
一、DNA的復(fù)制
1.對DNA復(fù)制的推測
(1)半保留復(fù)制
①提出者:沃森和克里克。
②假說內(nèi)容:DNA復(fù)制時,DNA雙螺旋解開,互補的堿基之間的氫鍵斷裂。解開的兩條單鏈分別作為復(fù)制的模板,游離的脫氧核苷酸根據(jù)堿基互補配對原則,通過形成氫鍵,結(jié)合到作為模板的單鏈上。
③結(jié)果:新合成的每個DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈。
(2)全保留復(fù)制
指DNA復(fù)制以DNA雙鏈為模板,子代DNA的雙鏈都是新合成的。
2.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)
(1)實驗材料:大腸桿菌。
(2)實驗方法:運用同位素標(biāo)記技術(shù)和密度梯度離心技術(shù)。
(3)實驗過程
(4)實驗預(yù)期
(5)實驗結(jié)果
①提取親代DNA→離心→位置靠近試管底部。
②繁殖一代后,提取DNA→離心→位置居中。
③繁殖兩代后,提取DNA→離心→1/2位置居中,1/2位置更靠上。
(6)實驗結(jié)論:DNA的復(fù)制是以半保留的方式進行的。
3.DNA復(fù)制的過程
(1)DNA復(fù)制的概念:以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
(2)發(fā)生時期:在真核生物中,這一過程是在細(xì)胞分裂前的間期,隨著染色體的復(fù)制而完成的。
(3)過程
(4)結(jié)果:一個DNA分子形成了兩個完全相同的DNA分子。
(5)特點
①過程:邊解旋邊復(fù)制。
②方式:半保留復(fù)制。
(6)準(zhǔn)確復(fù)制的原因
①DNA獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu),為復(fù)制提供了精確的模板。
②通過堿基互補配對,保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進行。
(7)意義:將遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞,從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。
二、基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段
1.說明基因與DNA關(guān)系的實例
2.DNA片段中的遺傳信息
(1)遺傳信息:DNA分子中4種堿基的排列順序。
(2)特點
①多樣性:堿基排列順序的千變?nèi)f化。
②特異性:每一個DNA分子有特定的堿基排列順序。
③穩(wěn)定性:DNA分子的結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。
3.與生物體多樣性和特異性的關(guān)系
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。
判斷對錯(正確的打“√”,錯誤的打“×”)
1.證明DNA復(fù)制方式的實驗只能用同位素標(biāo)記N。( )
2.在證明DNA復(fù)制方式的實驗中,從Ⅰ代開始細(xì)菌DNA分子中至少有一條鏈含 14N。( )
3.DNA復(fù)制遵循堿基互補配對原則,新合成的DNA分子中兩條鏈均是新合成的。( )
4.解旋酶和DNA聚合酶的作用部位均為氫鍵。( )
5.任何生物的基因都是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。( )
6.堿基排列順序的千變?nèi)f化,構(gòu)成了DNA分子的多樣性。( )
提示:1.× DNA的組成元素有C、H、O、N、P,這幾種元素都有同位素,所以標(biāo)記任何一種元素都可以。
2.√
3.× DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制,所以子代DNA的兩條鏈中包含了一條母鏈和一條子鏈。
4.× DNA聚合酶作用部位為磷酸二酯鍵。
5.× RNA病毒(如煙草花葉病毒、禽流感病毒、埃博拉病毒等)的遺傳物質(zhì)是RNA,其基因是有遺傳效應(yīng)的RNA片段。
6.√
DNA的復(fù)制
1.DNA復(fù)制過程的分析
(1)復(fù)制的場所
eq \a\vs4\al(在自然狀態(tài)下,生,物的DNA均在,細(xì)胞中復(fù)制)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(原核生物\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(擬核(主要),細(xì)胞質(zhì)(如質(zhì)粒))),真核生物\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(細(xì)胞核(主要),線粒體,葉綠體)),病毒:在活的宿主細(xì)胞內(nèi)))
