2.2.2 DNA分子的复制 （课件）-【步步高】2023-2024学年高一生物学必修2 遗传与进化（苏教版2019）

第2课时 DNA分子的复制 第二章　第二节　DNA分子的结构和复制 学习目标 1.了解DNA分子半保留复制的实验证据。 2.阐明DNA分子复制的条件、过程和特点。 一、DNA分子半保留复制的实验证据 内容索引 课时对点练 二、DNA分子复制的过程 一 DNA分子半保留复制的实验证据 4 教材梳理 1.对DNA复制方式的推测 全保留复制模型、分散复制模型和　　　　　　　　。 半保留复制模型 2.证明半保留复制的实验 大肠杆菌 同位素标记 DNA 15N 14N 15N 半保留复制 (1)沃森和克里克证明DNA分子复制方式是半保留复制(　　) (2)证明DNA半保留复制的实验运用了同位素标记技术(　　) × √ 判断正误 9 任务一：DNA半保留复制的实验过程与分析 1.在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N－DNA(相对分子质量为a)和15N－DNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌(被15N标记)转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示。 核心探讨 (1)Ⅰ中细菌DNA分子的两条链是怎样的？Ⅰ的结果可以排除哪一种复制模型？ 提示　Ⅰ中细菌DNA分子的一条链含有14N，另一条链含有15N；可以排除全保留复制模型。 (2)Ⅱ的结果可以排除哪一种复制模型？Ⅱ中细菌DNA分子的平均相对分子质量是多少？ 提示　可以排除分散复制模型；Ⅱ中细菌DNA分子的平均相对分子质量 为 。 2.可以用P、C等元素标记进行DNA分子半保留复制的实验吗？ 提示　可以。 1.细菌在含15NH4Cl的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再移入含14NH4Cl的培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图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 典题应用 √ 亲代DNA为15N/15N，移入含14NH4Cl的培养基中培养，经第一次复制所形成的子代DNA均为15N/14N，应如图②所示。 2.某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的实验，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连续复制两次，离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是 A.本实验运用了同位素标记技术和离心技术 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.c管中大肠杆菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的 √ 由题图可知，a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误。 二 DNA分子复制的过程 18 教材梳理 1.DNA分子半保留复制过程 间期 细胞核 原料 解旋酶 解开的每一条母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 A— T、T—A、G—C、C—G 5′端→3′端 半保留复制 边解旋边复制 遗传信息 2.DNA精确复制的原因 (1)　　　　　　为复制提供了模板。 (2)　　　　　　　原则保证了复制的精确进行。 双螺旋结构 碱基互补配对 拓展延伸 真核生物DNA复制的起点和方向 多起点不同时双向复制 在复制速率相同的前提下，图中DNA是从其最右边开始复制的。 (1)DNA复制时新合成的两条链碱基排列顺序相同(　　) (2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制(　　) (3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(　　) (4)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中(　　) (5)解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均为氢键(　　) × × × × × 判断正误 23 核心探讨 任务二：DNA分子复制的过程分析 1.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题： (1)据图可知，DNA聚合酶使两条子链从5′端到3′端，还是从3′端到5′端进行合成？ 提示　从5′端到3′端进行合成。 (2)合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？ 提示　碱基排列顺序互补。 (3)所有的真核细胞都存在核DNA复制吗？并说明理由。 提示　不一定；如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核而不能进行核DNA复制；不分裂的细胞不存在核DNA复制。 2.这个小机器是“DNA复印机”，也叫作PCR仪，在体外完成DNA复制，使DNA片段在数量上呈指数增加，可以在短时间内获得大量的特定基因片段。“DNA复印机”完成DNA复制需要加入哪些物质？ 提示　模板DNA、引物、4种脱氧核苷酸、DNA聚合酶等。 任务三：DNA复制的相关计算 假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代，结果如下： 从图中可以得到如下规律： (1)DNA分子数 ①子n代DNA分子总数为2n个。 ②含15N的DNA分子数为　　个。 ③含14N的DNA分子数为2n个。 ④只含15N的DNA分子数为　　个。 ⑤只含14N的DNA分子数为(2n－2)个。 2 0 (2)脱氧核苷酸链数 ①子代DNA中脱氧核苷酸链数＝ 条。 ②亲代脱氧核苷酸链数＝ 条。 ③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。 (3)消耗的脱氧核苷酸数 ①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过 n次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。 ②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，在第 n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸数为 个。 2n＋1 2 m·(2n－1) m·2n－1 核心归纳 不同生物的DNA分子复制的场所 典题应用 3.(多选)如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析错误的是 A.酶①和酶②均作用于氢键 B.该过程的模板链是a、d链 C.该过程可发生在细胞分裂前间期 D.DNA复制的特点是半保留复制 √ √ 由题图可知，酶①(解旋酶)使氢键断裂，而酶② (DNA聚合酶)催化形成磷酸二酯键，A错误； DNA复制过程的模板是亲代DNA的两条链，即 a、b链，B错误； DNA复制过程发生在有丝分裂前间期或减数分 裂前间期，C正确； 由题图可知，新合成的两个DNA分子各保留亲代DNA分子的一条链，新合成一条链，即DNA复制的特点是半保留复制，D正确。 4.用15N标记了细胞中含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，在含14N的培养基中，该DNA分子连续复制5次。下列有关叙述错误的是 A.含有15N的DNA分子有2个 B.只含有14N的DNA分子占15/16 C.复制过程中共需腺嘌呤脱氧核苷酸1 280个 D.第5次复制时需腺嘌呤脱氧核苷酸640个 √ 复制5次共得到25＝32(个)DNA分子，含有15N的DNA分子有2个，只含有14N的DNA分子数为32－2＝30(个)，占15/16，A、B正确； 该DNA分子含有100个碱基对，其中有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤(200－120)/2＝40(个)，复制过程中共需腺嘌呤脱氧核苷酸40×(25－1)＝1 240(个)，C错误； 第5次复制时需腺嘌呤脱氧核苷酸40×25－1＝640(个)，D正确。 网络构建 课时对点练 三 35 题组一　DNA分子半保留复制的实验证据 1.科学家用15N标记的NH4Cl培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖两代，然后取样并提取DNA，再将提取的DNA进行密度梯度离心。离心后试管中DNA的位置是 A.全部位于下层 B.一半居中，一半位于上层 C.全部居中 D.一半居中，一半位于下层 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 DNA复制为半保留复制，用15N标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌，大肠杆菌繁殖两代后，含有母链的大肠杆菌的DNA一条链含14N，另一条链含15N，经过密度梯度离心，位于试管的中层，而其他大肠杆菌中的DNA两条链都含有15N，离心后位于试管的下层。 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 因为DNA分子的复制为半保留复制，因此亲本DNA的两条链将进入不同的子代DNA分子中，A、B不符合题意； 因为第二次复制得到的4个DNA分子中，都有一条DNA子链是在第二次复制时形成的(黑色表示)，而C项中只有两个DNA分子中含第二次复制出的子链，C不符合题意，D符合题意。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 3.将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心。下列相关说法中，不正确的是 A.细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层 B.细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA 　位于试管的上层 C.细胞经过三次分裂和离心后，3/4的DNA位于试管的中层，1/4的DNA 　位于试管的上层 D.该实验可以证明DNA的复制方式是半保留复制 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 细胞经过一次分裂和离心后，所形成的每个子代DNA分子的两条链中一条链含15N，另一条链含14N，位于试管的中层，A正确； 细胞经过三次分裂和离心后，有3/4的DNA位于试管的上层，1/4的DNA位于试管的中层，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 题组二　DNA分子复制的过程 4.下列有关DNA复制过程的叙述，正确的顺序是 ①互补碱基对之间的氢键断裂　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以解旋后的两条母链为模板进行碱基互补配对　⑤子链与母链盘绕形成双螺旋结构 A.①③④②⑤ B.③①⑤④② C.①④②⑤③ D.③①④②⑤ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 DNA复制的过程：(1)DNA分子在解旋酶的作用下解旋，互补碱基对之间的氢键断裂； (2)以解旋后的两条母链为模板，按照碱基互补配对的原则，各自合成与母链互补的一条子链，进行互补配对的碱基之间形成氢键； (3)每条子链与对应的母链盘绕形成双螺旋结构，分别形成一个新的DNA分子。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 5.(2023·常州高一期末)如图为DNA复制过程示意图，分析该图不能得出的结论是 A.该过程需要的原料是核糖核苷酸 B.①和③是DNA复制的两条模板链 C.DNA复制的过程是边解旋边复制 D.①和完成复制的④的碱基排列顺序相同 该过程是DNA复制，需要的原料是脱氧核苷酸，A符合题意。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 6.(2023·无锡高一统考)DNA复制保证了亲子代间遗传信息代代传递的连续性。下列关于DNA复制的叙述，错误的是 A.子链的延伸方向是5′端→3′端 B.复制过程需要能量的驱动 C.以半保留复制的方式进行 D.先完全解旋后再合成子链 √ DNA分子复制是边解旋边复制，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 7.