第3章 第3节 DNA通过复制传递遗传信息-【重难点手册】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化(浙科版2019 浙江专用)

重雕手细高中生物学必修2遗传与进化？化（渐江专用） 第三节 DNA通过复制传递遗传信息 更点和难点 素养要求 “科学思维”水平3：基于事实和证据分析和解释DNA复制的过 重点：①活动“探究DNA的复制过程”： 程、特点、条件。 ②DNA半保留复制的特点。 “科学探究”水平3：针对特定问题分析解释DNA复制方式的证 难点：DNA半保留复制的特点。 据与结论。 」01必备知识梳理， 重难点1探究DNA的复制过程 1.DNA复制的概念 图科学思维切 产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程。 同位素示踪技术与密度梯度 2.DNA通过半保留方式进行复制 离心技术 (1)实验者：梅塞尔森和斯塔尔。 (1)同位素示踪技术：在 (2)实验材料：大肠杆菌。 同一元素中，质子数相同、中 子数不同的原子互为同位素， (3)实验技术：同位素示踪技术和密度梯度离心技术。 如0与O,C与“C (4)实验原理：N和4N是氮元素的两种稳定同位素，这两 同位素的物理性质可能 种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含N的DNA 有差异，但组成的化合物化学 密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同氮元 性质相同。用物理性质特殊 素的DNA。 的同位素来示踪化学反应中 (5)实验假设：DNA以半保留的方式复制。 原子的去向，就是同位素示 假说内容：DNA复制时碱基对之间的氢键断裂，两条链解开 踪法。 并彼此分离。每条链都可以作为模板，按照碱基互补配对原则在 同位素示踪可用于示踪 其上形成一条新的互补链。结果得到两个完全相同的DNA分子。 物质的运行和变化规律。通 (6)实验过程： 过追踪同位素标记的化合物， 可以弄清楚化学反应的详细 文按步素 须耐结果实验结朱及区示 闲解分新 过程。 ①闭同位素N 亲代DNA N-N-DNA 标记大局杆面 拉于下型 的DVA分子 生物学研究中常用的同 . DNA. 太代TNA分子 离心 第-代DNA 位素有的具有放射性，如 NN-DNA 位，中型 N- “C、买PH、S等：有的不具 代DA分子 ②将含有N的 试管中 大欺什版放在 第二代TDNA 有放射性，是稳定同位素，如 N的培齐燕中 NN DNA 位苦 一半于 圮莽 N-N-DNA 强的 5N、1"O等. 于上 比二代DNA分子 (2)密度梯度离心技术： (7)实验结果：与预期相符。 用一定的情性介质在离心管 ①立即取出，提取DNA离心→全部重带(5N5N). 内形成一系列连续或不连续 84 第三章 遗传的分子基础收组 ②增殖一代后取出，提取DNA→离心全部中带(N5N)。 的密度梯度，将需要分离的物 ③增殖两代后取出，提取DNA→离心→2轻带(4NN)、 质置于离心管介质中，通过离 心力的作用使物质分离，分 合中带(NN). 层。密度大的物质位于离心 管的下部，密度小的物质位于 (8)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。 离心管的上部。 例①细菌在5N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮 碱基皆含有5N,然后再移入“N培养基中培养，抽取其子代的 ☑命题情境 DNA进行高速离心分离，图中①一⑤为可能的结果。下列叙述 DNA复制方式的探究 中错误的是( (1)实验过程 号日号日其 大肠杆曲产全有NHC 的音茶液中牛K某干代 使DNA双链充分标记 转入含 H A.第一次分裂的子代DNA应为⑤ 的养 液中 B.第二次分裂的子代DNA应为① b C.