3 第3节 DNA的复制-【金版新学案】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 多选）

第3节　DNA的复制 [学习目标]　1.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式。　2.概述DNA通过半保留的方式进行复制。　3.理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。 知识点一　DNA半保留复制的实验证据 1．对DNA复制的推测 (1)提出者：沃森和克里克。 (2)假说内容 ①解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。 ②复制 ③特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称作半保留复制。 2．DNA半保留复制的实验证据 (1)实验材料：大肠杆菌。 学生用书第78页 (2)实验方法：运用同位素标记技术。 (3)实验过程 (4)实验预期 两条链被标记情况 密度大小 离心位置 都是15N 最大 靠近试管的底部 一条15N，一条14N 居中 位置居中 都是14N 最小 靠近试管的上部 (5)实验结果 ①提取亲代DNA→离心→位置靠近试管底部。 ②繁殖一代后，提取DNA→离心→位置居中。 ③繁殖两代后，提取DNA→离心→1/2位置居中，1/2位置更靠上。 (6)实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。 提醒：15N没有放射性，是一种稳定同位素，不能通过检测放射性的方法对实验结果进行分析。 [判断正误] 1．沃森和克里克证明DNA的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和离心技术。(√) 3．证明DNA半保留复制实验中用14N标记NH4Cl培养液来培养大肠杆菌，是通过产物的质量不同来进行区分的。(√) 4．DNA半保留复制的证明过程使用了假说—演绎法。(√) 任务　DNA的复制方式的实验探究 科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制（复制完成后，亲代DNA双链被切成片段后，分散进入子代复制品的每条链中），如图所示。 请据图回答下列问题： (1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链？ 提示：同位素标记技术。 (2)若DNA复制的方式是全保留复制，请你预期实验结果并完善表格： 大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型 亲代 下部，100% 15N/15N－DNA 第一代 下部50%，上部50% 15N/15N－DNA、14N/14N－DNA 第二代 下部25%，上部75% 15N/15N－DNA、14N/14N－DNA (3)若DNA复制的方式是分散复制，则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何？ 提示：第一代只出现1条中带，第二代只出现1条位于中带和轻带之间的条带。 (4)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带，这个结果排除了哪种复制方式？ 提示：排除了全保留复制的方式。 (5)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带，这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉？ 提示：排除了分散复制的方式。 应用1.将在含15NH4Cl的培养液中培养了若干代的某 学生用书第79页 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 答案：C 解析：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。 应用2.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。下列叙述不正确的是(多选)(　　) A．本活动运用了同位素标记技术和差速离心技术 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．实验结果无法说明DNA的复制是半保留复制的 答案：ABD 解析：题意显示“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl”和“条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置”可知，本活动运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术，A错误；分析图示可知，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；b管中的DNA密度介于a、c管中的中间，表明该管中的大肠杆菌的DNA都是一条链为15N与另一条链为14N，C正确；实验结果说明了DNA分子的复制是半保留复制，D错误。 知识点二　DNA复制的过程 1．DNA复制的概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2．发生时期：在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。 3．过程 4．结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。 5．特点 (1)边解旋边复制。 (2)半保留复制。 6．准确复制的原因 (1)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。 (2)通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 7．意义：DNA通过复制，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。 [精通教材] 　（教材P56“拓展应用”）真核细胞中DNA复制的速率一般为50～100 bp/s，果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分，果蝇DNA上形成多个复制泡，这说明了什么问题？ 提示：果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。 学生用书第80页 任务一　分析DNA复制过程和特点 1．