是半保
留复制,图中 DNA 一条链被 15N 标记,复制一次后,有一个 DNA
分子两条链全部含 15N,另一个 DNA 分子一条链含 14N,另一条
链含 15N,第二次复制以后,子代中含 15N 的 DNA 占 100%,故 D
项错误。
答案:C
4.一个双链 DNA,在复制过程中解旋时,由于某种原因,
一条链上的一个“A”变成了“T”,则该 DNA 经 n 次复制后,
发生差错的 DNA 占 DNA 总数的( )
A.1
2 B.1
n
C. 1
2n D. 1
4n
解析:一个双链 DNA,在复制过程中解旋时,一条链(a)上的
一个“A”变成了“T”,另一条链(b)是正常的,所以不论复制多
少次,子代 DNA 中,凡最初模板为 a 链的,都是发生差错的 DNA,
凡最初模板为 b 链的,都是正常 DNA。因此该 DNA 经 n 次复制
后,发生差错的 DNA 占总数的1
2
。
答案:A
5.下图为真核生物染色体上 DNA 分子复制过程示意图,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
解析:从图中能看出有多个复制起点,但并不是同时开始,
所以 A 项错误。图中 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。
真核生物的这种多起点、双向复制的方式提高了复制速率。
答案:A
6.一个用 15N 标记的 DNA 分子含 100 个碱基对,其中腺嘌
呤 40 个,在不含 15N 的培养基中经过 n 次复制后,不含 15N 的 DNA
分子总数与含 15N 的 DNA 分子总数之比为 7:1,复制过程共需游
离的胞嘧啶为 m 个,则 n、m 分别是( )
A.3、900 B.3、420
C.4、420 D.4、900
解析:一个用 15N 标记的 DNA 分子中 A+T+C+G=200 个,
A=T=40 个,解得 C=G=60 个;依据 DNA 分子的半保留复制
方式,在不含 15N 的培养基中经过 n 次复制后,子代 DNA 分子的
总数为 2n,其中不含 15N 的 DNA 分子总数为 2n-2,含 15N 的 DNA
分子总数为 2,则(2n-2) 2=7 1,解得 n=4,复制过程共需游
离的胞嘧啶为 m=(24-1)×60=900(个)。综上所述,A、B、C 三
项均错误,D 项正确。
答案:D
7.在体外进行 DNA 复制的实验时,可向试管中加入有关的
酶、四种脱氧核苷酸和 ATP,37 ℃下保温。下列叙述中正确的是
( )
A.能生成 DNA,DNA 的碱基比例与四种脱氧核苷酸的比例
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
解析:DNA 复制的四个基本条件是模板、酶、ATP、原料。
没有加入模板 DNA,所以无 DNA 生成。
答案:B
8.如图表示 DNA 复制的过程,结合图示分析下列有关叙述
错误的是( )
A.DNA 复制过程中首先需要解旋酶破坏 DNA 双链之间的氢
键,使两条链解开
B.DNA 分子的复制具有双向复制的特点
C.从图示可知,DNA 分子具有多起点复制的特点,缩短了
复制所需的时间
D.DNA 分子的复制需要 DNA 聚合酶催化合成子链
解析:DNA 具有多起点复制的特点,但图中只有一个复制起
点,从图中无法获得有关 DNA 分子多起点复制的信息,C 项错误。
答案:C
9.一个由 15N 标记的 DNA 分子,放在只含 14N 标记的适宜
环境中扩增,复制 3 次后含 15N 标记的 DNA 分子与只含 14N 标记
的 DNA 分子总数之比为( )
A.1/3 B.1/4
C.1/7 D.1/8
解析:因为 DNA 分子的复制是半保留复制,所以模板链永远
只能进入两个 DNA 分子中,子代 DNA 总数是 23=8 条,含有 15N
的 2 条,只含有 14N 的 6 条,所以比值是 2/6=1/3,A 项正确,B、
C、D 三项错误。
答案:A
10.假定某大肠杆菌含 14N 的 DNA 的相对分子质量为 a,若
将其长期培养在含 15N 的培养基中,便得到含 15N 的 DNA,相对
分子质量为 b。现将含 15N 的 DNA 的大肠杆菌再培养在含 14N 的
培养基中,那么,子二代 DNA 的平均相对分子质量为( )
A.(a+b)/2 B.(3a+b)/4
C.(2a+3b)/2 D.(a+3b)/4
解析:亲代 DNA 是两条链都含 15N 的 DNA 分子,在 14N 的
培养基上繁殖两代产生 4 个子代 DNA 分子,其中完全含 14N 的有
两个,相对分子质量为 2a。另两个 DNA 分子两条链都是一条链
含 15N,另一条链含 14N,即相对分子质量为(a+b)。则 4 个子代
DNA 相对分子质量为:(a+b)+2a=3a+b,平均相对分子质量为:
(3a+b)/4。
答案:B
