第9章 第14课时 DNA的复制和基因的本质-【高考零起点】2025年新高考生物总复习学用word（艺考）

第14课时　DNA的复制和基因的本质 一、证明DNA是半保留复制的实验 1．原理 15N和14N是氮元素的两种同位素，它们相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA的密度大，因此可以用离心技术使两种DNA在试管中分层。 2．科学家关于DNA复制实验的设计 用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让其繁殖若干代(大肠杆菌约20分钟繁殖一次)，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的，把它当作亲代，经离心处理后，试管中出现一条DNA带，位置靠近试管底部(见亲代试管中的“重带”)。然后将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中： (1)如果DNA的复制是半保留复制，则转移培养后的第一代DNA是15N/14N－DNA，离心处理后，15N/14N－DNA带在试管中的位置位于原15N/15N－DNA带的上方(见第一代试管中的“中带”)；第二代DNA有两种，分别是15N/14N－DNA和14N/14N－DNA，所以离心处理后，试管中会出现两条DNA带(见第二代试管中的“中带”和“轻带”)，上方的为14N/14N－DNA，下方的为15N/14N－DNA。 (2)如果DNA的复制是全保留复制。则对应图像如下。 经过实验证实，DNA的复制是以半保留复制的形式进行的。 二、DNA复制的过程 1．DNA的复制是在细胞分裂间期，随着染色体的复制而完成的。 2．DNA复制时，在解旋酶的作用下，两条链的配对碱基之间的氢键断开，碱基暴露出来，形成了两条“模板链”，即母链。随着DNA的不断解旋，新的子链也逐渐合成，边解旋边复制，如下图所示： 每一条母链按照互补配对的原则，腺嘌核苷酸呤与胸腺嘧啶核苷酸配对，鸟嘌呤核苷酸与胞嘧啶核苷酸配对等。最后相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间形成磷酸二酯键，产生一条子链，每条子链与其母链盘绕成双螺旋结构。这样，原来的一个双螺旋DNA分子就变成了两个双螺旋DNA分子。这两个新形成的DNA分子是相同的，并且与亲代DNA分子相同。这一过程还需要DNA聚合酶的参与，即DNA的复制是一个酶促合成过程，同时需要能量。 三、DNA复制的有关计算 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3代，各代DNA的数量和15N的去向如图： 1．一个DNA分子连续复制n次后，DNA分子总数为2n个，新增2n－1。 2．若某DNA分子中含碱基T数目为a，则连续复制n次，所需游离的T的个数为(2n－1)×a。 四、基因通常是有遗传效应的DNA片段 1．一个DNA分子上有多个基因，每个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应。基因与DNA的关系如下： 有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。 2．DNA的特性 (1)相对稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变，一般情况下碱基的数量和排列顺序不变。 (2)多样性：遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。具有n个碱基对的DNA分子，具有4n个碱基排列顺序。 (3)特异性：每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。 一、选择 1．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(　D　) 2．某DNA分子片段中共含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到图甲结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到图乙结果。下列有关分析正确的是(　C　) A．X层与Y层中DNA相对分子质量比大于1∶3 B．Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3 600个 C．X层中含有的氢键数是Y层的1/3 D．W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1 3．(多选)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14N的培养基中连续复制5次。下列有关判断正确的是(　ABD　) A．含有15N的DNA分子有2个 B．只含有14N的DNA分子占15/16 C．复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸1 280个 D．复制第四次时需胞嘧啶脱氧核苷酸480个 4．下列关于DNA和基因关系的叙述，不正确的是(　C　) A．基因通常是有遗传效应的DNA片段 B．生物体的DNA分子数目小于基因数目 C．基因在DNA上，DNA上所有序列都属于基因 D．基因并不是碱基对随机排列成的DNA片段 5．下列选项中，能正确表示染色体、碱基、基因和DNA之间结构层次关系的是(　A　) 6．我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍，这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。下列有关生物学的叙述错误的是(　D　) A．