第三次分裂的子代DNA应为③ 《面接 (繁边一 (第效两 取出) 代后取出)代后取出) D.亲代的DNA应为⑤ 拦DNA,t 进行密应门 [解析亲代DNA的两条链都含有5N,离心后应为⑤，D正 + 全重带全巾港 确。放在MN培养基中培养，子一代中DNA均含15N和1“N,离心 (2)DNA复制方式探讨 后应为②，A错误。子二代DNA中1/2为5N4N,1/2为4N1N,离 ①大肠杆菌在含NHC 心后应为①，B正确。子三代DNA中1/4为5N-4N,3/4为 的培养液中分裂一次后（子一 1N1N,离心后应为③，C正确。 代)提取DNA离心的结采可 答案A 以排除全保留复制」 ②大肠杆菌在含NHCI 易错点对不同标记的DNA在离心管中的位置把握不准 的培养液中分裂两次后（子二 ◆易错题某DNA分子(IN)含有3000个碱基，腺嘌呤占 代)提取DNA离心的结果可 35%。若该DNA分子以5N同位素标记的游离脱氧核苷 以排除弥散复制。 酸为原料复制3次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行 巴易混易错司 密度分层，得到的结果如图①所示：然后加入解旋酶再离心，得 大肠杆菌的培养时间与检测 到的结果如图②所示。下列说法正确的是( (1)注意大肠杆菌的培养 A.X层中的基因只有N标记，Y层中的 时问，使其DNA双链充分 基因只有N标记 被N标记。 B.W层中含5N标记的胞嘧啶3150个 (2)培养并收集大胸杆菌 C.W层与Z层的核苷酸数之比为1：7 提取DNA的时间间隔为大肠 D.X层中含有的氢键数是Y层的3倍 ① 杆菌增殖一代需要的时间。 (3)N没有放射性，是稳 答案B 定同位素，不能通过检测放射性 正解展示(1)DNA数目的计算。 的方法对实验结果进行分析。 85 重雕手细高中生物学必修2遗传与进化化（渐江专用） 复制3次，DNA的分子数为2=8个。含4N的DNA有 回防错档案 2个，含5N的DNA有8个，只含5N的DNA有6个。 DNA分子复制计算问题的提醒 将含有N的1个DNA (2)DNA在试管中停留的位置。 分子放在含有N的培养基 离心时密度大的DNA存在于试管底部，即5N5N,而 中培养，复制n次。 5N-4N存在于试管中部，4N4N存在于试管上部。图①X层 (1)含5N的DNA分子 中含有5NN2个，Y层中含有5NN6个，即X层中含有的 有2个，只含N的DNA分 氢键数是Y层的1/3： 子有(2一2)个，做题时看准 (3)核苷酸数的计算。 是“含”，还是“只含”。 图②表示的是上述DNA加入解旋酶后再离心所得，即 (2)子代DNA分子中，总 W层为含5N的DNA单链（脱氧核苷酸链），Z层为含4N的 链数为2X2=2+条。模板 DNA单链。W为14，Z为2，二者之比为7：1。 链始终是2条。做题时应看准 (4)某种碱基含量的计算。 是“TDNA分子数”，还是“链数”。 W层均为含5N的脱氧核苷酸单链，有14条，则有C 21-35%×2)×30×2×14=3150个. 重难点2DNA复制的过程 1.时间 DNA分子复制过程是在有丝分裂前的间期和减数第一次分 裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。无丝分裂过程中没有 染色体和纺锤丝的变化，但是也有DNA分子的复制过程。 2.场所 在自然状态下，只能在细胞内复制 真核生物：主要在细胞核内，线粒体和叶绿体内也可进行。 原核生物：主要在拟核，也可以在细胞质中（如质粒的复制）。 DNA病毒：在活的宿主细胞内。 3.过程 P命题情境 边解旋边复制，可分为三个方面。 DNA子链的合成 前导链：以3′→5的母链 「(1需要细跑提供能量 为模板链，在DNA聚合酶作 解旋 (2)需要解旋停的作用 L(3)结果解开两条螺 用下以5'·3的方向合成的 旋的双链 互补子链。 