3.3DNA的復(fù)制（第1課時）（原卷版）

第3章第3節(jié)第1課時DNA的復(fù)制課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)概述DNA分子通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制。1.概述科學(xué)家對DNA復(fù)制的推測2.舉例說出證明DNA半保留復(fù)制實驗的設(shè)計思路自主梳理1.半保留復(fù)制假說：沃森和克里克在發(fā)表DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的論文后，根據(jù)DNA分子結(jié)構(gòu)提出了的假說：DNA分子復(fù)制時，DNA分子的將解開，互補的堿基之間的，解開的作為復(fù)制的模板，游離的依據(jù)原則，通過形成，結(jié)合到作為模板的單鏈上。由于新合成的每個DNA分子中，都保留了，因此，這種復(fù)制方式被稱做復(fù)制。即下圖所示復(fù)制方式。2.全保留復(fù)制假說：沃森和克里克的假說提出后，也有人持不同觀點，提出全保留復(fù)制等不同假說。全保留復(fù)制是指。即上圖所示復(fù)制方式。3.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)（1）實驗材料及方法：1958年，美國生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾以為實驗材料，運用技術(shù)，設(shè)計了一個巧妙的證明DNA半保留復(fù)制的實驗。（2）背景知識：15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素,這兩種同位素的相對原子質(zhì)量不同，，因此，利用技術(shù)可以在試管中區(qū)分。（3）實驗過程：以含有15NH4Cl培養(yǎng)液來培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖若干代，這時,大腸桿菌的DNA幾乎都是標(biāo)記的。然后將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中。在收集大腸桿菌并提取DNA，再將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中。（4）實驗預(yù)期：假設(shè)DNA是以半保留方式復(fù)制的，對離心后試管中DNA的位置就需要運用來預(yù)測，下圖為證明DNA復(fù)制方式的實驗示意圖，請你以“N/1NDNA”的形式寫出圖中序號①～⑧處DNA分子：。（5）實驗結(jié)果：科學(xué)家完成上述實驗的結(jié)果是：親代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理后，試管中出現(xiàn)一條DNA帶，位置靠近試管的底部，說明其密度最大，是DNA(用表示)；將轉(zhuǎn)移培養(yǎng)后第一代細(xì)菌的DNA離心后,試管中也只有一條帶，但位置居中，說明其密度居中，是(用表示)；將第二代細(xì)菌的DNA離心后，試管中出現(xiàn)兩條帶，一條帶位置居中，為15N/14NDNA,另一條帶的位置更靠上，說明其密度最小，是DNA(用表示)。（6）實驗結(jié)論：實驗結(jié)果證明：。預(yù)習(xí)檢測1．下列關(guān)于DNA分子復(fù)制的敘述，不正確的是()A．方式是半保留復(fù)制B．邊解旋邊復(fù)制C．在細(xì)胞分裂期進(jìn)行D．需要模板、原料、能量和酶等2．以DNA的一條鏈“—A—T—C—”為模板，經(jīng)復(fù)制后產(chǎn)生的子鏈?zhǔn)?)A．—G—A—T—B．—U—A—G—C．—T—A—G—D．—T—U—G—3．一個被15N標(biāo)記的DNA分子，以含14N的4種脫氧核苷酸為原料，連續(xù)復(fù)制3次，則含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是()A．1/2B．1/4C．1/6D．1/84．DNA分子復(fù)制時解旋酶作用于下列哪一結(jié)構(gòu)()5．DNA一般能準(zhǔn)確復(fù)制，其原因是()①DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供模板②DNA復(fù)制發(fā)生于細(xì)胞周期的間期③堿基互補配對是嚴(yán)格的④產(chǎn)生的兩個子代DNA均和親代DNA相同A．②④B．②③C．①④D．①③6．已知某DNA含有500個堿基對，其中一條鏈上A∶C∶T∶G＝1∶2∶3∶4。該DNA連續(xù)復(fù)制數(shù)次后，消耗周圍環(huán)境中含G的脫氧核苷酸4500個，則該DNA已經(jīng)復(fù)制了()A．3次B．4次C．5次D．6次7．(不定項)科學(xué)家曾經(jīng)對DNA分子的復(fù)制方式有多種推測：①半保留復(fù)制，兩個子代DNA分子的一條鏈?zhǔn)窃敬嬖诘呐f鏈(實線表示)，另一條是新合成的新鏈(虛線表示)。