(2)復(fù)制的結(jié)果:DNA分子復(fù)制一次形成兩個完全相同的DNA分子,且與親代DNA分子相同,每個子代DNA分子中一條為母鏈,另一條為新合成的子鏈。
(3)子代DNA分子的組成:新合成的鏈與對應(yīng)的模板鏈。
(4)兩個子代DNA的位置及分開時間:復(fù)制產(chǎn)生的兩個子代DNA分子位于一對姐妹染色單體上,由著絲粒連在一起,在有絲分裂后期或減數(shù)分裂Ⅱ后期著絲粒分裂時分開,分別進入兩個子細(xì)胞中。
2.與DNA復(fù)制的相關(guān)計算
假設(shè)將一個全部被15N標(biāo)記的雙鏈DNA分子(親代)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)n代,結(jié)果如下:
從圖中可以得到如下規(guī)律
(1)DNA分子數(shù)
①子n代DNA分子總數(shù)為2n個。
②含15N的DNA分子數(shù)為2個。
③含14N的DNA分子數(shù)為2n個。
④只含15N的DNA分子數(shù)為0個。
⑤只含14N的DNA分子數(shù)為(2n-2)個。
(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)
①子代DNA中脫氧核苷酸鏈數(shù)=2n+1條。
②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)=2條。
③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)=(2n+1-2)條。
(3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)
①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,經(jīng)過n次復(fù)制需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)為m·(2n-1)個。
②若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,在第n次復(fù)制時,需消耗游離的該脫氧核苷酸數(shù)為m·2n-1個。
1.DNA聚合酶不能從頭合成DNA,只能從3′端延伸DNA鏈,因此在復(fù)制過程中需要RNA引物,下圖表示DNA復(fù)制過程。
(1)據(jù)圖可知,DNA聚合酶使兩條子鏈從5′端到3′端,還是從3′端到5′端進行合成?
提示:從5′端到3′端進行。
(2)合成的兩條子鏈間堿基排列順序相同還是互補?
提示:互補。
(3)DNA聚合酶與DNA連接酶的底物分別是什么?
提示:DNA聚合酶作用于單個脫氧核苷酸,DNA連接酶作用于DNA片段。
2.現(xiàn)有DNA分子兩條單鏈均只含14N(表示為14N14N)的大腸桿菌,若將該大腸桿菌在含有15N的培養(yǎng)基中繁殖兩代,再轉(zhuǎn)到含有14N的培養(yǎng)基中繁殖一代,則理論上DNA分子的組成類型和比例分別是多少?
提示:有15N14N和14N14N兩種,其比例為3∶1。
1.如圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程的示意圖。下列有關(guān)敘述,錯誤的是( )
A.圖中DNA分子復(fù)制是從多個起點同時開始的
B.圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的
C.真核生物DNA分子的復(fù)制過程需要解旋酶
D.真核生物的這種復(fù)制方式提高了復(fù)制速率
A [從題圖中可以看出DNA分子復(fù)制有多個起點,但不是同時開始的,因為復(fù)制環(huán)有大有小,A錯誤;圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的,B正確;真核生物DNA分子的復(fù)制過程需要解旋酶、DNA聚合酶等參與,C正確;真核生物的DNA分子具有多個復(fù)制起點,這種復(fù)制方式加速了復(fù)制過程,提高了復(fù)制速率,D正確。]
DNA復(fù)制的三個易錯點
(1)DNA復(fù)制的場所并非只在細(xì)胞核中,線粒體、葉綠體中也能進行DNA復(fù)制。
(2)并非所有細(xì)胞都進行DNA復(fù)制,只有分裂的細(xì)胞才能進行DNA復(fù)制。
(3)DNA復(fù)制并非單向進行,而是雙向多起點復(fù)制,且各個復(fù)制起點并不是同時開始的。
