第3節(jié)DNA的復(fù)制一、DNA分子復(fù)制方式的推測和實(shí)驗(yàn)證據(jù)1對DNA分子復(fù)制的推測(1)提出者：沃森和克里克。(2)假說解旋：DNA分子復(fù)制時(shí)，DNA分子的雙螺旋將解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂。復(fù)制：解開的兩條單鏈作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，通過形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。(3)特點(diǎn)：新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，這種復(fù)制方式被稱做半保留復(fù)制。2DNA分子復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)(選學(xué))(1)實(shí)驗(yàn)方法：放射性同位素標(biāo)記法和密度梯度離心技術(shù)。(2)實(shí)驗(yàn)原理DNA的兩條鏈都用15N標(biāo)記，那么這樣的DNA分子密度最大，離心時(shí)應(yīng)該在試管的底部。兩條鏈中都含有14N，那么這樣的DNA分子密度最小，離心時(shí)應(yīng)該在試管的上部。兩條鏈中一條含有15N，一條含有14N，那么這樣的DNA分子離心時(shí)應(yīng)該在試管的中部。(3)實(shí)驗(yàn)過程(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果立即取出，提取DNA離心全部重帶。繁殖一代后取出，提取DNA離心全部中帶。繁殖兩代后取出，提取DNA離心輕帶、中帶。(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)期的一致，說明DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。例1沃森和克里克在發(fā)表了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的論文后，又提出了DNA自我復(fù)制的假說。下列有關(guān)假說內(nèi)容的敘述不正確的是()ADNA復(fù)制時(shí)，雙螺旋將解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂B以解開的兩條單鏈為模板，以游離的脫氧核苷酸為原料，依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，通過氫鍵結(jié)合到作為模板的單鏈上C形成的DNA分子包括一條模板單鏈和一條新鏈D形成的兩個(gè)DNA分子是由兩條母鏈、兩條子鏈分別結(jié)合而成答案D解析沃森和克里克提出的DNA自我復(fù)制的假說為半保留復(fù)制，即形成的DNA分子包括一條母鏈和一條子鏈。例2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14NDNA(相對分子質(zhì)量為a)和15NDNA(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(和)，用某種離心方法分離得到的結(jié)果如下圖所示。下列對此實(shí)驗(yàn)的敘述不正確的是()A代細(xì)菌DNA分子中一條鏈?zhǔn)?4N，另一條鏈?zhǔn)?5NB代細(xì)菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的C預(yù)計(jì)代細(xì)菌DNA分子的平均相對分子質(zhì)量為D上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制答案B解析15NDNA在14N的培養(yǎng)基上進(jìn)行第一次復(fù)制后，產(chǎn)生的兩個(gè)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。代的兩個(gè)DNA分子再分別進(jìn)行復(fù)制，它們所產(chǎn)生的兩個(gè)子代DNA分別為全14NDNA分子和14N、15NDNA分子。此時(shí)，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。代細(xì)菌DNA分子共有8個(gè)，各條單鏈的相對分子質(zhì)量之和為(7ab)，則代細(xì)菌DNA分子的平均相對分子質(zhì)量為。二、DNA分子復(fù)制的過程1DNA復(fù)制的概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。2時(shí)間：細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。