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.与母链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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 DNA复制的过程：(1)解旋：需要细胞提供能量，在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开。 (2)合成子链：以解开的每一条母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。 (3)形成子代DNA分子：延伸子链，母链和相应子链盘绕成双螺旋结构。其中，游离核苷酸与母链碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 题组三　DNA分子复制的相关计算 8.(2023·淮安高一期末)某双链DNA片段含有1 000个碱基对，其中一条链上的A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，连续复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为 A.1 400 B.2 100 C.2 800 D.4 200 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 该DNA分子一条链上的A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，则双链DNA分子中A＋T＝40%，A＝T＝20%，C＝G＝30%，所以该DNA分子中A＝T＝1 000×2×20%＝400(个)，C＝G＝1 000×2×30%＝600(个)。根据DNA半保留复制特点可知，连续复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为(23－1)×400＝2 800(个)，故选C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9.(2023·徐州高一校联考)如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有碱基5000对，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是 A.复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶 B.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸 C.复制2次共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个 D.子代中含15N的DNA分子占1/2 对点训练 √ 复制时作用于③处的酶为解旋酶，而不是 DNA聚合酶，A错误； DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，所以 ④处指的是腺嘌呤脱氧核苷酸，B错误； 复制2次共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸3300×(22－1)＝9 900(个)，C正确； 该DNA分子只有一条链含15N，其复制是半保留复制，连续复制2次后，形成的4个DNA分子中，只有1个DNA分子含有15N，因此子代中含15N的DNA分子占1/4，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 10.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.由图示得知，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.真核细胞中DNA复制均在细胞核内进行 √ 真核细胞中，DNA复制主要发生在细胞核中，线粒体、叶绿体中也可进行DNA的复制。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 11.(多选)如图为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相关叙述中，正确的是 A.rep蛋白可破坏A与C、T与G之间 　形成的氢键 B.DNA结合蛋白可能具有防止DNA 　单链重新形成双链的作用 C.DNA复制是在完全解旋之后进行的 D.随从链两个片段之间的缺口需要DNA连接酶将其补齐并连接起来 √ √ 由题意可知，rep蛋白为解旋酶，可破 坏互补碱基之间的氢键，即可破坏A与 T、C与G之间形成的氢键，A错误； 题图中DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上，可推知，DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用，B正确； DNA复制是一个边解旋边复制的过程，C错误； 能将两个单链片段拼接为一条链的酶为DNA连接酶，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 12.(多选)一个双链被32P标记的DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，将其置于含31P的环境中复制3次。下列叙述正确的是 A.该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是60个 B.第三次复制过程需要240个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 C.复制3次后，子代DNA中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7 D.