第3节DNA的复制

学习导读

学习准备

1.概念：以________为模板合成________的过程。

2.时间：有丝分裂和减数第一次分裂的________。

3.条件：①模板 ——________________________。

②原料 ——________________________。

③酶 ——________________________。

④能量 ——________________________。

4.过程：①解旋：解旋酶打破________，两条母链逐渐分离；

②合成子链：以________为模板，按照碱基互补配对原则各自合成互补的子链；

③形成子代DNA：子链与相对应的________结合并螺旋化，构成子代DNA分子。

5.特点：①边解旋边复制（能提高复制速度）；

②半保留复制（双链中一条是模板链，也叫母链，一条是新合成的子链）。

6.意义：通过复制传递遗传信息，使亲子代保持一定________。

破疑解难

1.DNA的复制。

（1）概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

（2）时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂间期。

（3）场所：主要在细胞核中，其次是在线粒体、叶绿体、原核生物的拟核和质粒。

（4）条件：模板、原料、能量、酶、一定的温度和适宜的pH值等。

（5）复制的“精确性”：DNA的双螺旋结构和碱基互补配对原则。

（6）过程：解旋→合成→延伸和盘旋。

（7）特点：边解旋边复制，半保留复制。

（8）意义：使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持遗传信息的连续性。

2.有关DNA复制的计算。

（1）一个DNA分子复制n次后得到2n个子代DNA。

（2）其中有2个DNA分子各含一条母链（即有2个DNA分子的两条链是混合链）。

（3）0个DNA分子的两条链都是母链。

（4）若一个DNA分子中有X个某种脱氧核苷酸，则完成n次复制需准备游离的该种脱氧核苷酸原料是（2n-1）X。

例题精讲

例1：Brdu是一种嘧啶类似物，能替代胸腺嘧啶与腺嘌呤配对，掺入到新合成的DNA链中。将植物的根尖分生组织放在含有Brdu的培养基中培养，待细胞培养两个分裂周期后，取出根尖，染色后观察一条染色体的两个姐妹染色单体，发现一个染色单体中的DNA分子的两条脱氧核苷酸中，只有一条链含有Brdu。

预测：另一个染色单体的DNA分子中有________条链含有Brdu，该实验能证明DNA分子复制的特点是________。

解析：题中根尖分生组织在含Brdu的培养基中复制两次（经历两个细胞周期）后形成4个DNA分子、8条脱氧核苷酸链，不含Brdu的链只有2条，分别在两个染色体的染色单体上。因此，如果一个染色单体上的DNA的两条链中一条含有Brdu，则另一条染色单体的两条链中都含有Brdu。

答案：2 半保留复制

例2：一个用 15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制5次后含有 15N标记的DNA分子占DNA分子总数的（）

A.1/4

B.1/8

C.1/16

D.1/32

解析：一个DNA分子复制n次后产生的DNA分子数为2n。而DNA的复制是半保留复制，其特点是：新形成的DNA双链，一条来自亲代DNA分子的母链，另一条是新形成的子链。这样最初15N标记的DNA分子复制后，其标记的两条链就分别进入两个子代DNA分子中，这样两个子代DNA分子被标记了。以后均是在没有标记的环境中复制，不论经过多少次复制，最初标记的两条链始终存在于两个DNA分子中，经n次复制后，被 15N标记的DNA分子占2/2n，即1/2n-1。

答案：C

随堂精练

一、选择题

1.下列有关DNA复制的叙述，正确的（）

A.DNA分子在解旋酶的作用下水解为脱氧核苷酸

B.在复制过程中，复制和解旋是同时进行的

C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链

D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子

2.假设某生物体细胞有四条染色体，在有丝分裂前期，细胞内的染色单体、DNA分子和脱氧核苷酸链的数目依次是（）

A.4、4、4

B.4、8、16

C.8、8、16

D.8、16、32

3.一个DNA分子复制完毕后，新形成的DNA子链（）

A.是DNA母链的片段

B.和DNA母链之一完全相同

C.和DNA母链相同，但T为U所代替

D.和DNA母链稍有不同

4.一个DNA分子中有100个碱基对，其中有腺嘌呤40个，若该DNA连续复制两次，将需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸（）