11.如图为真核细胞 DNA 复制过程的模式图,据图分析,下
列相关叙述,错误的是( )
A.由图示可知,DNA 分子复制的方式是半保留复制
B.解旋酶能使双链 DNA 解开,且需要消耗 ATP
C.从图中可以看出,合成两条子链的方向是相反的
D.DNA 在复制过程中先全部解旋,后半保留复制
解析:DNA 分子的复制是一个边解旋边复制的过程。
答案:D
12.艾弗里的肺炎双球菌转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体
侵染实验,都能证明 DNA 是遗传物质,这两个实验的研究方法可
能有①设法让 DNA 与蛋白质分开,研究各自的效应;②同位素标
记法。下列有关叙述正确的是( )
A.两者都运用了①和②
B.前者运用了①,后者运用了②
C.前者只运用了②,后者运用了①和②
D.前者只运用了①,后者运用了①和②
解析:艾弗里的肺炎双球菌转化实验是设法把 DNA 与蛋白质
分开,研究各自的效应。而赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染实验也是
把 DNA 与蛋白质分开,研究各自的效应,并且运用了同位素标记
法。
答案:D
二、非选择题(每小题 20 分,共 40 分)
13.如图为 DNA 分子的复制图解,请据图回答:
(1)该过程主要发生在细胞的________(部分)。正常进行所需的
条件是____________________等。
(2)图中 A′链与________链相同,B′链与________链相同,
因此该过程形成的两个 DNA 分子完全相同,每个子代 DNA 分子
中均保留了其亲代 DNA 分子的一条单链,这种复制方式称为
________。
(3)假如经过科学家的测定,A 链上的一段(M)中的 A:T:C:G 为
2:1:1:3,能不能说明该科学家的测定是错误的?________,原因是
__________。
(4)如果以 A 链的 M 为模板,复制出的 A′链碱基比例应该是
____________。
(5)15N 标记的 DNA 分子,放在没有标记的培养基上培养,复
制三次后,标记的链占全部 DNA 单链的________。
解析:(1)DNA 分子复制的主要场所是细胞核,在线粒体、叶
绿体中也存在着 DNA 分子的复制,正常进行 DNA 分子复制所需
要的条件是模板、酶、原料、能量等。(2)DNA 分子的复制为半保
留复制,在合成子链时遵循碱基互补配对原则,新合成的子链与
另一条母链相同。(3)在双链 DNA 分子中,A=T,G=C,但在单
链 DNA 分子中 A 与 T,G 与 C 不一定相等。(4)在以 A 链的 M 为
模板合成的 A′链中碱基比例为 A:T:C:G=1:2:3:1。(5)不论复制几
次后,含 15N 的 DNA 分子和 DNA 单链都是 2,经复制三次后 DNA
分子数为 8,DNA 单链总数为 16,因此标记的链占全部 DNA 单
链的 1/8。
答案:(1)细胞核 酶、能量、模板、原料
(2)B A 半保留复制
(3)不能 在单链中不一定是 A=T,G=C
(4)A:T:C:G=1:2:3:1 (5)1/8
能力达标
14.如图为真核生物 DNA 的结构(图甲)及发生的生理过程(图
乙),请据图回答下列问题:
(1)图甲为 DNA 的结构示意图,其基本骨架由____________
和________(填序号)交替排列构成,④为____________。
(2)图乙为________过程,发生的场所主要是________,发生
的时期为________________________。从图示可看出,该过程是
从________起点开始复制的,从而提高复制速率;图中所示的酶
为________酶,作用于图甲中的________(填序号)。
(3)5—BrU(5—溴尿嘧啶)既可以与 A 配对,又可以与 C 配对。
将一个正常的具有分裂能力的细胞,接种到含有 A、G、C、T、5
-BrU 五种核苷酸的适宜培养基上,至少需要经过________次复
制后,才能实现细胞中某 DNA 分子某位点上碱基对从 T—A 到
C—G 的替换。
解析:(1)在 DNA 的结构中,磷酸和脱氧核糖交替排列构成
DNA 的基本骨架,①为磷酸,②为脱氧核糖,③为胞嘧啶,三者
构成胞嘧啶脱氧核苷酸。(2)图乙为 DNA 的复制过程,主要在细胞
核中进行,在线粒体和叶绿体中也存在该过程,其主要发生在有
丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期;从图中可以看出,DNA
复制是边解旋边复制的,且从多个起点开始,这种复制方式提高
了复制的速率;图中的酶为解旋酶,作用于氢键,即图甲中的⑨。
(3)用 B 表示 5-溴尿嘧啶,过程如下:
答案:(1)① ② 胞嘧啶脱氧核苷酸
(2)DNA 复制 细胞核 有丝分裂间期和减数第一次分裂前
的间期 多个 解旋 ⑨
(3)3