2023年高考生物一轮复习(新人教新高考)第6单元第3课时DNA的复制.pdf
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1、第 3 课时 DNA 的复制 课标要求 概述 DNA 分子通过半保留方式进行复制。1DNA 复制方式的实验证据(1)实验者:美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。(2)研究方法:假说演绎法。(3)实验材料:大肠杆菌。(4)实验技术:同位素标记技术和离心技术。(5)实验原理:含15N 的双链 DNA 密度大,含14N 的双链 DNA 密度小,一条链含14N、一条链含15N 的双链 DNA 密度居中。(6)实验假设:DNA 以半保留的方式复制。(7)实验预期:离心后应出现 3 条 DNA 带。重带(密度最大):两条链都为15N 标记的亲代双链DNA;中带(密度居中):一条链为14N 标记,另一条链为15N
2、 标记的子代双链 DNA;轻带(密度最小):两条链都为14N 标记的子代双链 DNA。(8)实验过程及分析 实验过程 实验分析 a立即取出:提取 DNA离心全部重带。b.细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出:提取DNA离心全部中带。c.细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出:提取 DNA离心12轻带、12中带。(9)实验结论:DNA 的复制是以半保留的方式进行的。2DNA 的复制(1)概念、时间、场所 (2)过程 (3)结果:一个 DNA 分子形成了两个完全相同的 DNA 分子。(4)特点 边解旋边复制半保留复制(5)DNA 准确复制的原因 DNA 具有独特的双螺旋结构,为复制提供精确的模板,碱基
3、互补配对原则,保证了复制能准确地进行。(6)DNA 复制的意义:DNA 通过复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了遗传信息的连续性。热图分析 下列为 DNA 复制的有关图示,ABC 表示大肠杆菌的 DNA 复制,DEF表示哺乳动物的 DNA 分子复制。图中黑点表示复制起点,“”表示复制方向,“”表示时间顺序。若 A 中含有 48 502 个碱基对,而子链延伸速率是 105个碱基对/min,假设 DNA 分子从头到尾复制,理论上此 DNA 分子复制约需 30 s,而实际上只需约 16 s,根据 AC 过程分析,这是因为复制是双向进行的。哺乳动物体细胞中的 DNA 分子展开可达 2
4、m之长,若按AC 图的方式复制,至少需要8 h,而实际上只需约 6 h,根据 DF 图分析,原因是 DNA 分子从多个起点(双向)复制。AF 图均有以下特点:延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明 DNA 分子复制的特点是边解旋边复制。哺乳动物成熟的红细胞能否进行上述过程?不能。3“图解法”分析 DNA 复制相关计算 (1)将含有15N 的 DNA 分子放在含有14N 的培养液中连续复制 n 次,则:子代 DNA 共 2n个 含15N的DNA分子:2个只含15N的DNA分子:0个含14N的DNA分子:2n个只含14N的DNA分子:2n2个 脱氧核苷酸链共 2n1条 含15N的脱氧核苷酸链:2条含14N
5、的脱氧核苷酸链:2n12条(2)DNA 分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数 若亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸 m 个,经过 n 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m(2n1)。第 n 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为 m2n1。考向一 DNA 复制过程及实验证据辨析 1图示 DNA 复制过程,下列叙述正确的是()ADNA 复制过程中不需要引物,也不需要能量 B新形成的两条单链复制的方向不同且均为连续复制 C该过程在蛙的红细胞和哺乳动物的红细胞均能发生 D复制后的两个 DNA 分子位于一条或两条染色体上 答案 D 解析 DNA 复制过程需要引物引导复制的开始,也需要消耗 ATP,A 错误;DN