「(1)模板：解开的每一段 母链 合成 滞后链：由DNA连接酶 (2)源料：游离的四种脱 氧核苷酸 L(3酶：DNA聚合扇等 负贡把冈崎片段连接的链 (4)原则：破基互补配对 原则 这种前导链的连续复制和滞 新 包一条新链与其对应 后链的不连续复制在生物细 旋 的模板能盘绕成双娜 旋结构 胞中是普遍存在的，称为 DNA合成的半不连续复制。 86 第三章 遗传的分子基础收9 4.结果 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。复制产生 的两个DNA分子随细胞分裂分配到两个子细胞中去。 名年D小水A姑合 蛋白袍定解健的 ,NA母陆 5.意义 [DNA合 D在DNA 使遗传信息从亲代传给子代，从而保证了遗传信息的连续性。 —RNA引 例2如图为真核细胞DNA复制过程模式图，请根据图示过 污的合成 程回答下列问题： 面成TNA片 穿为网只政 DNA DA 解旋DNA聚合 在中的DNA上 架旋 图科学思维 DNA复制的起点和方向 (1)由图示得知，一个DNA分子复制出两个DNA分子，其 (1)原核细胞DNA复制 方式是 原核生物每个IDNA分子只 (2)DNA解旋酶能使双链DNA解开，但需要细胞提供 有一个复制起始点，双向复制。 复割起点 (3)从图中可以看出合成的两条子链的方向是 (填 “相同”或“相反”)的。 (4)真核细胞中DNA复制的场所是 兰与点双向复制 等：细胞分裂过程中，在复制完成后，两个DNA分 (2)真核细胞DNA复制 开的时期为 0 真核生物每个DNA分子 (5)DNA分子通过复制，将 从亲代传给了子代，从 有多个复制起始点（可提高 而保证了 的连续性。 DNA复制的效率)：生物体内 解析DNA复制的方式是半保留复制，其特，点是边解旋边 的DNA聚合酶只能催化 DNA从5'→3的方向合成， 复制；解旋过程需要细胞提供能量：DNA的两条脱氧核苷酸链是 所以两条链的复制方向相反。 反向平行的关系，那么以这两条链为模板合成的子链的方向也应 女制点 该是相反的；真核细胞内DNA分子复制的场所有细胞核、线粒体 和叶绿体等；复制后的DNA分子分别存在于两条染色单体中，染 色单体分开发生的时期是有丝分裂后期和减数第二次分裂后期： DNA分子复制的意义是将遗传信息从亲代传给子代，从而保证 短制方复方与复方山 一个细胞周期中每个起，点 了遗传信息的连续性。 一般只起始1次。每个复制起 答案(1)半保留复制。(2)能量(ATP)。(3)相反。 点上，可以同时朝两个相反方 (4)细胞核、线粒体和叶绿体：有丝分裂后期、减数第二次分裂后 向进行解旋，边解旋边复制。 期。（⑤）遗传信息：遗传信息。 87 重雕手细高中生物学必修2遗传与进化？父（浙江专用） 02一关键能力提孔。 关键点1DNA复制的有关计算 被同位素标记，该染色体就被标记了。 假设将1个全部被5N标记的DNA分子 (3)染色单体上的DNA只要有1条脱 (0代)转移到含4N的培养基中培养代，结果 氧核苷酸链被同位素标记，该染色单体就被 如图所示。 标记了。 亲代 "X "N 例①已知某DNA分子含有1000个碱基 1代 对，其中一条链中A:G:T:C=1:2: 2代 10 3:4,该DNA分子连续复制了3次。下列说 法中正确的是()。 代川川 A.共形成了8个DNA分子，其中有7个 2 DNA分子中的脱氧核苷酸长链完全是新合成的 1.DNA分子数 B新合成的子代DNA分子中，A：G: (1)子代DNA分子总数=2"个。 T:C=1:2:3:4 (2)含5N的DNA分子数=2个。 C.第3次复制时，需要周围环境中1600个 (3)含N的DNA分子数=2"个。 含A的脱氧核苷酸 (4)只含N的DNA分子数=0个。 D.3次复制共需周围环境中4800个含G (5)只含N的DNA分子数=(2-2)个. 的脱氧核苷酸 2.脱氧核苷酸链数 解析选项A,DNA复制形成8个DNA (1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数 分子，其中有6个DNA分子完全由新子链构 21条。 成。选项B.已知DNA分子一条链中A:G: (2)含N的脱氧核苷酸链数=2条。 