2019-2020学年高中生物人教版必修2一课三测：第3章第3节　DNA的复制

2019-2020学年高中生物人教版必修2一课三测：第3章第3节　DNA的复制

第 3 节 DNA 的复制 记一记 知识图谱 判一判 1.沃森和克里克提出了 DNA 半保留复制的假说。(√) 2．可利用同位素示踪技术研究 DNA 的复制方式。(√) 3．双链均为 15N 标记的 DNA 分子，放在只含 14N 的培养液 中复制 2 次后，1/2 的 DNA 含 14N。(×) 4．DNA 复制都在细胞核中进行。(×) 5．复制过程需要解旋酶和 DNA 聚合酶等的参与。(√) 6．解旋酶和 DNA 聚合酶的作用部位均为氢键。(×) 7．DNA 的复制需要消耗能量(ATP)。(√) 8．四分体时期的 1 条染色体中含有 2 个双链的 DNA 分子。(√) 悟一悟 1.有关 DNA 复制的三点提醒 (1)亲代 DNA 分子的两条链都可作为模板，以脱氧核苷酸为原 料，在 DNA 聚合酶的催化下合成新的子链。 (2)解旋与复制同时进行，并非双螺旋全部解开后复制。 (3)一般情况下，DNA 分子可准确复制，但也可能发生差错， 如发生基因突变。 2．连续复制 n 次与第 n 次复制的区别 (1)连续复制 n 次指由第 1 次一直复制到第 n 次，是一个连续 过程，所得子代 DNA 分子数为 2n 个。 (2)第 n 次复制指一次复制，是由连续复制(n－1)次到连续复制 n 次的过程，所得 DNA 分子数为(2n－2n－1)＝2n－1 个。 感悟体会： 练一练 1.[2019·山东学业水平测试]某双链 DNA 分子(第一代)在适宜 条件下经过 2 次复制得到的第三代 DNA 分子中，含有第一代脱氧 核苷酸的 DNA 分子有( ) A．1 个 B．2 个 C．4 个 D．8 个 答案：B 2．[2019·广东学业水平测试]下列关于 DNA 分子复制的叙述， 不正确的是( ) A．只发生在有丝分裂间期 B．两条链均为模板 C．需要解旋酶和 DNA 聚合酶 D．方式是半保留复制 解析：DNA 分子的复制发生在细胞分裂间期，包括有丝分裂 间期和减数第一次分裂间期，故 A 项错误。 答案：A 3．基因是有遗传效应的 DNA 片段，下列关于 DNA 复制的说 法，正确的是( ) A．DNA 复制后基因数量加倍 B．DNA 复制只发生在真核细胞中 C．DNA 全部解旋后再开始复制 D．DNA 复制导致染色体数目加倍 解析：DNA 复制后基因数量加倍，A 项正确；DNA 复制在真 核细胞和原核细胞中均可发生，B 项错误；DNA 复制是边解旋边 复制，C 项错误；DNA 复制导致 DNA 数目加倍，着丝点分裂可 导致染色体数目加倍，D 项错误。 答案：A 4．下列有关探究 DNA 复制过程的说法不正确的是( ) A．实验利用了同位素示踪法 B．细胞有丝分裂一次意味着 DNA 复制一次 C．密度梯度离心后，DNA 在试管中的位置与相对分子质量 无关 D．实验结果说明了 DNA 具有半保留复制的特点 解析：探究 DNA 复制的实验利用 15N 标记亲代细胞的 DNA， 在含 14N 的培养液中连续分裂两次(在每次分裂的间期 DNA 都复 制一次)，分别取分裂一次和分裂两次的细胞 DNA，进行密度梯度 离心，DNA 在试管中的位置取决于 DNA 分子所含同位素的情况， 即相对分子质量的大小。实验结果说明了 DNA 具有半保留复制的 特点。 答案：C 知识点一 对 DNA 分子复制的推测——半保留复制假说 1.细菌在含 15N 标记的 NH4Cl 培养基中繁殖数代后，细菌 DNA 双链被 15N 充分标记，然后再移入含 14N 的普通培养基中培养，不 同时刻收集细菌并提取 DNA，再将提取的 DNA 进行密度梯度离 心分离，图中①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是( ) A．第一次分裂的子代 DNA 应为⑤ B．第二次分裂的子代 DNA 应为① C．第三次分裂的子代 DNA 应为③ D．亲代的 DNA 应为⑤ 解析：亲代 DNA 的两条链都含有 15N，离心后应为⑤，D 项 正确。