6、A 分子是反向平行的,而复制的时候只能是从 5端向 3端延伸,所以两条子链合成方向相反,且据图可知,并非两条链均为连续复制,B 错误;哺乳动物成熟红细胞不能进行 DNA 分子复制,C 错误;复制后的两个 DNA 分子位于一条(着丝粒断裂之前)或两条染色体上(着丝粒断裂之后),D 正确。2.(2022北京丰台区高三模拟)14N 和15N 是 N 元素的两种稳定同位素,含15N 的 DNA 比含14N的 DNA 密度大。为探究 DNA 复制的方式,科学家先用含有15NH4Cl 的培养液培养大肠杆菌,繁殖若干代得到的大肠杆菌,其 DNA 几乎都被15N 标记;再将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普
7、通培养液中培养。收集不同时期的大肠杆菌,提取 DNA 并进行离心处理,离心后试管中 DNA 的位置如图所示。下列推测不合理的是()A子代 DNA 的两条链可能都含有15N B1 号带中的 DNA 的氮元素都是14N C实验结果证明 DNA 复制方式为半保留复制 D3 号带的 DNA 为亲代大肠杆菌的 DNA 答案 A 解析 由于 DNA 分子的复制方式为半保留复制,培养液中含有14NH4Cl,所以子代 DNA 的两条链不可能都含有15N,A 错误;1 号带中的 DNA 的氮元素都是14N,相对质量最轻,离心后分布在试管上端,B 正确;3 号带分布在试管的下端,说明 DNA 分子的两条链都是15
8、N,为亲代大肠杆菌的 DNA,D 正确。考向二 DNA 复制过程的有关计算 3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()AX 层与 Y 层中 DNA 分子质量比大于 13 BY 层中含15N 标记的鸟嘌呤有 3 600 个 CX 层中含有的氢键数是 Y 层的 1/3 倍 DW 层与 Z 层的核苷酸数之比是 41 答案 C 解析 X 层(2 个 DNA 分子含有
9、14N 和15N)与 Y 层(6 个 DNA 分子只含15N)中 DNA 分子质量比小于 13,A 错误;1 个 DNA 中鸟嘌呤 G450 个,Y 层(6 个 DNA 分子只含15N)中含15N标记的鸟嘌呤 G45062 700 个,B 错误;X 层中有 2 个 DNA 分子,Y 层中有 6 个 DNA分子,故 X 层中含有的氢键数是 Y 层的 1/3 倍,C 正确;W 层(14 个含有15N 的 DNA 单链)与 Z 层(2 个含有14N 的 DNA 单链)的核苷酸数之比是 14271,D 错误。4(2022广东高三模拟)一个被15N 标记的、含 1 000 个碱基对的 DNA 分子片段,
10、其中一条链中 TA 占 30%,若将该 DNA 分子放在含14N 的培养基中连续复制 3 次,相关叙述正确的是()A该 DNA 分子的另一条链中 TA 占 70%B该 DNA 分子中含有 A 的数目为 400 个 C该 DNA 分子第 3 次复制时需要消耗 2 800 个 G D经 3 次复制后,子代 DNA 分子中含14N 的比例为 7/8 答案 C 解析 DNA 分子片段的一条链中 TA 占 30%,根据碱基互补配对原则,另一条链中 TA也为 30%,A 错误;根据题意分析可知,该 DNA 分子中含有 A 的数目为 300 个,B 错误;根据题意分析可知,GC700,该 DNA 分子第 3
11、 次复制时需要消耗 G 的数量227002 800 个,C 正确;经 3 次复制后,8 个子代 DNA 分子中都含14N,故比例为 1,D 错误。考向三 DNA 复制与细胞分裂的关系 5将马蛔虫(2n4)的甲、乙两个精原细胞核 DNA 双链用32P 标记,接着置于不含32P 的培养液中培养,在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是()A甲在第一个细胞周期后,含32P 的细胞数为 2,且每个细胞中含有32P 的染色体数为 04 B甲在第二个细胞周期后,含32P 的细胞数为24,且每个细胞含有32P 的染色体数为04 C乙在减数分裂后,含32P 的细胞数
12、为 2,且每个细胞中含有32P 的染色体数为 02 D乙在减数分裂后,含32P 的细胞数为 24,且每个细胞中含有32P 的染色体数为 02 答案 B 解析 一个细胞周期中 DNA 分子只进行一次半保留复制,因此甲在第 1 个细胞周期后,全部细胞均含32P,且每个细胞中的每条染色体都含有32P,即每个细胞中含有32P 的染色体数为 4,A 错误;第一个细胞周期结束形成的 2 个子细胞的每个 DNA 分子都有一条链含有32P,另一条链含有31P。在第二个细胞周期中,DNA 分子又进行了一次半保留复制,则形成的 8个 DNA 分子中,有 4 个 DNA 分子是一条链含有32P,另一条链含有31P,