DNA聚合酶不能从头合成DNA，只能从3′-端延伸DNA链，因此在复制过程中需要RNA引物，下图表示DNA复制过程。 (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。 (2)合成的两条子链间碱基排列顺序相同还是互补？ 提示：互补。 (3)DNA分子的复制具有哪些特点？ 提示：半保留复制、边解旋边复制。 (4)DNA分子的哪些结构特点保证了其精确复制？复制过程是否绝对精确，不出差错？ 提示：DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对保证了复制的准确进行。但是复制过程也可能出现差错，发生基因突变。 应用3.下列有关DNA复制的叙述，错误的是(　　) A．DNA复制可发生在真核细胞有丝分裂前的间期 B．DNA复制时所需要的原料是脱氧核苷酸，且消耗ATP C．DNA复制时，以DNA的一条链作为模板先后合成两条子链 D．DNA通过复制保持了亲代和子代细胞中遗传信息的连续性 答案：C 解析：在真核生物中，DNA复制是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的，A正确；复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，然后，DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链，B正确，C错误；DNA通过复制，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，D正确。 应用4.下图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图。下列叙述错误的是(多选)(　　) A．①和②分别是解旋酶和DNA聚合酶 B．图中DNA复制的模板链是a链和d链 C．该图示无法体现边解旋边复制边螺旋 D．该图示能体现DNA半保留复制的特点 答案：BC 解析：①和②分别是解旋酶(破坏氢键，解开双螺旋)和DNA聚合酶(催化磷酸二酯键的形成)，A正确；图中DNA复制的模板链是a链和b链，即DNA的两条母链，B错误；该图示部分双螺旋未解开，因此可以体现边解旋边复制边螺旋，C错误；该图示能体现DNA半保留复制的特点，即以一条母链为模板，依据碱基互补配对，合成另一条子链，D正确。 任务二　分析DNA复制的相关计算 2．如果用15N标记某DNA分子的两条链，让其在含有14N的环境中复制n次，结合DNA分子半保留复制的特点，回答下列问题： (1)复制n次后，DNA分子总数和含有15N的DNA分子数分别是多少？ 提示：2n个；2个。 (2)复制n次后，DNA分子中含14N的DNA分子数和只含14N的DNA分子数分别是多少？ 提示：2n个；(2n－2)个。 (3)复制n次后，DNA分子中脱氧核苷酸链数、含15N的脱氧核苷酸链数、含14N的脱氧核苷酸链数分别是多少？ 提示：2n+1条；2条；(2n+1－2)条。 (4)当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子复制了几次？ 提示：4次。含15N的DNA分子在含14N培养基中复制n次，则形成2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n＝12.5%，则n＝4。 [核心归纳] “图解法”分析DNA复制相关计算 学生用书第81页 1.将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次（如上图），则： (1)子代DNA 共2n个 (2)脱氧核苷酸链 共2n+1条 2．DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数 (1)若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。 (2)第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1个。 应用5.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养液中连续复制5次。下列有关判断错误的是(　　) 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 答案：C 解析：DNA分子进行半保留复制，不论经过几次复制，含有15N的DNA分子总是2个，A正确；复制5次共得到25＝32个DNA分子，只含有14N的DNA分子数为32－2＝30个，占15/16，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×(25－24)＝640个，D正确。 应用6.（2023·安徽马鞍山期末）某双链DNA分子共有400个碱基对，一条单链上含有的鸟嘌呤和胞嘧啶的比例分别为20%和30%。若该DNA分子复制3次，下列有关说法错误的是(　　) A．该双链DNA分子中鸟嘌呤占20%，腺嘌呤占30% B．该DNA分子复制3次所需消耗的鸟嘌呤总数是1 400 C．该双链DNA分子复制一次需要解开1 000个氢键 D．第3次复制比第2次复制多消耗400个腺嘌呤 答案：A 解析：双链DNA分子共有400个碱基对，则每条单链含有400个碱基，因此该单链上G鸟嘌呤的个数为20%×400＝80（个），C胞嘧啶的个数是30%×400＝120（个），因为碱基G总是与碱基C相配对，则另一条单链上的C胞嘧啶为80个，G鸟嘌呤为120个，因此该双链DNA分子中鸟嘌呤共80＋120＝200（个），占该DNA分子碱基总数的200/800＝25%，该DNA双链中胞嘧啶C总数＝鸟嘌呤G总数＝200，则该DNA分子双链中的A＋T总数为800－2×200＝400（个），且A＝T，则可推知，A＝T＝200（个），占双链DNA的200/800＝25%，A错误；该DNA片段复制3次形成的DNA分子数是23＝8（个），相当于增加了7个DNA分子，且由A项详解可知，该DNA分子双链中共含G鸟嘌呤的数量为200个，因此该过程中需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸分子是200×7＝1 400（个），B正确；由A项详解可知，该双链DNA共含C－G碱基对200个，A－T碱基对200个，每个C－G碱基对之间有3个氢键，每个A－T碱基对之间有2个氢键，因此总氢键数为200×3＋200×2＝1 000（个），C正确；第1次复制完成后形成2个DNA分子，第2次复制完成后形成22＝4（个）DNA分子，第3次复制完成后形成23＝8（个）DNA分子，则第2次复制多形成4－2＝2（个）DNA分子，第3次复制多形成8－4＝4（个）DNA分子，第3次复制比第2次复制多形成2个DNA分子，每个DNA分子含200个腺嘌呤，因此第3次复制比第2次复制多消耗2×200＝400（个）腺嘌呤，D正确。 