3過程4結(jié)果：形成兩個(gè)完全相同的DNA分子。5特點(diǎn)(1)邊解旋邊復(fù)制。(2)半保留復(fù)制。6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。例3下圖表示DNA分子復(fù)制的過程，結(jié)合圖示，下列有關(guān)敘述不正確的是()ADNA復(fù)制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵，使兩條鏈解開BDNA分子的復(fù)制具有雙向復(fù)制的特點(diǎn)，生成的兩條子鏈的方向相反C從圖示可知，DNA分子具有多起點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn)，縮短了復(fù)制所需的時(shí)間DDNA分子的復(fù)制需要DNA聚合酶將單個(gè)脫氧核苷酸連接成DNA片段答案C解析DNA復(fù)制需要以DNA的兩條鏈為模板，因此DNA分子復(fù)制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵，使兩條鏈解開；由圖可知，DNA分子的復(fù)制具有雙向復(fù)制的特點(diǎn)，生成的兩條子鏈方向相反；圖示中復(fù)制的起點(diǎn)只有1個(gè)，不能體現(xiàn)DNA分子具有多起點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn)；DNA聚合酶的作用是將單個(gè)游離的脫氧核苷酸連接成DNA片段。例4下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是()A在細(xì)胞有絲分裂間期，發(fā)生DNA復(fù)制BDNA通過一次復(fù)制后產(chǎn)生四個(gè)子代DNA分子C真核生物DNA復(fù)制的場所只有細(xì)胞核D單個(gè)脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈答案A解析DNA復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期，是以親代DNA的兩條鏈為模板，合成兩個(gè)子代DNA的過程；真核生物DNA復(fù)制的主要場所是細(xì)胞核，線粒體、葉綠體內(nèi)也可進(jìn)行；DNA復(fù)制過程需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA(水解)酶。1判斷正誤(1)所有的細(xì)胞都能進(jìn)行DNA復(fù)制()(2)DNA解旋后的每一條脫氧核苷酸鏈都可以作為DNA復(fù)制的模板()(3)DNA雙螺旋全部解開后，再開始進(jìn)行DNA復(fù)制()(4)DNA解旋酶破壞的是氫鍵，不能將DNA分解成脫氧核苷酸()答案(1)×(2)(3)×(4)2下列關(guān)于DNA復(fù)制過程的順序，正確的是()互補(bǔ)堿基對之間氫鍵斷裂互補(bǔ)堿基對之間氫鍵合成DNA分子在解旋酶的作用下解旋以解旋后的母鏈為模板進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對子鏈與母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)A BC D答案D解析DNA復(fù)制的基本過程是：解旋合成子鏈雙鏈螺旋化，在解旋時(shí)互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵斷裂，在合成子鏈時(shí)重新形成新的氫鍵。3DNA的復(fù)制保持了親子代間遺傳信息的連續(xù)性，DNA的復(fù)制不可能發(fā)生在()A細(xì)胞核 B葉綠體C線粒體 D核糖體答案D4下列有關(guān)探究DNA復(fù)制過程的說法，不正確的是()A本實(shí)驗(yàn)利用了同位素示蹤法B細(xì)胞有絲分裂一次意味著DNA復(fù)制一次C密度梯度超速離心后，DNA在試管中的位置與相對分子質(zhì)量無關(guān)D本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了DNA具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)答案C解析探究DNA復(fù)制的實(shí)驗(yàn)是利用15N標(biāo)記親代細(xì)胞的DNA，在含14N的培養(yǎng)液中連續(xù)分裂兩次(在分裂的間期DNA都復(fù)制一次)，分別取分裂一次和分裂兩次的細(xì)胞DNA，進(jìn)行密度梯度超速離心，DNA在試管中的位置取決于DNA分子所含同位素的情況，即相對分子質(zhì)量的大?。粚?shí)驗(yàn)結(jié)果說明了DNA具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)。