②全保留復(fù)制，一個子代DNA分子兩條鏈均為新鏈，另一個子代DNA分子兩條鏈均為舊鏈。③彌散復(fù)制，兩個子代DNA分子的每條鏈都有部分新鏈和部分舊鏈。復(fù)制方式假說如圖所示。為探究其復(fù)制方式，將15N標(biāo)記后的大腸桿菌，轉(zhuǎn)到14N培養(yǎng)基中培養(yǎng)，下列說法錯誤的是()A．DNA復(fù)制過程由DNA聚合酶催化，它在細(xì)胞內(nèi)外均可發(fā)揮作用B．通過放射性同位素標(biāo)記，測定放射性強度，最終確定DNA復(fù)制為方式①C．實驗過程中只需觀察子一代DNA分子的離心結(jié)果即不能確定復(fù)制方式為D．經(jīng)過n次復(fù)制后，被標(biāo)記的DNA分子數(shù)占總DNA分子數(shù)的比例為1/2n－18．用15N標(biāo)記含有100個堿基對的雙鏈DNA，其中有胞嘧啶60個，該DNA在含有14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制4次。其結(jié)果不可能是()A．含有15N的DNA占1/8B．復(fù)制過程中需要腺嘌呤脫氧核苷酸600個C．含有14N的DNA占7/8D．復(fù)制結(jié)果共產(chǎn)生16個DNA分子9．如圖為某含有5000個堿基對的DNA復(fù)制的示意圖。該DNA中含有腺嘌呤1200個，復(fù)制泡是DNA正在復(fù)制的部分，復(fù)制叉是尚未解開螺旋的親代雙鏈DNA同新合成的兩個子代DNA交界處，下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．圖中DNA復(fù)制叉和復(fù)制泡產(chǎn)生于細(xì)胞分裂的間期B．多個復(fù)制泡的存在說明DNA多起點復(fù)制，可提高復(fù)制效率C．該DNA分子中嘌呤之間的氫鍵數(shù)比嘧啶之間的氫鍵數(shù)少D．該DNA分子第3次復(fù)制時，消耗鳥嘌呤的數(shù)量是15200個10．如圖為真核細(xì)胞DNA復(fù)制過程的模式圖，請根據(jù)圖示過程回答問題。(1)由圖示得知，1個DNA分子復(fù)制出乙、丙2個DNA分子，其方式是____________。(2)DNA解旋酶能使雙鏈DNA解開，但需要細(xì)胞提供________。(3)從圖中可以看出合成的兩條子鏈的方向是______(填“相同”或“相反”)的。(4)真核細(xì)胞中DNA復(fù)制的場所是____________________________等；細(xì)胞分裂過程中，在復(fù)制完成后，乙、丙分開的時期為________________________。(5)DNA分子通過復(fù)制，將________從親代傳給子代，從而保持了________________的連續(xù)性。?探究一DNA的復(fù)制方式【情景材料】從最簡單的病毒，到生長數(shù)千年的參天大樹，所有生物的遺傳信息都保存在DNA里。地球形成的十億年后，誕生了最初的生命形態(tài)(LUCA)，這種以DNA為底層架構(gòu)的蛋白質(zhì)復(fù)合體，在隨后35億年的演化出千姿百態(tài)的生物。DNA到底擁有什么樣的神奇性質(zhì),才能塑造如此精妙復(fù)雜的生命？DNA在地球各種溫度環(huán)境下都能保持穩(wěn)定，DNA在9095度的高溫才會解開雙鏈，嗜熱細(xì)菌在接近沸騰的海底火山口生活。穩(wěn)定性是1，不穩(wěn)定性就是0！穩(wěn)定的物質(zhì)木材、石磚、鋼鐵等才能用于建筑高樓大廈，穩(wěn)定性越高，建筑生命周期越長。為什么DNA的結(jié)構(gòu)比蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定？DNA復(fù)制是維持遺傳信息傳遞的核心過程。沒有DNA復(fù)制，生物就不能進(jìn)行繁殖、細(xì)胞就不能分裂。DNA復(fù)制是維持生命的基礎(chǔ)。DNA的復(fù)制，怎樣使一個DNA變成兩個DNA呢？關(guān)于這個問題，科學(xué)家曾提出了全保留復(fù)制、半保留復(fù)制、彌散復(fù)制三種假說。DNA的復(fù)制，怎樣使一個DNA變?yōu)閮蓚€，而且它的遺傳物質(zhì)不改變，那么遵循什么原理?要復(fù)制變?yōu)閮蓚€，DNA復(fù)制時，DNA的雙鏈需要打開嗎?需要加入新的堿基嗎?【問題探究】1.DNA的復(fù)制是全保留復(fù)制、半保留復(fù)制、彌散復(fù)制的哪一種？為什么這樣說呢？2.DNA分子的復(fù)制需要哪些條件？3.DNA的復(fù)制有什么特點？?探究二DNA的半保留復(fù)制實驗【情景材料】在20世紀(jì)50年代，沃森和克里克提出了著名的DNA雙螺旋以及雙鏈間堿基配對的模型,根據(jù)這個模型,他們進(jìn)一步提出了DNA復(fù)制的半保留模型，雖然這個模型比當(dāng)時并存的全保留模型看起來簡單易行的多,但始終缺乏有說服力的數(shù)據(jù).最后在1957年,當(dāng)時在Caltech作研究生的MatthewMeselson和作博士后的FranklinStahl設(shè)計并實現(xiàn)了這組著名的,證明了DNA復(fù)制半保留機理的實驗.

