第3節(jié)　DNA的復(fù)制[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.概述DNA復(fù)制方式的假說(shuō)及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。2.掌握DNA復(fù)制的過(guò)程。3.歸納DNA復(fù)制的相關(guān)計(jì)算規(guī)律。知識(shí)點(diǎn)一　對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)及DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1．對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)(1)假說(shuō)：半保留復(fù)制。(2)提出者：沃森和克里克。(3)假說(shuō)內(nèi)容①解旋：DNA復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋解開(kāi)，互補(bǔ)堿基之間的氫鍵斷裂。②復(fù)制：解開(kāi)的兩條單鏈作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，通過(guò)形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。③結(jié)果：新合成的每個(gè)DNA中，都保留了原來(lái)DNA中的一條鏈，因此，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。(4)其他假說(shuō)①全保留復(fù)制方式。②內(nèi)容：全保留復(fù)制是指DNA復(fù)制以DNA雙鏈為模板，子代DNA的雙鏈都是新合成的。　　要想證明DNA的復(fù)制方式，關(guān)鍵是什么？提示：關(guān)鍵是通過(guò)實(shí)驗(yàn)區(qū)分親代與子代的DNA。2.DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)(1)實(shí)驗(yàn)方法：假說(shuō)—演繹法。(2)實(shí)驗(yàn)技術(shù)：同位素標(biāo)記技術(shù)和密度離心技術(shù)。(3)實(shí)驗(yàn)原理：15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，兩種同位素的相對(duì)分子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用離心技術(shù)可以在試管中區(qū)分含有不同N元素的DNA。(4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程①用含15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌若干代，這時(shí)，大腸桿菌的DNA幾乎都是15N標(biāo)記的。②將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中。③在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA。④將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。(5)實(shí)驗(yàn)預(yù)期(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)果①親代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中出現(xiàn)了一條DNA帶。位置在試管底部。②第一代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中出現(xiàn)了一條DNA帶。位置在試管中部。③第二代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中出現(xiàn)了二條DNA帶。一條在試管中部，一條在試管更靠上部。(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)論DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。 　　若DNA復(fù)制的方式為全保留復(fù)制，上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)是怎樣？提示：(1)親代，提取DNA→離心→全部重帶；(2)繁殖一代后取出，提取DNA→離心→重帶、輕帶；(3)繁殖兩代后取出，提取DNA→離心→重帶、輕帶。　　第一代只出現(xiàn)一條居中的DNA條帶，這個(gè)結(jié)果排除了哪種復(fù)制方式？提示：全保留復(fù)制。[例1]　細(xì)菌在15N培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，使細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N，然后再移入14N培養(yǎng)基中培養(yǎng)，提取其子代的DNA經(jīng)離心分離，如圖①～⑤為可能的結(jié)果，下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A．第一次分裂的子代DNA應(yīng)為⑤B．第二次分裂的子代DNA應(yīng)為①C．第三次分裂的子代DNA應(yīng)為③D．親代的DNA應(yīng)為⑤解題分析　親代DNA為15N/15N，如圖⑤；經(jīng)第一次分裂所形成的子代DNA應(yīng)均為15N/14N，應(yīng)如圖②所示；第二次分裂的子代DNA為15N/14N和14N/14N，且數(shù)量比為1∶1，如圖①所示；第三次分裂的子代DNA為15N/14N和14N/14N，且數(shù)量比為1∶2。