复制3次后，子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶3 √ √ √ 该DNA片段有100个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20%，则腺嘌呤数目为100×2×20%＝40(个)，根据碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，故该DNA片段中含有胞嘧啶的数量是 　　＝60(个)，A正确； 第三次复制DNA分子数由4个变为8个，增加4个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为60×4＝240(个)，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 复制3次后，共得到8个DNA分子，16条DNA单链，其中只有2条单链含32P，含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7，C正确； 由于DNA的复制为半保留复制，子代DNA均含31P，其中有2个DNA分子含32P，所以子代DNA中含32P与含31P的分子数之比为1∶4，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 13.(多选)真核细胞中DNA复制如图所示，下列叙述正确的是 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 √ √ √ 多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成，提高复制效率，A正确； DNA复制为半保留复制，每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代，B正确； 解旋酶破坏碱基对间的氢键，使DNA双链解旋，DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误； 碱基对之间严格的碱基互补配对原则，保证了遗传信息准确地从亲代DNA传向子代DNA，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 14.科学家推测DNA可能有如图A所示的三种复制方式。1958年，科学家米西尔森和斯塔尔用同位素标记技术和离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲本链的去向，实验过程：在氮源为14NH4Cl的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N/14N－DNA(对照)；在氮源为15NH4Cl的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为15N/15N－DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养基上，再连续繁殖两代(子代Ⅰ和子代Ⅱ)后，离心得到图B所示的结果。请依据上述材料回答问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (1)DNA复制的意义是____________________________________________ ______________________。 将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保 持了遗传信息的连续性 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (2)与对照相比，如果子代Ⅰ离心后能分辨出轻和重两条链带，则说明DNA分子的复制方式是____________。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，则可以排除DNA分子以________的方式进行复制。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，再继续做子代Ⅱ的DNA密度鉴定：①若子代Ⅱ离心后__________________________，则可以确定DNA分子的复制方式是半保留复制。②若子代Ⅱ离心后不能分出杂合、轻两条链带，则可以推测DNA分子的复制方式是__________。 全保留复制 全保留 可以分出杂合、轻两条链带 分散复制 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 若子代Ⅰ离心后能分辨出轻(两条链均被14N标记)和重(两条链均被15N标记)两条链带，则DNA分子的复制方式是全保留复制。如果子代Ⅰ离心后只有1条杂合链带，则肯定不是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制。若是半保留复制，子代Ⅱ离心后能分出杂合、轻两条链带，且各占1/2；若是分散复制，子代DNA离心后不能分出杂合、轻两条链带。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (3)根据图B所示结果可推知DNA分子的复制方式是____________。 半保留复制 分析图B可知，子代Ⅰ都是杂合链带，子代Ⅱ中的杂合、轻链带各占1/2，这与半保留复制的特点相吻合。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 15.如图为真核细胞中发生的一项生理过程示意图，请据图回答下列问题： (1)图中表示的生理过程是_________，此过程发生的主要场所是______。 DNA复制 细胞核 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (2)已知一个亲代DNA分子有p个碱基，其中腺嘌呤有q个，连续进行此项生理过程n次，共消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸________________个。 (p/2－q)(2n－1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 已知一个亲代DNA分子有p个碱基，其中腺嘌呤有q个，则胸腺嘧啶也有q个，则胞嘧啶有 ＝(p/2－q)个，所以连续进行此项生理过程n次，共增加了(2n－1)个DNA分子，共消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸(p/2－q)(2n－1)个。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (3)该过程得到的子代DNA与亲代相同，原因是______________________ _______________________________________________________。 DNA分子的双螺旋结构 为复制提供了模板，碱基互补配对原则保证了复制的精确进行   $$