5如圖為DNA復(fù)制的圖解，請據(jù)圖回答下列問題：(1)DNA復(fù)制發(fā)生在_期。(2)過程稱為_。(3)中的子鏈?zhǔn)莀。(4)過程必須遵循_原則。(5)子代DNA分子中只有一條鏈來自親代DNA分子，由此說明DNA復(fù)制具有_的特點(diǎn)。答案(1)有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間(2)解旋(3)、(4)堿基互補(bǔ)配對(5)半保留復(fù)制對點(diǎn)訓(xùn)練題組一DNA分子復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1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()答案D解析因?yàn)镈NA復(fù)制為半保留復(fù)制，因此親本DNA的兩條鏈將進(jìn)入不同的子代DNA分子中，故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)榈诙螐?fù)制時(shí)得到的4個(gè)DNA分子中，都有一條DNA子鏈?zhǔn)窃诘诙螐?fù)制時(shí)形成的，而C項(xiàng)中只有兩個(gè)DNA分子中含第二次復(fù)制出的子鏈(黑色表示)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。2將在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)若干代的某真核細(xì)胞轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，讓細(xì)胞連續(xù)進(jìn)行有絲分裂，并進(jìn)行密度梯度離心，則下列說法中不正確的是()A細(xì)胞經(jīng)過一次分裂和離心后，DNA位于試管的中層B細(xì)胞經(jīng)過兩次分裂和離心后，一半DNA位于試管的中層，另一半DNA位于上層C細(xì)胞經(jīng)過三次分裂和離心后，的DNA位于試管的中層，的DNA位于試管的上層D該實(shí)驗(yàn)可以證明DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制答案C解析細(xì)胞經(jīng)過一次分裂和離心后，所形成的每個(gè)子代DNA分子中的兩條鏈中一條鏈含15N，另一條鏈含14N，位于試管的中層，A項(xiàng)正確；細(xì)胞經(jīng)過兩次分裂和離心后，一半DNA位于試管的中層，另一半DNA位于上層，B項(xiàng)正確；細(xì)胞經(jīng)過三次分裂和離心后，有的DNA位于試管的上層，的DNA位于試管的中層，C項(xiàng)錯(cuò)誤；該實(shí)驗(yàn)可以證明DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制，D項(xiàng)正確。3在生命科學(xué)研究中，“同位素示蹤技術(shù)”是經(jīng)常使用的研究手段。將大腸桿菌的DNA分子用3H標(biāo)記后，放在普通培養(yǎng)基中繁殖兩代，并跟蹤檢測子代細(xì)菌的放射性(如圖所示)，該實(shí)驗(yàn)有力地證明了()ADNA分子復(fù)制需要3HBDNA分子通過復(fù)制進(jìn)行繁殖CDNA分子進(jìn)行半保留復(fù)制DDNA分子復(fù)制需要在細(xì)菌體內(nèi)進(jìn)行答案C4.某DNA含有3 000個(gè)堿基，腺嘌呤占35%。若該DNA分子以15N同位素標(biāo)記的游離脫氧核苷酸為原料復(fù)制3次，再將全部復(fù)制產(chǎn)物置于試管內(nèi)離心，進(jìn)行密度分層，得到結(jié)果如圖所示；然后加入解旋酶再離心，得到結(jié)果如圖所示。則下列有關(guān)分析中正確的是()AX層中的DNA只有14N標(biāo)記，Y層中的DNA只有15N標(biāo)記BW層中含15N標(biāo)記的胞嘧啶3 150個(gè)CW層與Z層的核苷酸數(shù)之比為14DX層中含有的氫鍵數(shù)是Y層的3倍答案B解析由于DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，故X層為中帶，應(yīng)是含有15N和14N的DNA，A錯(cuò)誤；由于DNA復(fù)制3次，產(chǎn)生了8個(gè)DNA，共有16條鏈，則Z含有2條14N鏈，W含有14條15N鏈。由題意可知，每個(gè)DNA含胞嘧啶3 000×15%450(個(gè))，故W層中含15N鏈的胞嘧啶為450×14÷23 150(個(gè))，B正確；W層與Z層核苷酸數(shù)之比為14271，C錯(cuò)誤；X層為2個(gè)DNA，Y層為6個(gè)DNA，故X層氫鍵數(shù)為Y層的，D錯(cuò)誤。