答案　A[例2]　探究DNA復(fù)制的方式采用了假說(shuō)—演繹法，下列說(shuō)法不正確的是(　　)A．提出假說(shuō)：DNA復(fù)制是半保留復(fù)制B．演繹推理：親代為15N/15N—DNA，密度最大，應(yīng)位于試管底部；子一代為15N/14N—DNA，密度居中，應(yīng)位于試管中部；子二代為15N/14N—DNA和14N/14N—DNA，密度分別居中、最小，應(yīng)位于試管中部和上部C．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的D．演繹推理的過(guò)程即實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程解題分析　演繹推理過(guò)程是根據(jù)假說(shuō)進(jìn)行演繹推理，推出預(yù)測(cè)的結(jié)果。答案　D知識(shí)點(diǎn)二　DNA復(fù)制的過(guò)程1．概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過(guò)程。2．發(fā)生時(shí)間：細(xì)胞分裂前的間期。3．場(chǎng)所(1)真核生物：主要在細(xì)胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體也可以進(jìn)行。(2)原核生物：主要在擬核。(3)DNA病毒：活的宿主細(xì)胞內(nèi)。4．復(fù)制過(guò)程5．結(jié)果：形成兩個(gè)完全相同的DNA。6．特點(diǎn)(1)邊解旋邊復(fù)制。(2)半保留復(fù)制。7．準(zhǔn)確復(fù)制的原因(1)DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板。(2)通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。8．意義：將遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性。 　　所有的真核細(xì)胞都存在核DNA復(fù)制嗎？提示：不一定。如哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞因?yàn)闊o(wú)細(xì)胞核和各種細(xì)胞器而不能進(jìn)行核DNA復(fù)制；不分裂的細(xì)胞不存在DNA復(fù)制。　　DNA復(fù)制效率高是因?yàn)榘氡Ａ魪?fù)制還是邊解旋邊復(fù)制？提示：是因?yàn)檫吔庑厪?fù)制。[例1]　下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是(　　)A．復(fù)制均在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行B．復(fù)制僅發(fā)生在有絲分裂前的間期C．復(fù)制過(guò)程先解旋后復(fù)制D．堿基互補(bǔ)配對(duì)保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性解題分析　DNA不只存在于細(xì)胞核內(nèi)，在線粒體、葉綠體及原核生物的擬核中也存在，也可以進(jìn)行DNA復(fù)制，A錯(cuò)誤；DNA復(fù)制發(fā)生在有絲分裂前的間期和減數(shù)分裂前的間期，B錯(cuò)誤；DNA是邊解旋邊復(fù)制，C錯(cuò)誤。答案　D[例2]　如圖為真核細(xì)胞DNA復(fù)制過(guò)程的模式圖，據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述不正確的是(　　)A．由圖示得知，DNA復(fù)制的方式是半保留復(fù)制B．解旋酶能使雙鏈DNA解開(kāi)，且需要消耗ATPC．從圖中可以看出合成兩條子鏈的方向都是5′到3′D．DNA聚合酶的作用位點(diǎn)為兩條脫氧核苷酸鏈之間的氫鍵解題分析　由圖示可知，新合成的每個(gè)DNA中，都保留了原來(lái)DNA中的一條鏈，因此DNA復(fù)制的方式是半保留復(fù)制，A正確；解旋酶使DNA雙鏈解開(kāi)，該過(guò)程需要消耗ATP，B正確；DNA復(fù)制的時(shí)候只能從5′端向3′端延伸，C正確；DNA聚合酶的作用位點(diǎn)為一條鏈中相鄰的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，D錯(cuò)誤。答案　D知識(shí)點(diǎn)三　與DNA復(fù)制相關(guān)的計(jì)算DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，若將雙鏈被15N標(biāo)記的DNA轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，復(fù)制n(n≥1)次，其結(jié)果如下： (3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)①若一親代DNA含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，則經(jīng)過(guò)n次復(fù)制需要消耗游離的該脫氧核苷酸為m×(2n－1)個(gè)。②若進(jìn)行第n次復(fù)制，則需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)為m×2n－1個(gè)。  　　DNA復(fù)制n次與第n次復(fù)制各形成多少個(gè)DNA?提示：DNA復(fù)制n次形成2n個(gè)DNA，第n次復(fù)制形成2n－1個(gè)DNA。 　　