人体遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中 B．碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性 C．碱基特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性 D．一个最短的DNA分子大约有8 000个碱基，可能的排列方式有48 000种 7．大肠杆菌的拟核DNA分子中含有n个核苷酸，用含32P的培养基培养不含32P的大肠杆菌得到如图所示的Ⅱ、Ⅲ两种类型的DNA。下列有关该实验结果的预测与分析，正确的是(　D　) A．DNA第2次复制产生的子代DNA分子中，类型Ⅱ与Ⅲ的数量比为1∶3 B．DNA分子复制完成后，母链和子链中碱基(A＋G)/(T＋C)的值一定相等 C．第2次复制需要消耗嘧啶碱基的数是3n/2 D．一个拟核DNA分子复制n次形成的含32P的脱氧核苷酸单链的数量为(2n＋1－2)条 8．DNA片段复制的情况如下图所示，图中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链的片段。如果没有发生变异，则下列说法不正确的是(　B　) A．b和c的碱基序列可以互补 B．a和c的碱基序列可以互补 C．a中(A＋T)/(G＋C)的值与b中(A＋T)/(G＋C)的值相同 D．a中(A＋G)/(T＋C)的值与d中(A＋G)/(T＋C)的值一般不相同 9．(2022·广东)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是(　C　) A．单链序列脱氧核苷酸数量相等 B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸 C．单链序列的碱基能够互补配对 D．自连环化后两条单链方向相同 10．(多选)将经32P标记全部DNA分子双链的雄性动物细胞(染色体数为2n)置于不含32P的培养基中培养。经过连续3次细胞分裂后产生8个子细胞，检测子细胞中的情况。下列推断不正确的是(　ACD　) A．若只进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2 B．若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例至少占1/2 C．若子细胞中的染色体都含32P，则一定进行有丝分裂 D．若子细胞中的染色体都不含32P，则一定进行减数分裂 11．果蝇的体细胞含有8条染色体。现有一个果蝇体细胞，它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养，使其连续分裂，那么将会在第几次细胞分裂中出现每个细胞的中期和后期都有8条染色体被32P标记(　B　) A．第1次 B．第2次 C．第3次 D．第4次 12．将两条单链均被32P标记的基因A导入不含32P标记的某动物精原细胞中，且基因A的插入位置如图所示。将该精原细胞置于不含32P的培养液中培养，得到4个子细胞，检测子细胞中的标记情况。若不考虑互换和变异，下列叙述错误的是(　C　) A．可能出现2个子细胞含32P、2个子细胞不含32P的情况 B．可能出现3个子细胞含32P、1个子细胞不含32P的情况 C．若4个子细胞中均含32P，则该精原细胞一定进行了减数分裂 D．若该精原细胞进行两次有丝分裂后，可能两个子细胞中含有32P 13．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，如图表示DNA复制过程。下列相关分析不正确的是(　D　) A．DNA复制时存在A、U碱基配对现象 B．DNA复制是多种酶参与的物质合成过程 C．两条子链延伸的方向都是由5′－端到3′－端 D．DNA聚合酶与DNA连接酶的底物相同 14．细菌基因组通常为环状DNA分子，其复制时从复制起始点开始进行双向复制，两个复制叉沿着相反方向前进，最终产生两个环状DNA。下列叙述错误的是(　A　) A．细菌环状DNA分子中存在两个游离的磷酸基团 B．细菌DNA复制过程通常发生在拟核区域 C．细菌环状DNA复制时子链沿5′→3′方向延伸 D．细菌环状DNA分子复制过程中遵循碱基互补配对原则 二、填空 15．双链DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成的。日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链连续合成，另一条子链不连续，即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(相对分子质量越小，离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。请分析回答： (1)由图1可知，DNA分子复制的方式是半保留复制，DNA子链的延伸方向是5′→3′(填“5′→3′”或“3′→5′”)。 (2)若1个双链DNA片段中有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，则该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗5_200个胞嘧啶脱氧核苷酸。 (3)DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化并消耗能量，在体外通过加热也能实现。研究表明，在DNA分子加热解链时，DNA分子中G＋C的比例越高，需要解链温度越高的原因是DNA分子中G＋C的比例越高，氢键数越多，DNA结构越稳定。 (4)图2中实验结果能(填“能”或“不能”)为冈崎假说提供有力证据。与60 s结果相比，120 s结果中短链片段减少的原因可能是短链片段连接形成长片段。 学科网（北京）股份有限公司 $$