試驗中,他們先將大腸桿菌細(xì)胞培養(yǎng)在用15NH4Cl作為唯一氮源的培養(yǎng)液里養(yǎng)很長時間（14代）,使得細(xì)胞內(nèi)所有的氮原子都以15N的形式存在（包括DNA分子里的氮原子）.這時再加入大大過量的14NH4Cl和各種14N的核苷酸分子,細(xì)菌從此開始攝入14N,因此所有既存的“老”DNA分子部分都應(yīng)該是15N標(biāo)記的,而新生的DNA則應(yīng)該是未標(biāo)記的.接下來他們讓細(xì)胞們繼續(xù)高高興興地生長,而自己則在在不同時間提取出DNA分子,利用CsCl密度梯度離心分離,而當(dāng)細(xì)胞分裂了一次的時候只有一個DNA帶,這就否定了所謂的全保留機理,因為根據(jù)全保留機理,DNA復(fù)制應(yīng)該通過完全復(fù)制一個“老”DNA雙鏈分子而生成一個全新的DNA雙鏈分子,那么當(dāng)一次復(fù)制結(jié)束,應(yīng)該一半DNA分子是全新（雙鏈都完全只含14N）,另一半是“全老”（雙鏈都完全只含15N）.這樣一來應(yīng)該在出現(xiàn)在離心管的不同位置,顯示出兩條黑帶。通過與全14N和全15N的DNA標(biāo)樣在離心管中沉積的位置對比,一次復(fù)制（分裂）時的這根DNA帶的密度應(yīng)當(dāng)介于兩者之間,也就是相當(dāng)于一根鏈?zhǔn)?4N,另一根鏈?zhǔn)?5N.而經(jīng)歷過大約兩次復(fù)制后的DNA樣品（generation＝1.9）在離心管中顯示出強度相同的兩條黑帶,一條的密度和generation＝1時候的一樣,另一條則等同于完全是14N的DNA.這樣的結(jié)果跟半保留機理推測的結(jié)果完美吻合。【問題探究】1.將大腸桿菌細(xì)胞培養(yǎng)在用15NH4Cl作為唯一氮源的培養(yǎng)液培養(yǎng)很長時間的目的是什么？2.為什么科學(xué)家在探究DNA復(fù)制實驗時，選15N，而不32P或18O呢？3.如果DNA分子的復(fù)制是全保留復(fù)制，一次復(fù)制所得到的DNA分子一個是全15N、一個是全14N。如果DNA分子的復(fù)制是彌散復(fù)制會出現(xiàn)什么樣的實驗結(jié)果？要點歸納1.半保留復(fù)制假說：——全保留復(fù)制和半保留復(fù)制2.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)2.DNA復(fù)制(1)概念、時間、場所(2)過程【注意問題】1.要分析DNA的復(fù)制是半保留的還是全保留的，就需要通過實驗區(qū)分親代與子代的DNA。2.科學(xué)家運用同位素標(biāo)記的密度梯度技術(shù)，采用假說一演繹法，證實了DNA以半保留方式復(fù)制。3.植物細(xì)胞的線粒體和葉綠體中均可發(fā)生DNA的復(fù)制。4.DNA復(fù)制遵循堿基互補配對原則，新合成的DNA分子兩條鏈中只有一條是新合成的。5.DNA復(fù)制時，嚴(yán)格遵循A－T、C－G的堿基互補配對原則。6.在一個細(xì)胞周期中，DNA復(fù)制過程中的解旋發(fā)生在兩條DNA母鏈之間。7.哺乳動物成熟的紅細(xì)胞無細(xì)胞核和各種細(xì)胞器，不能再進(jìn)行分裂，也不能發(fā)生DNA復(fù)制。8.真核細(xì)胞中復(fù)制形成的兩個子代DNA的分開是隨著著絲點的分裂而分開。9.細(xì)胞核內(nèi)的DNA位于染色體上，DNA的復(fù)制和染色體復(fù)制是同時進(jìn)行的，不是分別獨立進(jìn)行的。10.在細(xì)胞有絲分裂中，DNA的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞有絲分裂的間期，不是細(xì)胞有絲分裂的中期。11.真核細(xì)胞的DNA的復(fù)制主要發(fā)生在細(xì)胞核，其次是線粒體和葉綠體，原核細(xì)胞的DNA復(fù)制主要在擬核區(qū)，其次在細(xì)胞質(zhì)。典例精講【例1】同位素標(biāo)記可用于示蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。利用放射性同位素標(biāo)記時，通常應(yīng)用放射性元素可以發(fā)出射線的原理并結(jié)合放射自顯影技術(shù)以顯示實驗結(jié)果；利用穩(wěn)定同位素標(biāo)記時，區(qū)分不同分子則主要依據(jù)其分子量差異。科學(xué)家將大腸桿菌的DNA全部用15N進(jìn)行標(biāo)記，然后將其轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)繁殖三代，測定各代DNA分子，實驗結(jié)果如圖所示。下列說法正確的是()A.