T:C=1:2:3:4,则其互补链中A:G: (3)含“N的脱氧核苷酸链数=(2+1一2)条。 T:C=3:4:1:2,整个分子中A:G:T: 3.消耗的脱氧核苷酸数 C=(1+3):(2+4):(3十1)：(4+2)=2： 设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸 3:2:3。选项C,每个DNA分子中含A= m个，则： 2 (1)经过n次复制，共需消耗游离的该脱 1000X2×2+3千2+3=400个，第3次复制 氧核苷酸m·(2"一1)个。 共产生8个DNA分子，由于是半保留复制，所 (2)在第n次复制时，需消耗游离的该脱 以共需合A的航氧核苷酸=8×号×400= 氧核苷酸m·21个。 1600个。选项D,每个DNA分子中含G= ®果 3 (1)DNA分子的2条脱氧核苷酸链中，只 1000X2×2+3十2+3=600个，3次复制后， 要有1条链被标记，该DNA分子即被标记。 共需含G的脱氧核苷酸=(2一1)×600= (2)染色体复制后，1条染色体包括2条 4200个。 染色单体，若只有1条染色单体上的DNA 答案C 88 第三章遗传的分子基础么出9 03常考考向聚焦。 考向点1DNA的复制过程 解析DNA的复制方式为半保留复制。 例①(2022·浙江6月选考)用同位素示 由题意可知，大肠杆菌拟核DNA第1次复制 踪法检测小鼠杂交瘤细胞是否处于细胞周期 后产生的子代DNA的两条链一条被3H标记， 的S期，放射性同位素最适合标记在( 另一条未被标记；大肠杆菌拟核DNA第2次 A.胞嘧啶 B.胸腺嘧啶 复制时，以两条链中一条被H标记、一条未被 C.腺嘌呤 D.鸟嘌昤 标记的DNA单链为模板进行复制。结合题干 题源探索教材P66:图311，DNA复制过程。 显色情况可知，DNA双链区段①为浅色；DNA 解析]DNA,RNA特有的含氨碱基分别 双链区段②中两条链均含有3H,为深色；DNA 是胸腺嘧啶和尿密啶，细胞周期的S期进行 双链区段③中一条链含有H,一条链不含3H, DNA的复制，放射性同位素标记在胸腺密啶 为浅色，B符合题意。 上可检测小鼠杂交瘤细胞是否处于细胞周期 答案B 的S期，B正确。 考向点3复制过程中碱基含量的计算 答案B 例图(2021·浙江6月选考)含有100个 考向点2DNA半保留复制的观察 碱基对的一个DNA分子片段，其中一条链的 例②(2024·浙江1月选考)大肠杆菌在 A十T占40%，它的互补链中G与T分别占 含有3H-脱氧核苷培养液中培养，3H-脱氧核苷 22%和18%，如果连续复制2次，则需游离的 掺人到新合成的DNA链中，经特殊方法显色， 胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为( ）。 可观察到双链都掺入H脱氧核苷的DNA区 A.240个 B.180个 段显深色，仅单链掺人的显浅色，未掺人的不 C.114个 D.90个 显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核DNA第2 盟源探索教材P68:思考与练习一，选择题 次复制时，局部示意图如图。DNA双链区段 第2题。 ①、②、③对应的显色情况可能是( 解析根据DNA分子中碱基含量A=T、 C=G可知，一条链的A十T和其互补链的A 十T以及整个DNA分子中的A十T的比例是 相等的，所以整个DNA分子中G十C=60%,C A.深色、浅色、浅色 占30%：一个DNA分子复制2次，形成4个 B.浅色、深色、浅色 DNA分子，除去亲代DNA,需要提供3个 C.浅色、浅色、深色 DNA分子的原料。综上可知，连续复制2次 D.深色、浅色、深色 需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸100X2X 题源深家教材P67:DNA半保留复制的 30%×3=180(个). 观察。 答案B 89