題組二DNA分子復(fù)制的過程5下列有關(guān)真核細(xì)胞DNA分子復(fù)制的敘述，正確的是() A復(fù)制形成的兩個(gè)子代DNA分子共4個(gè)游離的磷酸基團(tuán)BDNA復(fù)制時(shí)只以一條脫氧核苷酸鏈作為模板CDNA聚合酶催化堿基對之間的連接D復(fù)制過程中先全部解旋，再進(jìn)行半保留復(fù)制答案A解析每個(gè)DNA分子含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，因此復(fù)制形成的兩個(gè)子代DNA分子共有4個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，A正確；DNA復(fù)制時(shí)兩條脫氧核苷酸鏈都作為模板，B錯(cuò)誤；DNA聚合酶催化游離的脫氧核苷酸間形成磷酸二酯鍵從而連接成DNA片段，C錯(cuò)誤；DNA復(fù)制過程中邊解旋，邊進(jìn)行半保留復(fù)制，D錯(cuò)誤。6(2018·太原高一檢測)DNA分子復(fù)制時(shí)解旋酶作用于下列哪一結(jié)構(gòu)()答案D解析解旋酶的作用是破壞堿基對之間的氫鍵，使DNA雙螺旋解開，只有D項(xiàng)屬于DNA上的堿基對。7DNA一般能準(zhǔn)確復(fù)制，其原因是()DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供模板DNA復(fù)制發(fā)生于細(xì)胞周期的間期堿基互補(bǔ)配對是嚴(yán)格的產(chǎn)生的兩個(gè)子代DNA均和親代DNA相同A B C D答案D解析DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)在解旋后為DNA復(fù)制提供兩條模板，嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)配對原則保證了DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性，保證了子代DNA是以親代DNA提供的兩條鏈為模板合成的。8DNA分子經(jīng)過誘變，某位點(diǎn)上的一個(gè)正常堿基(設(shè)為X)變成了尿嘧啶，該DNA連續(xù)復(fù)制兩次，得到的4個(gè)子代DNA分子相應(yīng)位點(diǎn)上的堿基對分別為UA、AT、GC、CG，推測“X”可能是()A胸腺嘧啶 B胞嘧啶C腺嘌呤 D胸腺嘧啶或腺嘌呤答案B解析據(jù)半保留復(fù)制的特點(diǎn)，DNA分子經(jīng)過兩次復(fù)制后，突變鏈形成的兩個(gè)DNA分子中含有UA、AT堿基對，而另一條正常，正常鏈形成的兩個(gè)DNA分子中含有GC、CG堿基對，因此被替換的可能是G，也可能是C。9在生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬生物體DNA復(fù)制所必需的條件是()酶類游離4種脫氧核苷酸ATPDNA分子適宜的溫度適宜的pHA BC D答案D解析DNA復(fù)制所必需的4個(gè)條件是模板、原料、酶和能量，在體外模擬DNA復(fù)制時(shí)，還需考慮到酶的活性受到溫度及pH的影響，故正確選項(xiàng)為D。10.如圖為DNA分子復(fù)制過程，其中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈。下列敘述中正確的是()A體外復(fù)制需要ATP和核糖體Ba和d的堿基序列肯定相同Cb中的比值與c相同Db中的比值與c相同答案C解析DNA復(fù)制需要模板、原料、酶和能量等必要條件，而核糖體是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場所，A錯(cuò)誤；由圖可知，a、d是模板DNA的兩條鏈，故a與d的堿基互補(bǔ)配對，B錯(cuò)誤；b與c堿基互補(bǔ)配對，的比值相同，C正確；b中的比值是c中該比值的倒數(shù)，D錯(cuò)誤。11如圖為真核細(xì)胞DNA分子復(fù)制過程模式圖。據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述中錯(cuò)誤的是()A由圖示可知，DNA分子復(fù)制的方式是半保留復(fù)制B由圖中可以看出合成兩條子鏈時(shí)，DNA聚合酶移動的方向是相反的C子鏈合成的方向是一定的D解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP答案D解析由圖示可以看出，新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此，DNA分子復(fù)制的方式為半保留復(fù)制；由圖中的箭頭可知，兩條鏈上DNA聚合酶移動的方向是相反的；子鏈合成的方向是一定的，即只能從5端向3端延伸；圖示解旋的過程中只需要解旋酶的催化，而不需要DNA聚合酶的催化。