思维导图 要语必背 1.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸为原料以及酶和能量等。 2.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。 3.DNA通过复制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。 4.遗传信息蕴藏在DNA(RNA)4种碱基的排列顺序中。 1．（2023·河南洛阳高一期末）将 DNA双链均只含有14N的大肠杆菌，放在含有15N的培养基上繁殖3代，下列有关说法正确的是(　　) A．DNA 的复制是以半保留的方式进行的 B．含有14N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的1/2 C．子代大肠杆菌的 DNA分子有 14N/15N－DNA和14N/14N－DNA两种类型 D．DNA复制过程中子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到5′-端 答案：A 解析：DNA复制的特点是半保留复制，A正确；将DNA双链均只含有14N的大肠杆菌，放在含有15N的培养基上繁殖3代，共含有23个DNA分子，含14N/15N－DNA有2个，含15N/15N－DNA有6个，因此，含有14N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的1/4，B错误；子代大肠杆菌的 DNA分子有 14N/15N－DNA和15N/15N－DNA两种类型，不含14N/14N－DNA，C错误；复制时，子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′-端，D错误。 2．（2023·河南郑州高一期末）DNA的复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，下列有关这一过程的叙述错误的是(　　) A．真核生物的DNA复制发生在细胞分裂前的间期 B．解旋过程是一个需要酶催化的耗能过程 学生用书第82页 C.真核细胞中DNA复制和染色体复制是分别独立进行的 D．碱基互补配对原则保证了复制的准确性 答案：C 解析：真核生物的DNA复制发生在有丝分裂前的间期和减数分裂Ⅰ前的间期，A正确；DNA分子的复制需要消耗能量且需要解旋酶解旋，B正确；染色体的主要成分是DNA和蛋白质，染色体是DNA的主要载体，真核细胞中DNA复制和染色体复制是同时进行的，C错误；双螺旋结构为DNA复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证了复制的准确性，D正确。 3．（2023·河南周口期末）生物学家为探究DNA的复制方式，将15N标记的大肠杆菌放到只含14N的培养基中培养，根据密度不同通过离心技术，将细胞中含有不同N元素的DNA分离开来，在试管中得到不同密度的DNA带。下列有关DNA复制的说法，错误的是(　　) A．复制所得子代DNA分子中(A＋C)/(T＋G)的值为1 B．若DNA复制方式是半保留复制，第二代细胞中的DNA分子离心后可以得到两条DNA带 C．DNA分子复制时，边解旋边复制，同时需要模板、原料、能量和酶等 D．连续培养三代（复制了三次），在第三代大肠杆菌中含15N的链占该代DNA分子总链数的1/16 答案：D 解析：在双链DNA分子中，A＝T，C＝G，故复制所得子代DNA分子中(A＋C)/(T＋G)的值为1，A正确；如果DNA复制方式是半保留复制，那么第二代细胞中的DNA分子离心后可以得到两条DNA带，一条(14N/14N－DNA)位于上部，另一条(15N/14N－DNA)位于中部，B正确；DNA分子复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等，C正确；连续培养三代（复制了三次），第三代大肠杆菌中含15N的链有2条，该代DNA分子总链数为16条，在第三代大肠杆菌中含15N的链占该代DNA分子总链数的1/8，D错误。 4．大肠杆菌的一个DNA 片段由1 000个碱基组成，其一条链中T＋A的占比为40%。将大肠杆菌的DNA双链用15N标记，再转移到含14N的培养基中培养3代。下列叙述正确的是(　　) A．该DNA 片段的另一条链中T＋A 占60% B．该DNA 片段中碱基A的数目为400个 C．含14N的DNA分子占全部DNA分子的比例为3/4 D．含15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4 答案：D 解析：DNA分子片段的一条链中T＋A占一条链的40%，根据碱基互补配对原则，另一条链中T＋A 占另一条链也为40%，A错误；大肠杆菌的一个DNA 片段由1 000个碱基组成，其一条链中T＋A的占比为40%，整个DNA分子中T＋A的占比也为40%，因此整个DNA分子中T＋A数目为1 000×40%＝400，其中A＝T，因此该DNA分子中含有 A的数目为200个，B错误；经3次复制后，得到8个DNA分子， 8个子代DNA中2个DNA一条链含有15N，一条链含有14N，6个DNA 两条链含有14N，故含14N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1，C错误；该DNA分子第3次复制后，8个子代DNA中2个含有15N，占比1/4，D正确。 5．如图为真核细胞的核DNA分子复制模式图。下列相关说法正确的是(多选)(　　) A．图中酶A的作用是使氢键断裂，酶B的作用是形成新的氢键 B．由图可知，DNA分子的复制为半保留复制，由梅塞尔森通过密度梯度离心法证明 C．由图可知，DNA新合成的子链延伸的方向都是5′-端到3′-端，故有一条子链为不连续复制 D．该过程发生在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成 答案：BCD 解析：由题图判断，酶A为解旋酶，使氢键断裂，从而将DNA双螺旋的两条链解开；酶B为DNA聚合酶，其作用是在已有核苷酸片段的3′-端加上单个的脱氧核苷酸，并形成磷酸二酯键，A错误。由图可知，新合成的DNA分子一条链是母链，一条是新合成的子链，故DNA分子的复制为半保留复制，梅塞尔森和斯塔尔利用了密度梯度离心法和同位素标记技术证明DNA半保留复制，B正确。由图可知，DNA新合成的子链延伸的方向都是5′-端到3′-端，故有一条子链为不连续复制，C正确。细胞核DNA分子的复制过程发生在细胞分裂的间期，随着染色体的复制而完成，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$