第三章-第三節(jié)

2023/12/27第三章第三節(jié)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解對DNA分子復(fù)制的推測及實驗證據(jù)。2.歸納DNA分子的復(fù)制過程，并探討DNA復(fù)制的生物學(xué)意義。內(nèi)容索引新知導(dǎo)學(xué)達(dá)標(biāo)檢測新知導(dǎo)學(xué)一、探究DNA的復(fù)制過程1.實驗方法：

。2.實驗原理(1)含15N的雙鏈DNA密度較大，離心后的條帶應(yīng)分布于離心管的

。(2)含14N的雙鏈DNA密度較小，離心后的條帶應(yīng)分布于離心管的

。(3)兩條鏈分別含15N和14N的雙鏈DNA密度介于雙鏈均含15N的DNA和雙鏈均含14N的DNA之間，離心后的條帶應(yīng)分布于離心管的

。同位素示蹤法下部上部中部3.實驗過程(1)大腸桿菌在以15NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)液中繁殖若干代。(2)將上述大腸桿菌轉(zhuǎn)到以

為唯一氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)。(3)在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA，即分別取完成

細(xì)胞分裂和

細(xì)胞分裂的大腸桿菌，并將其中的DNA分子分離出來。(4)將提取的DNA進(jìn)行

和分析，記錄離心后離心管中DNA的位置。14NH4Cl一次兩次密度梯度超速離心4.實驗結(jié)果(如圖示)(1)離心管a：立即取出提取DNA→離心→離心管底部

。(2)離心管b：繁殖一代后取出提取DNA→離心→離心管中部(___________

)。(3)離心管c：繁殖二代后取出提取DNA→離心→離心管上部和離心管中部(

和

)。5.實驗結(jié)論：DNA的復(fù)制方式為

復(fù)制。(15N－15N－DNA)15N－14N－DNA14N－14N－DNA15N－14N－DNA半保留例1在氮源為14N和15N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其DNA分子分別為14N－DNA(相對分子質(zhì)量為a)和15N－DNA(相對分子質(zhì)量為b)。將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上，再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ)，用某種離心方法分離得到的結(jié)果如圖所示。下列對此實驗的敘述不正確的是A.Ⅰ代細(xì)菌DNA分子中一條鏈?zhǔn)?4N，另一

條鏈?zhǔn)?5NB.Ⅱ代細(xì)菌含15N的DNA分子占全部DNA分

子的C.預(yù)計Ⅲ代細(xì)菌DNA分子的平均相對分子

質(zhì)量為D.上述實驗結(jié)果證明DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制答案解析√解析15N－DNA在14N的培養(yǎng)基上進(jìn)行第一次復(fù)制后，產(chǎn)生的兩個子代DNA分子均含有一條15N的DNA鏈和一條14N的DNA鏈。這樣的DNA用離心法分離后，應(yīng)該全部處在試管的中部。Ⅰ代的兩個DNA分子再分別進(jìn)行復(fù)制，它們所產(chǎn)生的兩個子代DNA分別為全14N－DNA分子和14N、15N—DNA分子。此時，將該DNA作離心處理，產(chǎn)生的DNA沉淀應(yīng)該分別位于試管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的

。培養(yǎng)一個大腸桿菌，則其Ⅲ代細(xì)菌DNA分子共有8個，各條鏈的相對分子質(zhì)量之和為(7a＋b)，平均相對分子質(zhì)量為

。例2

(2018·杭州模擬)如圖為科學(xué)家設(shè)計的DNA合成的同位素示蹤實驗，利用大腸桿菌來探究DNA的復(fù)制過程，下列說法正確的是答案解析A.從獲得試管①到試管③，細(xì)胞內(nèi)的染色體復(fù)制了兩次B.用噬菌體代替大腸桿菌進(jìn)行實驗，提取DNA更方便C.試管③中含有14N的DNA占D.本實驗是科學(xué)家對DNA復(fù)制方式假設(shè)的驗證√解析大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)沒有染色體，A錯誤；噬菌體是營寄生生活的，不能在培養(yǎng)液中繁殖，不能代替大腸桿菌進(jìn)行實驗，B錯誤；試管③中含有14N的DNA占100%，C錯誤；本實驗是對DNA半保留復(fù)制的驗證實驗，D正確。二、DNA分子復(fù)制的過程1.概念：產(chǎn)生