13、另外 4 个 DNA 分子都只含31P,而在有丝分裂后期,姐妹染色单体分开后随机移向两极,因此甲在第 2 个细胞周期后,有 2 个或 3 个或 4 个细胞含32P,且每个细胞含有32P 的染色体数为 04,B 正确;减数分裂前的间期,DNA 分子只进行一次半保留复制,因此乙经过减数分裂后,形成的 2个细胞均含32P,且每个细胞中的每条染色体都含有32P,在减数分裂前期和中期,有 2 条染色体含有32P,在减数分裂后期和末期,有 4 条染色体含有32P,即每个细胞中含有32P的染色体数为 2 或 4,C 错误;乙在减数分裂后,将形成 4 个精细胞,每条染色体含有32P,故 4 个细胞均含32P,
14、D 错误。6(2019浙江 4 月选考,25)在含有 BrdU 的培养液中进行 DNA 复制时,BrdU 会取代胸苷掺入到新合成的链中,形成 BrdU 标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色,发现含半标记 DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光,含全标记 DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含 BrdU 的培养液中,培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是()A1/2 的染色体荧光被抑制 B1/4 的染色单体发出明亮荧光 C全部 DNA 分子被 BrdU 标记 D3/4 的 DNA 单链被 BrdU 标记 答案 D 解析
15、 DNA 复制方式是半保留复制,第一次分裂结束后所有染色体的 DNA 分子中一条链不含 BrdU,另外一条链含有 BrdU;第二次分裂结束后有 1/2 的染色体上 DNA 分子两条链均含有 BrdU,1/2 的染色体上 DNA 分子中一条链不含 BrdU,另外一条链含有 BrdU;到第三次有丝分裂中期,全部 DNA 分子被 BrdU 标记,所有染色体均含有姐妹染色单体,其中有 1/2的染色体上 2 个 DNA 分子的两条链均含有 BrdU(荧光被抑制),有 1/2 的染色体上 2 个 DNA分子中的 1 个 DNA 分子的两条链中的 1 条含 BrdU、1 条不含 BrdU,另 1 个 DNA
16、 分子的两条链均含 BrdU,所以有 1/4 的染色单体会发出明亮荧光,7/8 的 DNA 单链被 BrdU 标记。重温高考 真题演练 1(2021山东,5)利用农杆菌转化法,将含有基因修饰系统的 TDNA 插入到水稻细胞 M的某条染色体上,在该修饰系统的作用下,一个 DNA 分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U,脱氨基过程在细胞 M 中只发生一次。将细胞 M 培育成植株 N。下列说法错误的是()AN 的每一个细胞中都含有 TDNA BN 自交,子一代中含 TDNA 的植株占 3/4 CM 经 n(n1)次有丝分裂后,脱氨基位点为 AU 的细胞占 1/2n DM 经 3 次有丝分裂后,含 T
17、DNA 且脱氨基位点为 AT 的细胞占 1/2 答案 D 解析 N 是由 M 细胞形成的,在形成过程中没有 DNA 的丢失,由于 TDNA 插入到水稻细胞 M 的某条染色体上,所以 M 细胞含有 TDNA,因此 N 的每一个细胞中都含有 TDNA,A 正确;N 植株的一条染色体中含有 TDNA,可以记为,因此 N 植株关于是否含有 TDNA 的基因型记为,如果自交,则子代中相关的基因型为121,有 3/4 的植株含 TDNA,B 正确;M 中只有 1 个 DNA 分子上的单链上的一个 C 脱去氨基变为 U,所以复制 n 次后,产生的子细胞有 2n个,但脱氨基位点为 AU 的细胞只有 1 个,所
18、以这种细胞的比例为 1/2n,C 正确;如果 M 经 3 次有丝分裂后,形成子细胞有 8 个,由于M 细胞 DNA 分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U,是 G 和 U 配对,所以复制三次后,有 4个细胞脱氨基位点为 CG,3 个细胞脱氨基位点为 AT,1 个细胞脱氨基位点为 UA,因此含 TDNA 且脱氨基位点为 AT 的细胞占 3/8,D 错误。2(2021浙江,22)在 DNA 复制时,5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料,与腺嘌呤配对,掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色,DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色,只有一条链含有 BrdU 的染色