放在含 14N 的培养基中培养，子一代中 DNA 均含 15N 和 14N， 离心后应为②，A 项错误。子二代 DNA 中 1/2 为 15N、14N,1/2 为 14N、14N，离心后应为①，B 项正确。子三代 DNA 中 1/4 为 15N、 14N,3/4 为 14N、14N，离心后应为③，C 项正确。 答案：A 2．用 15N 同位素标记细菌的 DNA 分子，再将其放入含 14N 的培养基中连续繁殖四代，a、b、c 为三种 DNA 分子：a 只含 15N， b 同时含 14N 和 15N，c 只含 14N，如图(纵坐标为 DNA 分子个数)， 这三种 DNA 分子的比例正确的是( ) 解析：一个双链 DNA 分子，复制 n 次，形成的子代 DNA 分 子数为 2n 个。根据 DNA 分子半保留复制特点，不管亲代 DNA 分 子复制几次，子代 DNA 分子中含有亲代 DNA 单链的 DNA 分子 数都只有两个，占子代 DNA 总数的 2/2n。用 15N 同位素标记细菌 的 DNA 分子，再将其放入含 14N 的培养基中连续繁殖四代，共形 成 24＝16(个)DNA 分子。DNA 复制方式为半保留复制，所以在子 代的 16 个 DNA 分子中，只含 15N 的 DNA 分子为 0，同时含 15N 和 14N的 DNA分子为2个，只含 14N的DNA分子为 16－2＝14(个)。 答案：A 知识点二 半保留复制的实验证据 3．将一个用 15N 标记的 DNA 放到含 14N 的环境中培养，让 其连续复制 3 次，将每次复制产物置于试管内进行离心，图中分 别代表复制 1 次、2 次、3 次后的分层结果的是( ) A．c、e、f B．a、e、d C．a、b、d D．c、d、f 解析：DNA 分子的复制特点是半保留复制，一个用 15N 标记 的 DNA 在含 14N 的环境中培养，复制 1 次后，每个 DNA 分子的 一条链含 15N，一条链含 14N，离心后全部位于中密度带，对应图 中的 c；复制 2 次后，产生 4 个 DNA 分子，其中含 15N、14N 的 DNA 分子有 2 个，只含 14N 的 DNA 分子有 2 个，离心后一半位 于中密度带，一半位于低密度带，对应图中的 e；复制 3 次后，产 生 8 个 DNA 分子，其中含 15N、14N 的 DNA 分子有 2 个，只含 14N 的 DNA 分子有 6 个，离心后少部分位于中密度带，大部分位于低 密度带，对应图中的 f。 答案：A 4．在 DNA 复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量 3H 标记的 脱氧胸苷(3H－dT)的培养基中，3H－dT 可掺入正在复制的 DNA 分子中，使其带有放射性标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含 高剂量 3H－dT 的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取 其中的 DNA 进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以作 出的推测是( ) A．复制起始区在高放射性区域 B．DNA 复制为半保留复制 C．DNA 复制从起始点向两个方向延伸 D．DNA 复制的方向为 a→c 解析：根据放射性自显影结果可知，中间低放射性区域是复 制开始时在含低剂量 3H 标记的脱氧胸苷(3H－dT)的培养基中进行 复制的结果，A 项错误；两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到 含高剂量 3H－dT 的培养基中进行复制的结果，因此可判断 DNA 复制从起始点(中间)向两个方向延伸，C 项正确、D 项错误；该实 验不能证明 DNA 复制为半保留复制，B 项错误。 答案：C 基础达标 一、选择题(每小题 5 分，共 60 分) 1．