2.用一個32P標(biāo)記的噬菌體侵染在31P環(huán)境中培養(yǎng)的大腸桿菌,已知噬菌體DNA上有m個堿基對,其中胞嘧啶有n個。下列敘述不正確的是( )
A.大腸桿菌為噬菌體增殖提供原料和酶等
B.噬菌體DNA含有(2m+n)個氫鍵
C.該噬菌體繁殖4次,子代中只有14個含有31P
D.噬菌體DNA第4次復(fù)制共需要8(m-n)個腺嘌呤脫氧核苷酸
C [噬菌體侵染細(xì)菌時,只有DNA進入細(xì)菌并作為模板控制子代噬菌體的合成,其DNA的復(fù)制及表達需要大腸桿菌提供原料、酶和ATP等,A項正確;DNA上有m個堿基對,其中胞嘧啶有n個,T有(m-n)個,因此氫鍵個數(shù)=2(m-n)+3n=(2m+n)個,B項正確;子代噬菌體中有16個含31P,C項錯誤;噬菌體DNA第4次復(fù)制共需要腺嘌呤脫氧核苷酸=(16-8)(m-n)=8(m-n)個,D項正確。]
基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段
1.全方位理解“基因”
(1)本質(zhì)上,基因是有遺傳效應(yīng)的DNA或RNA片段。
(2)結(jié)構(gòu)上,基因是含有特定遺傳信息的核苷酸序列。
(3)功能上,基因是遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。
(4)位置上,基因在染色體上呈線性排列。
2.染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關(guān)系
3.基因、染色體、蛋白質(zhì)、性狀的關(guān)系
(1)對于真核細(xì)胞來說,染色體是基因的主要載體;線粒體和葉綠體中也含有基因。
(2)對于原核細(xì)胞來說,基因存在于擬核中的DNA分子或質(zhì)粒上,DNA是裸露的,并沒有與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成染色體,因此,沒有染色體這一載體。
果蠅由于易飼養(yǎng)、繁殖速度快、染色體數(shù)目相對較少,經(jīng)常被用于遺傳學(xué)實驗材料,如圖為果蠅某一條染色體上的幾個基因示意圖,仔細(xì)識圖,回答下列問題:
(1)這條染色體上黃身基因R與基因S、基因N是否為等位基因?這幾個基因之間不同的根本原因是什么?
提示:位于同一條染色體上,不是等位基因。根本原因是堿基對的排列順序不同。
(2)基因S和基因R之間的區(qū)域,是否具有一定的遺傳效應(yīng)?為什么?
提示:不一定,基因作為控制生物性狀的基本單位,在基因S和基因R之間的區(qū)域,可能還有新的基因,也可能是沒有遺傳效應(yīng)的脫氧核苷酸序列。
1.歷經(jīng)近百年的發(fā)展,分子遺傳學(xué)對于遺傳物質(zhì)有了充分的認(rèn)識。下面關(guān)于遺傳物質(zhì)概念圖的相關(guān)敘述,錯誤的是( )
A.D有四種,E在H上呈線性排列
B.同源染色體同一位置上存在的基因可能不同
C.所有E的總和構(gòu)成F且E在F上的排列順序代表遺傳信息
D.E通常是具有遺傳效應(yīng)的F片段
C [根據(jù)含氮堿基不同,D脫氧核苷酸分為四種,E基因在H染色體上呈線性排列,A正確;同源染色體同一位置上存在相同基因或等位基因,B正確;除E外,F(xiàn)中還有無遺傳效應(yīng)的片段,遺傳信息是基因中脫氧核苷酸的排列順序,DNA上的非基因片段不包含遺傳信息,C錯誤;E基因通常是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段,D正確。]
與遺傳有關(guān)物質(zhì)的兩個易錯點
(1)染色體是DNA的主要載體;真核細(xì)胞的線粒體、葉綠體中也含有DNA。
(2)RNA病毒的基因是有遺傳效應(yīng)的RNA片段。
2.下列有關(guān)DNA多樣性的敘述,正確的是( )
A.DNA分子多樣性的原因是DNA分子空間結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化
B.含有200個堿基的DNA分子,堿基對可能的排列方式有4200種
C.DNA分子的多樣性和特異性是生物多樣性和特異性的基礎(chǔ)
D.DNA分子的多樣性是指一個DNA分子上有許多個基因
C [DNA分子的多樣性是指DNA分子中堿基對的排列順序多種多樣;DNA分子的多樣性和特異性是生物多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ);含有200個堿基的DNA分子中,堿基對可能的排列方式有4100種。]
下列為DNA復(fù)制的有關(guān)圖示,A→B→C表示大腸桿菌的DNA復(fù)制,D→E→F表示哺乳動物的DNA分子復(fù)制。圖中黑點表示復(fù)制起點,“→”表示復(fù)制方向,“?”表示時間順序。