圖中陰影是利用放射自顯影技術(shù)顯示的結(jié)果B.A顯示15N/15N—DNA分子所在的位置C.若將親代DNA分子與子二代DNA分子混合后測定，可以出現(xiàn)3條帶D.若將子三代DNA分子進(jìn)行熱變性后測定，可以出現(xiàn)3條帶【答案】C【解析】15N不具有放射性，故圖中陰影不是利用放射自顯影技術(shù)顯示的結(jié)果，A錯誤；A出現(xiàn)的時間比B要晚，位置比B低，再根據(jù)DNA半保留復(fù)制方式，推測A不是顯示15N/15N—DNA分子所在的位置，B錯誤；親代DNA分子兩條鏈含15N，子二代的DNA，有的DNA一條鏈含有15N，一條鏈含14N，有的DNA兩條鏈都含有14N，故若將親代DNA分子與子二代DNA分子混合后測定，可以出現(xiàn)3條帶，C正確；子三代DNA分子，有的DNA一條鏈含有15N，一條鏈含14N，有的DNA兩條鏈都含有14N，熱變性后DNA形成單鏈，可以出現(xiàn)2條帶，D錯誤?！纠?】1958年，科學(xué)家運用同位素標(biāo)記技術(shù)設(shè)計了DNA復(fù)制的實驗，實驗的培養(yǎng)條件與方法：(1)在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)若干代，使DNA均被15N標(biāo)記，離心結(jié)果如圖中的甲；(2)轉(zhuǎn)至14N的培養(yǎng)基培養(yǎng)，每20分鐘繁殖一代；(3)取出每代大腸桿菌的DNA樣本，離心。圖中的乙、丙、丁是某學(xué)生畫的結(jié)果示意圖。下列有關(guān)推論，正確的是()A.出現(xiàn)丁的結(jié)果需要60分鐘B.乙是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中繁殖一代的結(jié)果C.轉(zhuǎn)入培養(yǎng)基中繁殖三代后含有14N的DNA占3/4D.丙結(jié)果出現(xiàn)后，將此時的DNA熱變性后離心分析可得出半保留復(fù)制的結(jié)論【答案】D【解析】根據(jù)DNA半保留復(fù)制特點，轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中繁殖兩代后所得DNA分子中，有一半DNA分子只含14N，另一半DNA分子是一條鏈含有15N，一條鏈含有14N，離心后出現(xiàn)中帶和輕帶，即丁圖所示結(jié)果，即出現(xiàn)丁的結(jié)果至少要復(fù)制兩次，而大腸桿菌每20分鐘繁殖一代，因此至少需要40分鐘，A錯誤；根據(jù)DNA半保留復(fù)制特點，轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中繁殖一代后所得DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，離心后只出現(xiàn)中帶，即丙圖所示結(jié)果，B錯誤；因?qū)嶒炛蠨NA復(fù)制的原料均含14N，故轉(zhuǎn)入培養(yǎng)基中繁殖三代后，所有的DNA都含有14N，C錯誤；丙是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中繁殖一代的結(jié)果，DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，因此將此時的DNA熱變性后離心分析可得出半保留復(fù)制的結(jié)論，D正確。【例3】下列關(guān)于細(xì)胞核中DNA復(fù)制的敘述，錯誤的是()A.DNA復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞分裂前的間期B.DNA復(fù)制的方式為半保留復(fù)制C.DNA復(fù)制過程需要核糖核苷酸、酶和ATP等D.DNA復(fù)制過程中，解旋和復(fù)制是同時進(jìn)行的【答案】C【解析】對于細(xì)胞核中的DNA而言，DNA分子復(fù)制發(fā)生在有絲分裂前的間期和減數(shù)分裂前的間期，A正確；DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制，B正確；DNA分子的復(fù)制過程需要能量、酶、4種游離的脫氧核苷酸等，C錯誤；DNA分子復(fù)制是一個邊解旋邊復(fù)制的過程，D正確。1.半保留復(fù)制假說：——全保留復(fù)制和半保留復(fù)制2.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)1．如圖表示大腸桿菌的質(zhì)粒DNA復(fù)制過程，其中復(fù)制叉是DNA復(fù)制時在DNA鏈上形成的結(jié)構(gòu)。下列相關(guān)敘述錯誤的是（