下列有关 DNA 复制过程的叙述中，正确的顺序是( ) ①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对之间氢键形成 ③DNA 分子在解旋酶的作用下解旋 ④以解旋后的母链为模板进 行碱基互补配对 ⑤子链与母链盘旋成双螺旋结构 A．①③④②⑤ B．③①⑤④② C．①④②⑤③ D．③①④②⑤ 解析：DNA 复制过程包括解旋、复制、复旋，在解旋酶作用 下，DNA 分子解旋，解旋酶作用于 DNA 两条链间的氢键，然后 分别以解旋后的两条母链为模板，遵循碱基互补配对原则合成新 的 DNA 子链。子链与母链盘旋成双螺旋结构。 答案：D 2．已知 DNA 分子的一条母链上的部分碱基排列顺序为 —A—C—G—T—，那么，以另一条母链为模板，经复制后得到的 对应子链的碱基排列顺序是( ) A．—T—G—C—A— B．—A—C—G—T— C．—U—G—C—A— D．—A—C—G—U— 解析：DNA 复制过程遵循碱基互补配对原则，以另一条母链 为模板形成的对应子链的碱基排列顺序与已知的母链是相同的。 答案：B 3．关于如图所示 DNA 分子的说法，正确的是( ) A．解旋酶可作用于①部位，DNA 聚合酶作用于③部位 B．该 DNA 的特异性表现在碱基种类和(A＋T)/(G＋C)的比例 上 C．若该 DNA 中 A 为 p 个，占全部碱基 n/m(m>2n)，则 C 的 个数为 pm/2n－p D．把此 DNA 放在含 15N 的培养液中复制 2 代，子代中含 15N 的 DNA 占 3/4 解析：①为磷酸二酯键，③为氢键，解旋酶作用于③部位， DNA 聚合酶作用于①部位，故 A 项错误；所有 DNA 中碱基种类 一般均相同，无特异性，故 B 项错误；根据碱基互补配对原则， A＝T、G＝C，全部碱基个数为 p/(n/m)＝pm/n，C 的个数为(全部 碱基个数－2p)/2，化简得 pm/2n－p，故 C 项正确；DNA 是半保 留复制，图中 DNA 一条链被 15N 标记，复制一次后，有一个 DNA 分子两条链全部含 15N，另一个 DNA 分子一条链含 14N，另一条 链含 15N，第二次复制以后，子代中含 15N 的 DNA 占 100%，故 D 项错误。 答案：C 4．一个双链 DNA，在复制过程中解旋时，由于某种原因， 一条链上的一个“A”变成了“T”，则该 DNA 经 n 次复制后， 发生差错的 DNA 占 DNA 总数的( ) A.1 2 B.1 n C. 1 2n D. 1 4n 解析：一个双链 DNA，在复制过程中解旋时，一条链(a)上的 一个“A”变成了“T”，另一条链(b)是正常的，所以不论复制多 少次，子代 DNA 中，凡最初模板为 a 链的，都是发生差错的 DNA， 凡最初模板为 b 链的，都是正常 DNA。因此该 DNA 经 n 次复制 后，发生差错的 DNA 占总数的1 2 。 答案：A 5．下图为真核生物染色体上 DNA 分子复制过程示意图，有 关叙述错误的是( ) A．图中 DNA 分子复制是从多个起点同时开始的 B．图中 DNA 分子复制是边解旋边双向复制的 C．真核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶 D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率 解析：从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始， 所以 A 项错误。图中 DNA 分子复制是边解旋边双向复制的，真 核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶、DNA 聚合酶等酶的参与。 真核生物的这种多起点、双向复制的方式提高了复制速率。 答案：A 6．一个用 15N 标记的 DNA 分子含 100 个碱基对，其中腺嘌 呤 40 个，在不含 15N 的培养基中经过 n 次复制后，不含 15N 的 DNA 分子总数与含 15N 的 DNA 分子总数之比为 7:1，复制过程共需游 离的胞嘧啶为 m 个，则 n、m 分别是( ) A．