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1、第3节 D NA的复制观众器者为良匠, 观众病者为良医。 叶 适第3节 D NA的复制1.概述D NA分子复制的时期、 过程和条件。2.说明D NA分子复制的特点。3.阐明D NA分子复制的实质。4.概述D NA分子复制的生物学意义。要点1 D NA复制的推测 沃森和克里克的假说1.复制过程D NA分子复制时,D NA分子的双螺旋将解开, 互补碱基之间的氢键断裂, 解开的两条单链作为复制的模板, 游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则, 通过形成氢键, 结合到作为模板的D NA单链上。2.复制方式 半保留复制新合成的每个D NA分子中, 都保留了原来D NA分子中的一条链, 因此这种复制方式被称
2、作半保留复制。 【 案例1】 一个D NA分子复制完毕后, 新形成的D NA两条子链( ) 。A.是D NA母链的片段B.与D NA母链之一完全相同C.与D NA母链相比一定有所变化D.与D NA的两条母链分别相同 【 精析】 每个新的D NA分子中, 一条链是母链, 一条链是子链。据A-T、G-C碱基互补配对原则, 新合成的每条D NA子链与其模板母链互补, 与另一条母链相同。 【 解答】 D【 案例2】 下列关于细胞内D NA复制的叙述中, 正确的是( ) 。A.发生在细胞分裂的各个时期B.子代D NA分子由两条新链组成C.复制方式为半保留复制D.形成的两条新链碱基序列相同 【 精析】 D
3、 NA的复制通常发生在细胞分裂的间期; 以半保留方式复制, 子代D NA分子中一条链来自母链, 另一条链是新合成的; 形成的两条新链的碱基序列互补。 【 解答】 C拓展反思 下面甲、 乙、 丙三种设想的D NA复制方式中, 符合半保留复制的是哪种? 其他的是什么复制方式?乙符合半保留复制的方式。甲符合全保留复制方式, 丙符合弥散复制的方式。要点2 D NA半保留复制的实验证据( 选学)1.实验方法: 同位素示踪技术( 含1 5N标记的大肠杆菌在含1 4N的 培 养 液 中 培 养, 在 不 同 时 刻 收 集 大 肠 杆 菌 并 提 取D NA进行离心) 。2.实验假设:D NA以半保留的方式
4、复制。3.实验预期: 离心后应出现3条D NA带。 (1) 重带( 密度最大, 最靠近试管底部) :1 5N标记的亲代双链D NA(1 5N/1 5N)(2) 杂交带( 密度中等, 位置居中, 也称中带) : 一条链为1 5N、 另一条链为1 4N标记的子代双链D NA(1 5N/1 4N) 。(3) 轻带( 密度最小, 离试管底部最远) : 两条链都为1 4N标记的子代双链D NA(1 4N/1 4N) 。4.实验过程 (1) 大肠杆菌在含有1 5N标记的NH4C l培养液中繁殖几代, 使D NA双链充分标记1 5N。(2) 将含1 5N的大肠杆菌转到含1 4N的普通培养液中培养。 (3)
5、在不同时刻收集大肠杆菌并提取D NA。 (4) 将提取的D NA进行离心, 记录离心后的试管中D NA的位置。5.实验结果第3章 基因的本质 光阴似箭, 日月如梭。 增广贤文(1) 立即取出, 提取D NA离心全部重带(1 5N/1 5N) 。(2) 繁殖 一 代 后 取 出, 提 取D NA离 心全 部 杂 交 带 (1 4N/1 5N) 。(3) 繁殖两代后取出, 提取D NA离心1/2轻带、1/2中带。6.实验 结 论:D NA的 复 制 是 以 半 保 留 复 制 的 方 式 进行的。【 案例3】 (2 0 1 1杭州萧山质检)细菌在1 5N培养基中繁殖数代后, 使细菌D NA的含氮碱