A.60个

B.120个

C.180个

D.240个

5.保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是（）

A.解旋酶促使DNA的两条互补链分离

B.游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对

C.配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链

D.模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构

二、非选择题

6.右图为DNA分子复制的图解，请据图回答有关问题。

（1）“1”所示的过程叫做________。

（2）“2”所示的过程叫做________。其中，相应两个碱基之间通过________连接成碱基对。这一过程必须遵循一定的规则，比如，母链上的碱基是胸腺嘧啶，则与此相配对的碱基一定是。

（3）“3”所示的过程叫做________。

（4）图中作为模板的母链是________链。

（5）由上述DNA复制图解可知DNA的复制方式是________。

达标测评

一、选择题

1.用同位素 32P标记某一噬菌体的双链DNA分子，让其侵入大肠杆菌繁殖，最后释放出200个后代，则后代中有 32P的噬菌体占总数的（）

A.2%

B.1%

C.0.5%

D.50%

2.某DNA分子中含有腺嘌呤200个，该DNA复制数次后，消耗了周围环境中3000个胸腺嘧啶脱氧核苷酸，则该DNA分子已经复制的次数是（）

A.3

B.4

C.5

D.6

3.若将果蝇的一个精原细胞中的一个DNA分子用 15N进行标记，正常情况下在该细胞形成的精子中，含 15N的精子数占（）

A. B. C.

D.1

4. 某DNA分子中含A的数量为M，占碱基总数的比例为a，若此DNA分子连续复制n次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为（）

A.（2n-1）M

B.M/2a-M

C.（2n-1）/2n×M/a

D.M（2n-1）（1-2a）/2a

5.一个DNA分子经n次复制后，形成的DNA分子中不含最初DNA母链的分子数为（）

A.2n-1个

B.2n-1个

C.2n-2个

D.2n-2个

6.用 15N同位素标记细菌的DNA分子，再将它们放入含 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 15N和 14N，c只含 14N。下图中这三种DNA分子的比例正确的是（）

7.在一个密闭的容器里，用含有同位素 13C的脱氧核苷酸合成一个DNA分子，然后再加入普通的含 12C的脱氧核苷酸，经n次复制后，所得DNA分子中含 12C的脱氧核苷酸链数与含 13C的脱氧核苷酸链数之比（）

A.2n/1

B.（2n-2）/n

C.（2n-2）/2

D.（2n-1）/1

8.假设含有一对同源染色体的一个精原细胞的DNA分子用 15N标记，并供给 14N的原料，该细胞进行减数分裂产生的4个精子中，含有 15N标记的DNA的精子所占比例为（）

A.0

B.25%

C.50%

D.100%

二、非选择题

9. 含有 32P和 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的磷酸的培养基中，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的磷酸的培养基中培养，经过第1、第2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到结果如右图。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、重三种DNA分子的位置，请回答：

（1）G0、G1、G2三代离心后的试管分别是图中的________、________、________。

（2）G2代在①、②、③三条带中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________、________。

（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。

10. 从DNA分子复制过程可以看出DNA分子的________结构能够为复制DNA提供________；通过________保证了复制的准确无误，在生物体细胞中DNA复制需要的条件是。

拓展延伸

科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究（已知培养用的细菌大约每20min分裂一次，实验结果见相关图示）：

（1）复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外，还需要________等条件（至少答两点）。

（2）为了证明DNA复制的特点为半保留复制，请设计实验三（用图示和有关文字补充在上图中），并画出结果C。

（3）该过程中，实验一、实验二起________作用。

若用 15N标记的DNA作为模板，用含 14N标记的培养基培养，在右面坐标图上画出连续培养细菌60分钟过程中，15N标记DNA分子含量变化的曲线图。

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