3、900 B．3、420 C．4、420 D．4、900 解析：一个用 15N 标记的 DNA 分子中 A＋T＋C＋G＝200 个， A＝T＝40 个，解得 C＝G＝60 个；依据 DNA 分子的半保留复制 方式，在不含 15N 的培养基中经过 n 次复制后，子代 DNA 分子的 总数为 2n，其中不含 15N 的 DNA 分子总数为 2n－2，含 15N 的 DNA 分子总数为 2，则(2n－2) 2＝7 1，解得 n＝4，复制过程共需游 离的胞嘧啶为 m＝(24－1)×60＝900(个)。综上所述，A、B、C 三 项均错误，D 项正确。 答案：D 7．在体外进行 DNA 复制的实验时，可向试管中加入有关的 酶、四种脱氧核苷酸和 ATP,37 ℃下保温。下列叙述中正确的是 ( ) A．能生成 DNA，DNA 的碱基比例与四种脱氧核苷酸的比例 一致 B．不能生成 DNA，因为缺少 DNA 模板 C．能生成 DNA，DNA 的碱基比例不确定，且与酶的来源有 一定的关联 D．不能生成 DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜的体内条 件 解析：DNA 复制的四个基本条件是模板、酶、ATP、原料。 没有加入模板 DNA，所以无 DNA 生成。 答案：B 8．如图表示 DNA 复制的过程，结合图示分析下列有关叙述 错误的是( ) A．DNA 复制过程中首先需要解旋酶破坏 DNA 双链之间的氢 键，使两条链解开 B．DNA 分子的复制具有双向复制的特点 C．从图示可知，DNA 分子具有多起点复制的特点，缩短了 复制所需的时间 D．DNA 分子的复制需要 DNA 聚合酶催化合成子链 解析：DNA 具有多起点复制的特点，但图中只有一个复制起 点，从图中无法获得有关 DNA 分子多起点复制的信息，C 项错误。 答案：C 9．一个由 15N 标记的 DNA 分子，放在只含 14N 标记的适宜 环境中扩增，复制 3 次后含 15N 标记的 DNA 分子与只含 14N 标记 的 DNA 分子总数之比为( ) A．1/3 B．1/4 C．1/7 D．1/8 解析：因为 DNA 分子的复制是半保留复制，所以模板链永远 只能进入两个 DNA 分子中，子代 DNA 总数是 23＝8 条，含有 15N 的 2 条，只含有 14N 的 6 条，所以比值是 2/6＝1/3，A 项正确，B、 C、D 三项错误。 答案：A 10．假定某大肠杆菌含 14N 的 DNA 的相对分子质量为 a，若 将其长期培养在含 15N 的培养基中，便得到含 15N 的 DNA，相对 分子质量为 b。现将含 15N 的 DNA 的大肠杆菌再培养在含 14N 的 培养基中，那么，子二代 DNA 的平均相对分子质量为( ) A．(a＋b)/2 B．(3a＋b)/4 C．(2a＋3b)/2 D．(a＋3b)/4 解析：亲代 DNA 是两条链都含 15N 的 DNA 分子，在 14N 的 培养基上繁殖两代产生 4 个子代 DNA 分子，其中完全含 14N 的有 两个，相对分子质量为 2a。另两个 DNA 分子两条链都是一条链 含 15N，另一条链含 14N，即相对分子质量为(a＋b)。则 4 个子代 DNA 相对分子质量为：(a＋b)＋2a＝3a＋b，平均相对分子质量为： (3a＋b)/4。 答案：B 11．如图为真核细胞 DNA 复制过程的模式图，据图分析，下 列相关叙述，错误的是( ) A．由图示可知，DNA 分子复制的方式是半保留复制 B．解旋酶能使双链 DNA 解开，且需要消耗 ATP C．从图中可以看出，合成两条子链的方向是相反的 D．DNA 在复制过程中先全部解旋，后半保留复制 解析：DNA 分子的复制是一个边解旋边复制的过程。 答案：D 12．艾弗里的肺炎双球菌转化实验和赫尔希、蔡斯的噬菌体 侵染实验，都能证明 DNA 是遗传物质，这两个实验的研究方法可 能有①设法让 DNA 与蛋白质分开，研究各自的效应；②同位素标 记法。下列有关叙述正确的是( ) A．两者都运用了①和② B．前者运用了①，后者运用了② C．前者只运用了②，后者运用了①和② D．