12女性子宮瘤最長的DNA分子可達(dá)36 mm，DNA復(fù)制速度約為4 m/min，但復(fù)制過程僅需40 min左右即可完成，這可能是因?yàn)?)A邊解旋邊復(fù)制B只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，但解旋之后可以向著兩個(gè)方向復(fù)制C以半保留方式復(fù)制D復(fù)制起點(diǎn)多，同時(shí)分段復(fù)制答案D解析真核細(xì)胞中的DNA分子復(fù)制起點(diǎn)多，并且同時(shí)分段復(fù)制，所以DNA的復(fù)制比較迅速。 綜合強(qiáng)化13如圖為高等植物細(xì)胞中DNA復(fù)制過程模式圖。請根據(jù)圖示過程，回答下列問題：(1)由圖示可知，1個(gè)DNA分子復(fù)制出乙、丙2個(gè)DNA分子的方式是_。(2)細(xì)胞中DNA復(fù)制的場所為_；在復(fù)制完成后，乙、丙分開的時(shí)期為_。(3)把乙(只含14N)放在含15N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，復(fù)制2次后子代DNA單鏈中含15N的DNA單鏈所占的比例是_。答案(1)半保留復(fù)制(2)細(xì)胞核、線粒體和葉綠體有絲分裂后期和減數(shù)第二次分裂后期(3)14(2018·曲阜師大高一期中)下圖為真核細(xì)胞中發(fā)生的一項(xiàng)生理過程示意圖，請據(jù)圖回答下列問題：(1)圖中表示的生理過程是_，此過程發(fā)生的主要場所是_。(2)該過程首先需要在_酶作用下把兩條鏈解開；需要_直接供能。(3)已知一個(gè)親代DNA分子有P個(gè)堿基，其中腺嘌呤Q個(gè)，連續(xù)進(jìn)行此項(xiàng)生理過程n次，共消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸_個(gè)。(4)該過程得到的子代DNA與親代相同，原因是_。答案(1)DNA復(fù)制細(xì)胞核(2)解旋ATP(3)(2n1)(Q)(4)DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了準(zhǔn)確的模板，在復(fù)制過程中遵循堿基互補(bǔ)配對原則15DNA的復(fù)制方式可以通過設(shè)想來進(jìn)行預(yù)測，可能的情況是全保留復(fù)制、半保留復(fù)制、彌散復(fù)制三種。究竟是哪種復(fù)制方式呢？下面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明DNA的復(fù)制方式。實(shí)驗(yàn)步驟：a在氮源為14N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為14NDNA(對照)。b在氮源為15N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為15NDNA(親代)。c將親代15N大腸桿菌轉(zhuǎn)移到氮源為14N的培養(yǎng)基中，再連續(xù)繁殖兩代(和)，用密度梯度離心法分離，不同相對分子質(zhì)量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。實(shí)驗(yàn)預(yù)測：(1)如果與對照(14N/14N)相比，子代能分辨出兩條DNA帶：一條_帶和一條_帶，則可以排除_。(2)如果子代只有一條中密度帶，則可以排除_，但不能肯定是_。(3)如果子代只有一條中密度帶，再繼續(xù)做子代DNA密度鑒定：若子代可以分出_和_，則可以排除彌散復(fù)制，同時(shí)肯定半保留復(fù)制；如果子代不能分出_密度兩條帶，則排除_，同時(shí)確定為_。(4)有人提出：第一代()的DNA用解旋酶處理后再離心就能直接判斷DNA的復(fù)制方式，如果輕帶和重帶各占，則一定為半保留復(fù)制。你認(rèn)為這位同學(xué)的說法是否正確？_，原因是_。答案(1)輕密度(14N/14N)重密度(15N/15N)半保留復(fù)制和彌散復(fù)制(2)全保留復(fù)制半保留復(fù)制還是彌散復(fù)制(3)一條中密度帶一條輕密度帶中、輕半保留復(fù)制彌散復(fù)制(4)不正確無論半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制，如果研究DNA單鏈的情況，結(jié)果是一致的，無法區(qū)分解析從題目中的圖示可知，深色為親代DNA的脫氧核苷酸鏈(母鏈)，淺色為新形成的子代DNA的脫氧核苷酸(子鏈)。因此全保留復(fù)制后得到的子代DNA分子，一個(gè)是原來的兩條母鏈重新形成的親代DNA分子，一個(gè)是兩條子鏈形成的子代DNA分子；半保留復(fù)制后得到的每個(gè)子代DNA分子的一條鏈為母鏈，一條鏈為子鏈；彌散復(fù)制后得到的每個(gè)子代DNA分子的單鏈都是由母鏈片段和子代片段間隔連接而成的。13