跟親代DNA

相同的新DNA分子的過程。2.DNA復(fù)制的過程(1)解旋：在

作用下，DNA分子兩條鏈的配對堿基之間的

鍵斷裂，堿基暴露出來，形成兩條“模板鏈”(母鏈)。(2)合成子鏈：以

為模板，在

作用下，利用游離的4種

為原料，按照

原則，合成與母鏈____的子鏈。(3)形成子代DNA：延伸子鏈，母子鏈盤繞成

結(jié)構(gòu)。結(jié)果，一個DNA分子形成兩個

的子代DNA分子。兩個解旋酶氫每一條母鏈DNA聚合酶脫氧核苷酸堿基互補配對互補雙螺旋完全相同完全3.復(fù)制的條件模板：

。原料：

。酶：

。能量：

。4.復(fù)制的特點：

，即子代DNA雙鏈＝一條母鏈＋一條新子鏈。5.意義：將

從親代傳給子代，保持了

的連續(xù)性。親代DNA解旋產(chǎn)生的兩條母鏈游離的四種脫氧核苷酸DNA解旋酶、DNA聚合酶ATP半保留復(fù)制遺傳信息遺傳信息歸納總結(jié)對DNA復(fù)制的理解(1)DNA復(fù)制的場所：主要場所是細(xì)胞核，但在擬核、線粒體、葉綠體中也能進(jìn)行DNA復(fù)制。(2)能夠進(jìn)行DNA復(fù)制的生物：一切以DNA為遺傳物質(zhì)的生物。(3)真核生物細(xì)胞核中DNA復(fù)制發(fā)生的時間：在體細(xì)胞中發(fā)生在有絲分裂間期；在有性生殖過程中發(fā)生在減數(shù)第一次分裂前的間期。(4)復(fù)制所需的酶是指一個酶系統(tǒng)。①解旋酶的作用是破壞堿基間的氫鍵。②DNA聚合酶的作用是連接游離的脫氧核苷酸。例3下列關(guān)于DNA復(fù)制條件的敘述，不正確的是A.DNA復(fù)制時只有DNA的一條鏈作模板B.以4種游離的脫氧核苷酸為原料C.DNA復(fù)制過程需要消耗能量D.沒有酶的催化，細(xì)胞DNA復(fù)制無法進(jìn)行解析DNA復(fù)制是指DNA分子利用細(xì)胞提供的能量，在解旋酶的作用下將雙鏈解開，以解開的兩條鏈為模板，在DNA聚合酶作用下，利用細(xì)胞中游離的4種脫氧核苷酸為原料，合成與母鏈互補的子鏈，每條子鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，最終形成與親代DNA分子相同的子代DNA的過程。答案解析√例4

(2017·浙江4月選考)若將處于G1期的胡蘿卜愈傷組織細(xì)胞置于含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)液中，培養(yǎng)至第二次分裂中期。下列敘述正確的是A.每條染色體中的兩條染色單體均含3HB.每個DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈均含3HC.每個