用15N標(biāo)記含有100個(gè)堿基對(duì)的DNA分子，其中有胞嘧啶60個(gè)，該DNA分子在14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制4次1．含有15N的DNA分子占1/8(√)2．含有14N的DNA分子占7/8(×)3．含有14N的脫氧核苷酸單鏈為30條(√)4．復(fù)制結(jié)果共產(chǎn)生16個(gè)DNA分子(√)[例1]　一個(gè)用15N標(biāo)記的DNA，放在14N的環(huán)境中培養(yǎng)，復(fù)制5次后標(biāo)記的DNA占DNA總數(shù)的(　　)。含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是(　　)A.  B.  C.  D.解題分析　一個(gè)由15N標(biāo)記的DNA，放在14N的環(huán)境中培養(yǎng)，復(fù)制5次后得到25＝32個(gè)DNA，共64條脫氧核苷酸鏈，根據(jù)DNA半保留復(fù)制特點(diǎn)，其中有2個(gè)DNA含15N，其他DNA不含15N，所以復(fù)制5次后標(biāo)記的DNA占DNA總數(shù)的＝，含15N的脫氧核苷酸鏈有2條，故占全部脫氧核苷酸鏈的比例是＝。答案　C　D[例2]　某一DNA中，A為200個(gè)，復(fù)制數(shù)次后消耗周圍環(huán)境中含A的脫氧核苷酸3000個(gè)，該DNA已經(jīng)復(fù)制了幾次(　　)A．4次  B．3次  C．5次  D．6次解題分析　某DNA中含有腺嘌呤是200，復(fù)制n次后消耗的腺嘌呤脫氧核苷酸3000個(gè)，則有關(guān)系式200×(2n－1)＝3000，解得n＝4。答案　A題后歸納有關(guān)DNA復(fù)制相關(guān)計(jì)算的兩個(gè)注意點(diǎn)(1)分析被標(biāo)記物質(zhì)所占的比例時(shí)，應(yīng)注意求的是DNA數(shù)，還是脫氧核苷酸鏈數(shù)；看準(zhǔn)是“含”還是“只含”；還應(yīng)注意培養(yǎng)液中化學(xué)元素的不同。(2)在計(jì)算消耗脫氧核苷酸數(shù)時(shí)要明確是經(jīng)過(guò)n次復(fù)制還是第n次復(fù)制。1．下列關(guān)于DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A．實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是區(qū)分子代與親代的DNAB．實(shí)驗(yàn)運(yùn)用放射性同位素標(biāo)記法和密度離心技術(shù)C．DNA復(fù)制2次，離心后試管中有2條帶D．結(jié)果證明DNA為半保留復(fù)制，而不是全保留復(fù)制答案　B解析　實(shí)驗(yàn)運(yùn)用同位素標(biāo)記法和離心技術(shù)。2．下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是(　　)A．DNA復(fù)制時(shí)，嚴(yán)格遵循A—U、C—G的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則B．DNA子鏈的合成方向都是由5′→3′C．DNA分子全部解旋后才開(kāi)始進(jìn)行DNA復(fù)制D．脫氧核苷酸必須在DNA酶的作用下才能連接形成子鏈答案　B解析　DNA復(fù)制時(shí)，嚴(yán)格遵循A—T、C—G的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，A錯(cuò)誤；DNA子鏈合成的方向都是由5′→3′，B正確；DNA的復(fù)制是邊解旋邊復(fù)制，C錯(cuò)誤；脫氧核苷酸必須在DNA聚合酶的作用下才能連接形成子鏈，D錯(cuò)誤。3．DNA復(fù)制時(shí)，解旋酶作用的部位應(yīng)該是(　　)A．腺嘌呤與鳥(niǎo)嘌呤之間的氫鍵B．腺嘌呤與胸腺嘧啶之間的氫鍵C．脫氧核糖與含氮堿基之間的化學(xué)鍵D．脫氧核糖與磷酸之間的化學(xué)鍵答案　B解析　DNA復(fù)制過(guò)程中用到解旋酶和DNA聚合酶，其中解旋酶的作用是把兩條螺旋的雙鏈解開(kāi)，破壞的是A與T、G與C之間的氫鍵。4．下圖為DNA的復(fù)制，請(qǐng)回答有關(guān)問(wèn)題：(1)DNA的復(fù)制發(fā)生在____________________________________________期。(2)②過(guò)程稱____________，該過(guò)程需要__________酶。(3)③過(guò)程必須遵循______________原則。(4)將一個(gè)DNA用15N標(biāo)記，放入含14N的4種脫氧核苷酸培養(yǎng)液中，連續(xù)復(fù)制3次，問(wèn)：含14N的DNA占DNA總數(shù)的________，含15N的DNA占DNA總數(shù)的________。答案　(1)細(xì)胞分裂前的間　(2)解旋　解旋(3)堿基互補(bǔ)配對(duì)　(4)100%　1/4解析　(4)將一個(gè)DNA用15N標(biāo)記，放入含14N的4種脫氧核苷酸培養(yǎng)液中，連續(xù)復(fù)制3次形成8個(gè)DNA分子，根據(jù)DNA半保留復(fù)制，其中有2個(gè)DNA分子一條鏈含有14N，另一條鏈含有15N，其余6個(gè)DNA分子只含14N，所以8個(gè)DNA分子均含14N，含15N的DNA占DNA總數(shù)的1/4。  

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》電子課本

第3節(jié) DNA的復(fù)制

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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