19、单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU 的培养液中培养,取根尖用 Giemsa 染料染色后,观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是()A第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色 B第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同 C第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为 1/4 D根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,还能观察到深蓝色的染色单体 答案 C 解析 据题意分析第一个细胞周期的每条染色体的染色单体都只有一条链含有 BrdU,故呈深蓝色,A 正确;第二个细胞周期的每条染色体复制之后,每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双链都含有 BrdU
20、呈浅蓝色,一条单体只有一条链含有 BrdU 呈深蓝色,故着色都不同,B 正确;第二个细胞周期结束后,不同细胞中含有的带有双链都含有 BrdU 的染色体和只有一条链含有 BrdU 的染色体的数目是不确定的,故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例不能确定,C 错误;根尖分生区细胞可以持续进行有丝分裂,且 DNA复制为半保留复制,所以不管经过多少个细胞周期,依旧可以观察到一条链含有 BrdU 的染色单体,成深蓝色,D 正确。3(2021浙江,14)含有 100 个碱基对的一个 DNA 分子片段,其中一条链的 AT 占 40%,它的互补链中 G 与 T 分别占 22%和 18%,如果连续
21、复制 2 次,则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为()A240 个 B180 个 C114 个 D90 个 答案 B 解析 分析题意可知:该 DNA 片段含有 100 个碱基对,即每条链含有 100 个碱基,其中一条链(设为 1 链)的 AT 占 40%,即 A1T140 个,则 C1G160 个;互补链(设为 2 链)中 G 与 T 分别占 22%和 18%,即 G222,T218,可知 C122,则 G1602238C2,故该 DNA 片段中 C223860。已知 DNA 复制了 2 次,则 DNA 分子的个数为 224,4个 DNA 分子中共有胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为 460240,
22、原 DNA 片段中有 60 个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸,则需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为 24060180,B 正确,A、C、D 错误。4(2018海南,15)现有 DNA 分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有15N 的培养基中繁殖两代,再转到含有14N 的培养基中繁殖一代,则理论上 DNA 分子的组成类型和比例分别是()A有15N14N 和14N14N 两种,其比例为 13 B有15N15N 和14N14N 两种,其比例为 11 C有15N15N 和14N14N 两种,其比例为 31 D有15N14N 和14N14N 两种,其比例为 31 答案
23、 D 解析 DNA 分子的两条单链均只含有14N,该大肠杆菌在含有15N 的培养基中繁殖两代,形成 4 个 DNA,其中 2 个 DNA 为15N14N,另外 2 个 DNA 为15N15N。再转到含有14N 的培养基中繁殖一代,DNA 为15N14N 形成的子代 DNA 中,1 个 DNA 为15N14N,另外 1 个 DNA 为14N14N;而 DNA 为15N15N 形成的 2 个子代 DNA 都为15N14N;因此,理论上 DNA 分子的组成类型有15N14N 和14N14N 两种,其比例为 31。5(2021辽宁,7)下列有关细胞内的 DNA 及其复制过程的叙述,正确的是()A子链延
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