前者只运用了①，后者运用了①和② 解析：艾弗里的肺炎双球菌转化实验是设法把 DNA 与蛋白质 分开，研究各自的效应。而赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染实验也是 把 DNA 与蛋白质分开，研究各自的效应，并且运用了同位素标记 法。 答案：D 二、非选择题(每小题 20 分，共 40 分) 13．如图为 DNA 分子的复制图解，请据图回答： (1)该过程主要发生在细胞的________(部分)。正常进行所需的 条件是____________________等。 (2)图中 A′链与________链相同，B′链与________链相同， 因此该过程形成的两个 DNA 分子完全相同，每个子代 DNA 分子 中均保留了其亲代 DNA 分子的一条单链，这种复制方式称为 ________。 (3)假如经过科学家的测定，A 链上的一段(M)中的 A:T:C:G 为 2:1:1:3，能不能说明该科学家的测定是错误的？________，原因是 __________。 (4)如果以 A 链的 M 为模板，复制出的 A′链碱基比例应该是 ____________。 (5)15N 标记的 DNA 分子，放在没有标记的培养基上培养，复 制三次后，标记的链占全部 DNA 单链的________。 解析：(1)DNA 分子复制的主要场所是细胞核，在线粒体、叶 绿体中也存在着 DNA 分子的复制，正常进行 DNA 分子复制所需 要的条件是模板、酶、原料、能量等。(2)DNA 分子的复制为半保 留复制，在合成子链时遵循碱基互补配对原则，新合成的子链与 另一条母链相同。(3)在双链 DNA 分子中，A＝T，G＝C，但在单 链 DNA 分子中 A 与 T，G 与 C 不一定相等。(4)在以 A 链的 M 为 模板合成的 A′链中碱基比例为 A:T:C:G＝1:2:3:1。(5)不论复制几 次后，含 15N 的 DNA 分子和 DNA 单链都是 2，经复制三次后 DNA 分子数为 8，DNA 单链总数为 16，因此标记的链占全部 DNA 单 链的 1/8。 答案：(1)细胞核 酶、能量、模板、原料 (2)B A 半保留复制 (3)不能 在单链中不一定是 A＝T，G＝C (4)A:T:C:G＝1:2:3:1 (5)1/8 能力达标 14.如图为真核生物 DNA 的结构(图甲)及发生的生理过程(图 乙)，请据图回答下列问题： (1)图甲为 DNA 的结构示意图，其基本骨架由____________ 和________(填序号)交替排列构成，④为____________。 (2)图乙为________过程，发生的场所主要是________，发生 的时期为________________________。从图示可看出，该过程是 从________起点开始复制的，从而提高复制速率；图中所示的酶 为________酶，作用于图甲中的________(填序号)。 (3)5—BrU(5—溴尿嘧啶)既可以与 A 配对，又可以与 C 配对。 将一个正常的具有分裂能力的细胞，接种到含有 A、G、C、T、5 －BrU 五种核苷酸的适宜培养基上，至少需要经过________次复 制后，才能实现细胞中某 DNA 分子某位点上碱基对从 T—A 到 C—G 的替换。 解析：(1)在 DNA 的结构中，磷酸和脱氧核糖交替排列构成 DNA 的基本骨架，①为磷酸，②为脱氧核糖，③为胞嘧啶，三者 构成胞嘧啶脱氧核苷酸。(2)图乙为 DNA 的复制过程，主要在细胞 核中进行，在线粒体和叶绿体中也存在该过程，其主要发生在有 丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期；从图中可以看出，DNA 复制是边解旋边复制的，且从多个起点开始，这种复制方式提高 了复制的速率；图中的酶为解旋酶，作用于氢键，即图甲中的⑨。 (3)用 B 表示 5－溴尿嘧啶，过程如下： 答案：(1)① ② 胞嘧啶脱氧核苷酸 (2)DNA 复制 细胞核 有丝分裂间期和减数第一次分裂前 的间期 多个 解旋 ⑨ (3)3