DNA分子中均只有一條脫氧核苷酸鏈含3HD.每條染色單體均只有一個DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈含3H答案解析√解析若將處于G1期的胡蘿卜愈傷組織細(xì)胞置于含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)液中，在間期的S期時DNA復(fù)制1次，所以第一次細(xì)胞分裂完成后得到的2個子細(xì)胞都是每一條染色體的DNA都只有1條鏈被標(biāo)記，培養(yǎng)至第二次分裂中期，每條染色體中的兩條染色單體均含3H標(biāo)記。特別提醒DNA分子復(fù)制特點及子代DNA存在位置與去向(1)復(fù)制特點——半保留復(fù)制，即新DNA分子總有一條鏈來自親代DNA(即模板鏈)，另一條鏈(子鏈)由新鏈構(gòu)建而成。(2)2個子代DNA位置：當(dāng)一個DNA分子復(fù)制后形成兩個新DNA分子后，這兩個新DNA恰位于兩條姐妹染色單體上，且由著絲粒連在一起，即：(3)2個子代DNA去向：在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期著絲粒分開，分別進(jìn)入兩個子細(xì)胞中。例5

(2018·杭州五校聯(lián)考)下列關(guān)于DNA的相關(guān)計算，正確的是A.具有1000個堿基對的DNA，腺嘌呤有600個，則每一條鏈上都具有

胞嘧啶200個B.具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，復(fù)制n次后共需2n·m個胸腺嘧啶C.具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，第n次復(fù)制需要2n－1·m個胸腺嘧啶D.無論是雙鏈DNA還是單鏈DNA，(A＋G)所占的比例均是答案解析√解析具有1000個堿基對的DNA，腺嘌呤有600個，則DNA中含胞嘧啶400個，因此一條鏈上的胞嘧啶數(shù)可為0～400個，A項錯誤；具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，復(fù)制n次后DNA數(shù)由1個變?yōu)?n個，因此需要(2n－1)·m個胸腺嘧啶，其第n次復(fù)制DNA數(shù)由2n－1個變?yōu)?n個，這一過程需要(2n－2n－1)·m＝2n－1·m個胸腺嘧啶，B項錯誤，C項正確；只有在雙鏈DNA中才遵循卡伽夫法則，即A＝T、G＝C，在單鏈DNA中不存在這一關(guān)系，因此只有雙鏈DNA中(A＋G)所占的比例為

，單鏈DNA中該比值不一定為

，D項錯誤。學(xué)習(xí)小結(jié)間一間邊解旋邊復(fù)制半保留復(fù)制達(dá)標(biāo)檢測1.保證準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行DNA復(fù)制的關(guān)鍵步驟是A.解旋酶促使DNA的兩條鏈分離B.游離的脫氧核苷酸與母鏈堿基進(jìn)行互補配對C.配對的脫氧核苷酸之間連接成與母鏈互補的子鏈D.模板母鏈與互補子鏈盤繞成雙鏈結(jié)構(gòu)解析DNA具有獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能為復(fù)制提供模板；堿基具有互補配對的能力，能夠使復(fù)制準(zhǔn)確無誤。√12345答案解析2.用15N標(biāo)記細(xì)菌的DNA分子，再將它們放入含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)繁殖四代，a、b、c為三種DNA分子；a只含15N，b同時含14N和15N，c只含14N，如下圖，這三種DNA分子的比例正確的是答案12345√3.DNA分子復(fù)制時，解旋酶作用的部位應(yīng)該是A.腺嘌呤與鳥嘌呤之間的氫鍵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)鍵解析DNA復(fù)制過程中用到解旋酶和DNA聚合酶，其中解旋酶的作用是把兩條螺旋的雙鏈解開，破壞的是A與T、G與C之間的氫鍵?！檀鸢附馕?23454.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)，抽取其子代的DNA經(jīng)高速離心分離，如圖①～⑤為可能的結(jié)果，下列敘述錯誤的是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答案解析12345√解析親代DNA為15N－15N，經(jīng)第一次復(fù)制所形成的子代DNA應(yīng)均為15N－14N，應(yīng)如圖②所示。123455.科學(xué)家以大腸桿菌為實驗對象，運用同位素示蹤技術(shù)及密度梯度離心方法進(jìn)行了DNA復(fù)制方式的探索實驗，實驗內(nèi)容