）A．復(fù)制時，RNA聚合酶對模板具有依賴性B．大腸桿菌質(zhì)粒中復(fù)制叉的形成需要解旋酶的參與C．大腸桿菌質(zhì)粒DNA的復(fù)制具有雙向復(fù)制的特點D．兩條子鏈DNA都按照其5'→3'的方向進(jìn)行延伸2．下圖表示洋蔥根尖細(xì)胞中DNA分子復(fù)制過程，非復(fù)制區(qū)與復(fù)制區(qū)的相接區(qū)域會形成“Y”字型結(jié)構(gòu)，稱為“復(fù)制叉”。下列說法正確的是（

）A．該過程只需要解旋酶和DNA連接酶2種酶參與B．解旋酶在復(fù)制叉部位將DNA雙鏈解開，消耗ATPC．前導(dǎo)鏈由3’端向5’端的延伸無需ATP的驅(qū)動D．該過程只發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，與染色體同步復(fù)制3．在遺傳工程中，若有一個控制有利形狀的DNA分子片段，

要使其數(shù)量增加，可進(jìn)行人工復(fù)制，復(fù)制時應(yīng)給予的條件是（

）①模板鏈②A、U、G、C堿基

③A、T、C、G堿基

④核糖⑤脫氧核糖⑥D(zhuǎn)NA聚合酶

⑦ATP⑧磷酸

⑨DNA水解酶A．①③④⑦⑧⑨ B．①②④⑥⑦⑧C．①②⑤⑥⑦⑨ D．①③⑤⑥⑦⑧4．某雙鏈DNA分子含有200個堿基對，一條鏈上的C+G的數(shù)量占60%，若該DNA連續(xù)復(fù)制3次，第3次復(fù)制時需要游離的