第18讲 DNA的结构、复制与基因的本质

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解析:本活动中使用了14N和15N,即采用了同位素示踪技术,3个离心管中的 条带是经密度梯度离心产生的;a管中只有重带,即15N/15N-DNA,表明该管 中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的;b管中只有中带,即DNA都 是15N/14N-DNA;c管中具有1/2中带(15N/14N-DNA),1/2轻带(14N/14NDNA),综合a、b、c三支管可推测,a管中为亲代DNA:15N/15N-DNA,b管 中为在含14N的培养基上复制一代后的子代DNA:15N/14N-DNA,c管中为 在 含 14N 的 培 养 基 上 复 制 两 代 后 的 子 代 DNA:1/215N/14N-DNA 、 1/214N/14N-DNA,据实验结果可说明DNA分子的复制是半保留复制。
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解析:DNA分子中共有10 000个碱基,其中胞嘧啶 3 000个,DNA第三次复制 需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23-1)×3 000-(22-1)×3 000=1.2×104(个)。
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4.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中,错误的是( D ) 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,总共需要2n(m-A)个
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解析:DNA的复制方式是半保留复制,亲代DNA为15N/15N,在含14N的培养 基中培养,子一代的DNA应全为14N/15N,即图②;子二代DNA中1/2为 14N/15N、1/2为14N/14N,即图①;子三代DNA中1/4为14N/15N、3/4为 14N/14N,即图③;亲代的DNA应为15N/15N,即图⑤。
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题型二 DNA复制的相关计算 3.(2019·河北衡水中学四调)一个双链均被 标记的DNA由5000个碱基对组成, 其中腺嘌呤占20%,将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是 ( B) A.DNA复制是一个边解旋边复制的过程 B.第三次复制需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7 D.子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
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3.特点 (1)复制方式为 半保留复制 。 (2)边解旋边复制。 4.DNA分子精确复制的原因 (1)DNA分子独特的 双螺旋 结构提供精确的模板。 (2) 碱基互补配对原则 保证复制精确进行。 5.意义 使 遗传信息 从亲代传给子代,保持了遗传信息的 连续性 。
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解析:多起点双向复制能加快复制速度,保证DNA复制在短时间内完成;DNA 的复制方式是半保留复制,每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代;复制过 程中氢键的破坏和形成不需要DNA聚合酶的催化,DNA聚合酶用于催化磷 酸二酯键的形成;由于碱基互补配对原则的存在,DNA分子才得以准确复制。
核苷酸数减去(n-1)次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目,即(m-A)(2n-1)-
(
m
-
A
)
(2n-1-1)=[2n-1(m-A)]个。
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题后提升
准确把握DNA复制的相关计算问题 (1)复制次数:“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别:前者包括所有的复 制,后者只包括最后一次复制。 (2)碱基数目:碱基的数目单位是“对”还是“个”。 (3)复制模板:在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链 的DNA分子都只有两个。 (4)关键词语:看清是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关 键词。
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研析教材
考点二 DNA分子的复制
内化基本概念
1.DNA分子复制的概念和时间 (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前的间期 。
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2.复制过程图解
能量 解旋
两条螺旋的双链
脱氧核苷酸 DNA聚合酶
双螺旋结构
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课堂பைடு நூலகம்结
[构建知识网络]
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[强化思维表达]
1.DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 2.DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。 3.DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则,通过氢键连接。 4.DNA分子中脱氧核苷酸碱基的排列顺序代表了遗传信息。 5.DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。 6.DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶的参与。 7.基因是具有遗传效应的DNA片段。 8.染色体是基因的主要载体,线粒体、叶绿体中也存在基因。
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解析:DNA分子的两条链是反向平行的,从图中可以看出,在复制的过程中,子 链的形成是由片段连接而成的。
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2.(2019·河北衡水金卷)真核细胞中DNA复制如图所示。下列表述错误的是 ( C)
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成 B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代 C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化 D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
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(1)子代DNA分子数为 2n 个。 ①含有亲代链的DNA分子数为 2 个。 ②只含亲代链的DNA分子数为 0 个。 ③不含亲代链的DNA分子数为 (2n-2) 个。 ④含子代链的DNA分子数有 2n 个。 (2)子代脱氧核苷酸链数为 2n+1 条。 ①亲代脱氧核苷酸链数为 2 条。 ②新合成的脱氧核苷酸链数为 (2n+1-2) 条。 (3)若模板DNA中含有m个碱基,其中A有a个,则: ①连续复制n次需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为(m/2-a)×(2n-1) 个。 ②第n次复制需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为 (m/2-a)×2n-1 个。
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题型三 DNA半保留复制的实验分析 5.(2019·河北衡水金卷)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮 碱基均含有 ,然后再将其移入含14N的培养基中培养,提取亲代及子代的DNA 并离心,如图①～⑤为可能的结果,下列叙述错误的是( C ) 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
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(4)所有的细胞中都要进行核DNA分子的复制。( × ) 提示:哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核DNA分 子复制;不分裂的细胞不存在DNA分子复制。 (5)复制后的两个子DNA分子将在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分 裂时,随两染色单体分离而分开,分别进入两个子细胞中。( √ )
《DNA分子的复制》背诵内容（5分钟）
1.时间: 有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期 。 2.特点:(1)复制方式为 半保留复制 。(2)边解旋边复制。 3.复制过程:需要模版（母链）、原料（游离的4中脱氧核苷酸）、能量 （ATP）、酶（解旋酶、DNA聚合酶） 4.精确复制的原因：(1)DNA分子独特的 双螺旋 结构提供精确 的模板。(2) 碱基互补配对原则 保证复制精确进行。
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下节预告
《导与练》121-123页考点一： 遗传信息的转录和翻译
完成研析教材、思考探究、题型突破
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6.(2018·浙江卷)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如 图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl,a、b、c表示离 心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述 错误的是(B )
A.本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术 B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的 C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N/14N-DNA D.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制的
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[纠误诊断] (1)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。 ( ×) 提示:新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。 (2)DNA双螺旋结构全部解旋后,开始DNA的复制。( × ) 提示:DNA复制时边解旋边复制。 (3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。( × ) 提示:在DNA聚合酶的作用下,单个脱氧核苷酸连接到DNA单链片段上形成子 链。
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题型突破
提升核心素养
题型一 考查DNA复制的过程和特点
1.(2019·河北衡水中学五调)正常情况下,DNA分子在复制时,DNA单链结合蛋白能 与解旋后的DNA单链结合,使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是大肠杆菌DNA 复制过程的示意图,下列有关分析错误的是( B )
A.在真核细胞中,DNA复制可发生在细胞分裂的间期 B.DNA复制时,两条子链复制的方向是相反的,且都是连续形成的 C.如图所示过程可发生在大肠杆菌的拟核中,酶①和酶②都是在核糖体上合成的 D.DNA单链结合蛋白能防止解旋的DNA单链重新配对
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思考探究
培养科学思维
1.分析各类生物体中DNA分子复制的场所
(1)真核生物:细胞核(主要场所)、叶绿体、线粒体
。
(2)原核生物: 拟核 、细胞质(如质粒中DNA的复制)。
(3)DNA病毒: 宿主细胞内
。
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2.探究DNA分子复制过程中相关计算的规律 DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下:
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解析:该DNA分子含胞嘧啶数目为(2m-2A)/2=(m-A)个;第二次复制时是
以两个DNA分子为模板复制出4个DNA分子的过程,所以需要胞嘧啶脱氧核
苷酸数目为2(m-A)个;DNA复制n次需胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(m-A)(2n-
1)个;第n次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目是n次复制所需的胞嘧啶脱氧