6、基皆含有1 5N, 然后再移入1 4N培养基中培养, 抽取其子代的D NA经高速离心分离, 下图为可能的结果, 下列叙述错误的是( ) 。A.第一次分裂的子代D NA应为B.第二次分裂的子代D NA应为C.第三次分裂的子代D NA应为D.亲代的D NA应为 【 精析】 由图意可知, 亲代的D NA全为1 5N1 5N, 与相符; 根据D NA的半保留复制特点, 第一次分裂产生的子代D NA, 全部为1 5N/1 4N, 应在中带, 与相符; 第二次分裂产生的子代1/2为1 4N/1 4N,1/2为1 5N/1 4N, 与相符; 第三次分裂产生的子代中3/4的为1 4N/1 4N,1/4的为1
7、5N/1 4N, 与相符。 【 解答】 A要点3 D NA复制的过程1. D NA复制的概念: 以亲代D NA为模板合成子代D NA的过程。2.时期: 有丝分裂间期, 减数第一次分裂的间期, 随染色体的复制而完成。3.场所: 细胞核中。4.条件: (1) 模板: 亲代D NA的两条链。 (2) 原料:4种脱氧核苷酸。 (3) 酶:D NA解旋酶、D NA聚合酶等。 (4) 能量:A T P。5.特点: 边解旋边复制, 半保留复制。6.结果:1个D NA分子变成2个完全相同的D NA分子。 (1242n)归纳整理 D NA准确复制的原因: (1)D NA具有独特的双螺旋结构, 能为复制提供精确的
8、模板; (2) 碱基具有互补配对的能力, 能够使复制准确无误。7.意义: 将遗传信息从亲代传递给子代, 从而保持了遗传信息的连续性。 【 案例4】 (2 0 1 1上海卷)在一个细胞周期中,D NA复制过程中的解旋发生在( ) 。A.两条D NA母链之间B. D NA子链与其互补的母链之间C.两条D NA子链之间D. D NA子链与其非互补母链之间 【 精析】 本题考查D NA复制的过程, 意在考查考生对其中解旋过程的理解。D NA复制是边解旋边复制, 解旋是在细胞提供能量、 解旋酶的作用下, 两条D NA母链之间的氢键断裂, 从而使亲代D NA的两条链分开分别作为模板来合成子链。【 解答】
9、A【 案例5】 某D NA分 子有、两条链, 将链上某一区域放 大后如右图所示, 结合所学知识回答下列问题。(1)D NA分 子在 体 内细 胞中进行复制时, 首先在 酶的作用下将D NA双链解开; 若在体外进行D NA扩增, 常对D NA进行 处理, 使两条链之间的氢键断裂,D NA解开。(2) 若D NA在复制过程中,链上的一个碱基发生改变,由AT, 该D NA分子经3次复制后所产生的异常D NA分子所占的比例为 。(3) 请列举一例, 说明核中D NA分子在细胞分裂间期发生复制的事实:。 【 精析】 本题考查D NA的复制、 转录, 同时渗透了对识图能力的考查。(1)D NA分子复制过程
10、中, 氢键的断裂需要解旋酶或加热处理。(2) 当一条链上的一个碱基发生改变后, 以这条链为模板复制产生的D NA分子均异常, 以另一条链为模板复制形成的D NA分子均正常, 故后代异常D NA分子所占比例为1/2。(3) 经间期后, 核D NA含量加倍; 一个着丝点上含有两条姐妹染色单体。 【 解答】 (1) 解旋 加热 (2)1/2 (3) 经间期后,D NA 分子的含量加倍( 或经间期后, 一个着丝点上含有两条姐妹染色单体)关键提醒 D NA复制的主要场所是细胞核, 其他如真核细胞的线粒体、 叶绿体及原核细胞的拟核区等也含D NA, 能进行D NA的复制。D NA复制发生在有丝分裂的间期和
11、减数第一次分裂前的间期, 在无丝分裂和细菌等的二分裂中也有D NA的复制。拓展点1 D NA复制中需要某种游离的脱氧核苷酸数的计算1. D NA复 制n次 所 需 的 某 种 游 离 脱 氧 核 苷 酸 数= (2n-1)m, 其中m为所求脱氧核苷酸在亲代D NA中的含量,n为复制次数。如下图所示:2. D NA第n次复 制所 需 的某 种游 离 脱氧 核苷 酸数=2n-1m, 推理分析过程为:D NA复制n次所需的某种游离脱第3节 D NA的复制滚滚长江东逝水, 浪花淘尽英雄。 三国演义氧核苷酸数=(2n-1)m,D NA复制n-1次所需的某种游离脱氧核苷酸数=(2n-1-1)m, 则D N