A B C D E F
運用DNA 復(fù)制的相關(guān)知識,分析比較圖中大腸桿菌和哺乳動物DNA復(fù)制的復(fù)制起點、復(fù)制方向等,可對涉及的相關(guān)問題進行解釋、推理,做出合理判斷或得出正確結(jié)論。
1.據(jù)圖比較大腸桿菌和哺乳動物DNA分子復(fù)制的異同點。(科學(xué)思維)
提示:(1)相同點:均是邊解旋邊復(fù)制,均是雙向復(fù)制。
(2)不同點:大腸桿菌是單起點復(fù)制;哺乳動物是多起點復(fù)制。
2.C圖與A圖、F圖與D圖相同,C、F能被如此準(zhǔn)確的復(fù)制出來,原因是什么?(科學(xué)思維)
提示:DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板,堿基互補配對原則保證了DNA分子復(fù)制的準(zhǔn)確無誤。
[課堂小結(jié)]
1.下圖為某真核細(xì)胞中DNA復(fù)制過程的模式圖,下列敘述正確的是( )
A.DNA分子在酶①的作用下水解成脫氧核苷酸,酶②催化堿基對之間的連接
B.在復(fù)制過程中解旋和復(fù)制是同時進行的
C.解旋后以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈
D.兩條新的子鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子
B [DNA分子在酶①的作用下打開雙鏈,酶②為DNA聚合酶,在其作用下把脫氧核苷酸連接成鏈,A錯; 解旋后分別以一條母鏈為模板合成兩條新的子鏈,C錯;一條新的子鏈和一條母鏈通過氫鍵形成一個新的DNA分子,D錯。]
2.某親本DNA分子雙鏈均以白色表示,以灰色表示第一次復(fù)制出的DNA子鏈,以黑色表示第二次復(fù)制出的DNA子鏈,該親本雙鏈DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次后的產(chǎn)物是( )
A B C D
D [因為DNA的復(fù)制為半保留復(fù)制,因此親本DNA的兩條鏈將進入不同的子代DNA分子中,故A、B項錯誤;第二次復(fù)制時得到的4個DNA分子中,都有一條DNA子鏈?zhǔn)窃诘诙螐?fù)制時形成的,而C項中只有兩個DNA分子中含第二次復(fù)制出的子鏈(黑色表示),故C項錯誤、D項正確。]
3.某一個DNA分子中,A為200個,復(fù)制n次后,消耗周圍環(huán)境中含A的脫氧核苷酸3 000個,則該DNA分子已經(jīng)復(fù)制了幾次?( )
A.4次 B.3次
C.5次D.6次
A [利用DNA復(fù)制規(guī)律可知,經(jīng)過n次復(fù)制利用腺嘌呤脫氧核苷酸數(shù)目3 000=(2n-1)·200,得n=4。]
4.生長在太平洋西北部的一種水母能發(fā)出綠色熒光,這種水母的DNA分子上有一段長度為5 170個堿基對的片段——綠色熒光蛋白基因。下列有關(guān)敘述錯誤的是( )
A.綠色熒光蛋白基因具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)
B.綠色熒光蛋白基因有A、U、C、G四種堿基
C.綠色熒光蛋白基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段
D.遺傳信息蘊藏在堿基對的排列順序中
B [基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu),因此綠色熒光蛋白基因也具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu),A正確;綠色熒光蛋白基因有A、T、C、G四種堿基,B錯誤;基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,C正確;遺傳信息蘊藏在堿基對的排列順序中,D正確。]
5.在有關(guān)DNA分子的研究中,常用32P來標(biāo)記DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脫氧)上三個磷酸基團所處的位置(A-Pα~Pβ~Pγ或dA-Pα~Pβ~Pγ)?;卮鹣铝袉栴}:
(1)某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉(zhuǎn)移到DNA末端上,同時產(chǎn)生ADP。若要用該酶把32P標(biāo)記到DNA末端上,那么帶有32P的磷酸基團應(yīng)在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(2)若用帶有32P的dATP作為DNA生物合成的原料,將32P標(biāo)記到新合成的DNA分子上,則帶有32P的磷酸基團應(yīng)在dATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(3)將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標(biāo)記,并使其感染大腸桿菌,在不含有32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體(n個)并釋放,則其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n,原因是________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
[解析] (1)由題干信息可知,ATP中遠離A的磷酸基團是Pγ,當(dāng)ATP水解后形成的Pγ參與DNA的合成,則32P標(biāo)記的磷酸基團位于ATP的γ位上。
(2)dATP去掉2個磷酸基團后是合成DNA的原材料,若用32P標(biāo)記的dATP合成DNA,則標(biāo)記的磷酸基團應(yīng)位于靠近A的位置上,即α位上。
(3)DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制,一個噬菌體DNA分子的2條鏈都用32P標(biāo)記,原標(biāo)記的2條鏈作為模板合成新的DNA,如此反復(fù)有且只有2條鏈被32P標(biāo)記,最終被分配到2個噬菌體中。
[答案] (1)γ (2)α (3)一個含有32P標(biāo)記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復(fù)制后,標(biāo)記的2條單鏈只能被分配到2個噬菌體的雙鏈DNA分子中,因此在得到的n個噬菌體中有2個帶有標(biāo)記課標(biāo)內(nèi)容要求
核心素養(yǎng)對接
1.概述DNA分子通過半保留方式進行復(fù)制。
2.DNA中堿基的排列順序編碼遺傳信息。
1.生命觀念:準(zhǔn)確說出DNA復(fù)制的過程和特點,明確DNA在前后代可以保持連續(xù)性;同時說明基因和DNA在結(jié)構(gòu)和功能上的關(guān)系。
2.科學(xué)思維:根據(jù)堿基互補配對原則進行DNA復(fù)制的相關(guān)計算;并通過分類和比較及分析和綜合,說出基因和DNA、染色體、脫氧核苷酸、性狀等的關(guān)系。
3.科學(xué)探究:分析探究DNA復(fù)制的實驗方法、過程和結(jié)論。
兩條鏈被標(biāo)記情況
密度大小
離心位置
都是15N
最大
靠近試管的底部
一條15N,一條14N
居中
位置居中
都是14N
最小
靠近試管的上部
知 識 網(wǎng) 絡(luò) 構(gòu) 建
核 心 語 句 背 誦
1.DNA復(fù)制需要DNA模板、4種脫氧核苷酸做原料以及酶和能量。
2.DNA復(fù)制的特點是邊解旋邊復(fù)制和半保留復(fù)制。
3.DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu),為復(fù)制提供了精確的模板;通過堿基互補配對,保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進行。
4.DNA通過復(fù)制,保持了遺傳信息的連續(xù)性。
5.基因通常是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。
6.DNA分子中堿基對的排列順序代表遺傳信息。
這是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進化》第4節(jié) 基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段學(xué)案,共4頁。學(xué)案主要包含了基礎(chǔ)學(xué)習(xí),鞏固練習(xí)等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2024屆人教版高中生物一輪復(fù)習(xí)DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段學(xué)案,共24頁。學(xué)案主要包含了DNA的結(jié)構(gòu),DNA復(fù)制的過程等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份人教版 (2019)必修2《遺傳與進化》第3章 基因的本質(zhì)第3節(jié) DNA的復(fù)制導(dǎo)學(xué)案及答案,共13頁。
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