搜索
第3节DNA的复制[学习目标][核心素养]1．DNA分子复制的过程。2．DNA分子复制方式的推测和实验证据。1．科学思维——结合图示归纳DNA复制的过程、特点和意义。2．科学探究——尝试提出DNA复制方式的假说，并进行实验验证。读教材、抓双基自主预习一、DNA分子复制方式的推测1．提出者沃森和克里克。2．解旋：DNA分子复制时，DNA分子的1_________解开，互补的碱基之间的2_________断裂。双螺旋氢键条件两条单链脱氧核苷酸碱基互补配对氢键4．复制方式：8_________复制。二、DNA的复制1．概念：以9_________________为模板合成10_____________的过程。2．时间：细胞有丝分裂的11_________和减数第一次分裂前的12_________。半保留亲代DNA分子子代DNA间期间期3．过程(1)解旋：DNA分子利用细胞提供的能量在13_________的作用下，把两条螺旋的双链解开。(2)合成子链：以解开的每一段14________为模板，以游离的四种15___________为原料，按照16_____________原则，在17_________等酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。解旋酶母链脱氧核苷酸碱基互补配对聚合酶(3)形成子代DNA：每条子链与其对应的模板链盘绕成18____________，从而形成19_________与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子。4．特点(1)边20_________边21_________。(2)22____________。双螺旋结构2个解旋复制半保留复制5．条件：模板、原料、23_________、24_________。6．准确复制的原因(1)DNA分子独特的25____________为复制提供了精确的模板。(2)通过26_____________保证了复制准确无误。7．意义：使27_________从亲代传给子代，从而保持了28_________的连续性。能量酶双螺旋结构碱基互补配对遗传信息遗传信息1．判断正误(1)在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。()(2)减数分裂过程中DNA分子复制发生于减Ⅰ前的间期、两个子DNA分开发生于减Ⅰ后期。()(3)在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。()√×√(4)DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则。()(5)脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链。()(6)1个DNA分子复制n次后所产生的新DNA分子中只有两个子代DNA含第一代DNA的链。()××√2．下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A．复制均在细胞核内进行B．复制仅发生在有丝分裂的间期C．复制过程中先解旋后复制D．碱基互补配对保证了复制的准确性解析：选D原核生物没有细胞核，也会发生DNA复制；DNA复制发生在有丝分裂和减数分裂的间期；DNA是边解旋边复制；碱基互补配对(A与T配对、C与G配对)保证了复制的准确性。3．(2019·宜宾检测)如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析错误的是()A．酶①和酶②均作用于氢键B．该过程的模板链是a、b链C．该过程可发生在细胞有丝分裂间期D．DNA复制的特点是半保留复制解析：选A由题图可知，酶①(解旋酶)使氢键断裂，而酶②(DNA聚合酶)催化形成磷酸二酯键，A错误；DNA复制过程的模板是亲代DNA的两条链，即a、b链，B正确；DNA复制过程发生在有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期，C正确；由题图可知，新合成的两个DNA分子各保留亲代DNA分子一条链，新合成一条链，即DNA复制的特点是半保留复制，D正确。解疑难、提能力课堂探究探究点一|对DNA分子复制的推测和DNA半保留复制的实验证据|核心探究|1．对DNA分子复制的推测假说遗传物质自我复制的假说提出者沃森和克里克内容(1)解旋：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，配对碱基之间的氢键断裂(2)复制：以解开的两条母链作为复制的模板，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单链上特点新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，是半保留复制2.DNA半保留复制的实验证据分析(1)实验方法：放射性同位素标记法和密度梯度离心法。(2)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分子密度居中。(3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。(4)实验预期：离心后应出现3条DNA带。①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。(5)实验过程(6)过程分析①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。(7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。[易错易混]1该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。2该实验也可以用P、C等元素进行标记。3在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。|探究演练|1．科学家用15N标记的NH4Cl培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖两代，然后收集并提取DNA，再将提取的DNA进行密度梯度离心。离心后试管中DNA的位置是()A．全部位于下层B．一半居中，一半位于上层C．全部居中D．一半居中，一半位于下层解析：选DDNA为半保留复制，用15N标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌，大肠杆菌繁殖两代后，含有母链的大肠杆菌的DNA一条链含普通的N，另一条链含15N，经过密度梯度离心，位于试管的中层，而其他大肠杆菌中的DNA都含有15N，位于试管的下层。2．