12、A第n次复制所需的某种游离脱氧核苷酸数=(2n-1)m-(2n-1-1)m=2n-1m。【 案例1】 ( 多选) 某D NA分子含m对碱基, 其中腺嘌呤有A个。下列有关此D NA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中, 正确的是( ) 。A.在第一次复制时, 需要(m-A) 个B.在第二次复制时, 需要2(m-A) 个C.在第n次复制时, 需要2n-1(m-A) 个D.在n次复制过程中, 总共需要2n(m-A) 个 【 精析】 本题学生容易错误地把第n次复制需要某种脱氧核苷酸的数目当成n次复制需要某种脱氧核苷酸的数目。D NA分子复制过程中, 需要某种脱氧核苷酸的数目X, 可通过公式X
13、=A(2n-1) , 其中A是模板D NA分子中某种碱基的数目,n为D NA分子复制的次数。解答本题时, 首先把模板中胞嘧啶脱氧核苷酸数目求出, 即(2m-2A) /2=m-A, 则复制一次, 需要(m-A) (21-1)=m-A; 复制两次, 共需要(m-A) (22-1)=3(m-A) , 第二次复制需要3(m-A)-(m-A)=2(m-A) ; 则第n次复制需要(m-A) (2n-1)-(m-A) (2n-1-1)=2n-1(m-A) 。 【 解答】 A、B、C 拓展点2 D NA复制中有关同位素标记的相关计算已知某一全部氮原子被1 5N标记的D NA分子(0代) , 转移到含 有1 4
14、N的 培 养基 中培 养( 复 制) 若 干代, 其结 果分 析如下:世代D NA分子特点总量D NA在离心管中位置不同D NA占全部D NA之比1 5N/1 5N分子1 5N/1 4N分子1 4N/1 4N分子D NA分子脱氧核苷酸链特点总数不同标记链占全部链之比含1 5N的链含1 4N的链01全在下部10021012全在中部01041 21 2241 2中,1 2上01 21 281 43 4381 4中,3 4上01 43 41 61 87 8n2n2 2n中,1-2 2n上02 2n(12n-1)1-2 2n2n+11 2n1-1 2n【 案例2】 用1 5N标记含有1 0 0个碱基对
15、的D NA分子,其中有胞嘧啶4 0个, 该D NA分子在1 4N的培养基中连续复制3次。下列有关判断不正确的是( ) 。A.含有1 5N的D NA分子占1/4B.含有1 4N的D NA分子占3/4C.复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸4 2 0个D.复制结果共产生8个D NA分子 【 精析】 用1 5N标记的D NA分子在1 4N的培养基中连续复制3次产生8个D NA分子, 其中含有1 5N的D N A分子有2个, 占1/4, 全部含有1 4N的D N A占1 0 0 %, 原D N A分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为(2 0 0 - 8 0) /2 = 6 0个, 复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为(8 - 1) 6 0 = 4 2 0个。 【 解答】 B顿有所悟 用1 5N标记的D NA分子复制n次后, 含1 5N标记的D NA分 子 是2个, 含1 5N标记 的D NA单链 数 也 是2个。综合应用题 【 例1】 ( 要点3)1 9 5 8年,M e s e l s o n和S t a h l通过一系 列实验首次证明了D NA的半保留复制, 此后科学家便开始了有关D NA复制起点数目、 方向等方面的研究。试回答下列问题:图1 复制叉图2 亲代环状D NA(1) 由于D NA分子呈 结构,D NA复制开始时首