(2019·岳阳检测)把培养在含轻氮(14N)环境中的单个细菌，转移到含重氮(15N)环境中，培养相当于复制一次的时间，然后将其中一个细菌放回原环境中培养相当于连续复制两次的时间后，则细菌DNA分子组成分析为()A．3/4轻氮型、1/4中间型B．1/4轻氮型、3/4中间型C．1/2轻氮型、1/2中间型D．3/4重氮型、1/4中间型解析：选A含14N的一个细菌，转移到含重氮(15N)环境中培养复制一次的时间，则所形成的子代中每个细菌DNA分子均为中间型；将其中1个细菌放回原轻氮环境中培养复制两次的时间，即细菌DNA分子复制两次，共形成4个DNA分子，而含15N的DNA(中间型)只有1个，其余均含14N(轻氮型)，即1/4中间型、3/4轻氮型。3．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误是()A．子一代DNA应为②B．子二代DNA应为①C．子三代DNA应为④D．亲代的DNA应为⑤解析：选C亲代DNA全为15N，应为⑤；复制一次后，DNA一条链为15N，一条链为14N，应为②；复制两次后形成4个DNA，其中2个全为14N,2个是一条链为15N，一条链为14N，应为①；复制三次后形成8个DNA，其中6个DNA全为14N,2个DNA的一条链为14N，一条链为15N，应为③。探究点二|DNA分子的复制|核心探究|DNA分子的复制项目内容概念以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程复制时间有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期复制场所细胞核(主要)、线粒体和叶绿体模板解旋后的两条DNA单链原料四种脱氧核苷酸能量ATP需要条件酶解旋酶、DNA聚合酶等复制模型复制过程(1)解旋：在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开(2)合成子链：以解开的每一条母链为模板，以游离的四种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的子链(3)形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构，从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子复制特点半保留复制；边解旋边复制复制结果形成两个完全相同的DNA分子准确复制的原因(1)DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供精确模板(2)碱基互补配对原则保证复制过程准确无误地进行两个子代DNA的位置及分开时间复制后形成的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期随姐妹染色单体分离而分开，分别进入两个子细胞中复制的意义①遗传信息的传递，使物种保持相对稳定的状态②由于复制的差错出现的基因突变，为生物进化提供原始材料[易错易混]与DNA分子复制有关的六个易混点(1)DNA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等也含有DNA，也进行DNA的复制。(2)真核生物细胞核中DNA复制发生的时间：在体细胞中发生在有丝分裂间期；在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂前的间期。(3)复制所需的酶是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。①解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。②DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。③DNA连接酶的作用是连接DNA片段。(4)两个子代DNA的位置及分开时间：复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。(5)外部条件对DNA复制的影响：在DNA复制过程中，需要酶的催化和ATP供能。因此影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素都会影响DNA的复制。(6)DNA复制的精确性并不意味着毫无差错，极个别的错误保留下来，会导致生物的变异。|探究演练|4．有关真核细胞DNA分子复制的叙述，正确的是()A．复制的场所是细胞核，发生在细胞分裂的间期B．在复制过程中不断有磷酸二酯键和氢键的形成C．复制过程只需要解旋酶、DNA水解酶的催化，并且需要消耗能量D．复制后产生的两个子代DNA分子共含有2个游离的磷酸基团解析：选BDNA复制的主要场所是细胞核，线粒体和叶绿体也可发生DNA的复制；在复制过程中在同一条链上有磷酸二酯键的形成，在碱基对之间有氢键的形成；复制过程需要解旋酶、DNA连接酶、DNA聚合酶的催化；复制后产生的每个子代DNA分子都含有2个游离的磷酸基团。5．如图表示DNA复制的过程。图中不能得到的信息是()A．DNA的复制方式是半保留复制B．DNA复制具有双向复制的特点C．DNA复制生成的两条子链的方向相反D．DNA复制时需要解旋酶将氢键断裂解析：选D图中信息显示，DNA的复制是以DNA的一条链为模板进行的，是半保留复制，A项正确；图中的箭头显示DNA复制具有双向复制的特点，B项正确；DNA复制生成的两条子链，一条的3′端在左，另一条在右，方向相反，C项正确；图中并未显示DNA的解旋过程，D项错误。6．真核细胞中DNA复制如图所示，下列表述错误的是()A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则解析：选C多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成，提高复制效率，A正确；DNA为半保留复制，每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代，B正确；DNA解旋酶破坏碱基对的氢键，使DNA双链解旋，DNA聚合酶形成磷酸二酯键，C错误；碱基对之间严格的碱基互补配对原则，保证遗传信息准确从亲代DNA传向子代DNA，D正确。探究点三|DNA复制与细胞分裂及DNA分子复制中的相关计算|核心探究|一、DNA半保留复制的有关计算假设将一个全部被15N标记的DNA分子(0代)转移到含14N的培养基中培养n代，结果如下：[注意]开始被15N标记的DNA分子作为0代还是第1代决定了世代数与子代所占比例的计算。3．DNA复制消耗脱氧核苷酸数的计算若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则(1)经过