2025版高考生物一轮总复习教案必修2第六单元遗传的分子基础第二讲DNA分子的结构复制与基因的本质考点二DNA分子的复制及相关计算

这是一份2025版高考生物一轮总复习教案必修2第六单元遗传的分子基础第二讲DNA分子的结构复制与基因的本质考点二DNA分子的复制及相关计算，共6页。
知|识|巩|固
1．DNA分子复制的研究
(1)方式推测：沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说：DNA分子复制方式为半保留复制。
(2)实验证据
①实验方法：同位素示踪技术和离心技术。
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。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。
⑤实验过程
⑥过程分析
立即取出，提取DNA→离心→全部重带。繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。繁殖两代后取出，提取DNA→离心→eq \f(1,2)轻带、eq \f(1,2)中带。
⑦实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
2．复制过程
(1)概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
(2)时间：细胞有丝分裂的间期和减数分裂Ⅰ前的间期。
(3)图解
(4)场所：真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。
(5)特点：边解旋边复制。
(6)方式：半保留复制。
(7)结果：形成两个完全相同的DNA分子。
3．DNA分子精确复制的原因
(1)DNA分子的双螺旋结构提供精确的模板。
(2)碱基互补配对原则保证复制准确进行。
4．DNA分子复制的意义
使遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。
思|维|辨|析
易错整合，判断正误。
(1)将已被15N标记了DNA的大肠杆菌在含14N的培养基中培养繁殖一代，若子代大肠杆菌的DNA分子中既含有14N，又含有15N，则可说明DNA的复制为半保留复制。( × )
(2)DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。( × )
(3)单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。( × )
延|伸|探|究
1．在细胞内，DNA的两条链都能作为模板，由于DNA分子的两条链是反向平行的，每条链都通过磷酸和脱氧核糖的3′、5′碳原子相连而成，因此每条链的两端是不同的，其中，一端是3′－端(3′羟基)，另一端是5′－端(5′磷酸基团)。在DNA复制中，DNA聚合酶催化合成的方向是5′→3′，而不是3′→5′。DNA复制又是边解旋边复制。请推测DNA聚合酶是如何催化DNA复制的？
提示：DNA复制时，一条模板链是3′→5′走向，其互补链在5′→3′方向上连续合成，并称为前导链；另一条模板链是5′→3′走向，其互补链也是沿5′→3′方向合成，但是与前导链的合成方向正好相反，随着复制的进行会形成许多不连续的片段，最后不连续片段连成一条完整的DNA单链，称为后随链。如图所示：
2．分析DNA复制过程
(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？
提示：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。
(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程？
提示：蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。
(3)上图所示DNA复制过程若发生在细胞核内，形成的两个子DNA位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子DNA将于何时分开？
提示：染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子分别位于两条姐妹染色单体上，由着丝粒相连；其对应片段所含基因在无基因突变等特殊变异情况下应完全相同；两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随两条姐妹染色单体的分离而分开，分别进入两个子细胞中。
剖析难点·考点突破
重|难|精|讲
1．归纳概括DNA复制的五个问题
(1)复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。
(2)外界条件对DNA复制的影响：在DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是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。
(3)复制方式：半保留复制。新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。
(4)过程特点：边解旋边复制；多起点解旋和复制。
(5)DNA复制的准确性
①一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
②特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
2．“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的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
①子代DNA
共2n个eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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：2n－2个))
②脱氧核苷酸
链共2n＋1条eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(含15N的脱氧核苷酸链：2条,含14N的脱氧核苷酸链：2n＋1－2条))
(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
①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·(2n－1)个。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
精|准|命|题
考向一 结合DNA复制的过程及实验证据，考查科学思维
》例1 (2024·陕西咸阳模拟)在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N—DNA(相对分子质量为a)和15N—DNA(相对分子质量为b)。将含15N的亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离心方法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述正确的是( C )
A．Ⅰ代细菌DNA分子中两条链都是14N
B．Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的eq \f(1,4)
C．预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为eq \f(7a＋b,8)
D．上述实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果能证明DNA复制方式为半保留复制
解析： Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15N，A错误；Ⅱ代细菌含15N的DNA分子有2个，占全部(4个)DNA分子的eq \f(1,2)，B错误；由于1个含有14N的DNA分子的相对分子质量为a，则每条链的相对分子质量为eq \f(a,2)，1个含有15N的DNA分子的相对分子质量为b，则每条链的相对分子质量为eq \f(b,2)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖三代，得到共8个DNA分子，这8个DNA分子共16条链，只有2条是含15N的，14条是含14N的，因此总相对分子质量为eq \f(b,2)×2＋eq \f(a,2)×14＝b＋7a，所以每个DNA分子的平均相对分子质量为eq \f(7a＋b,8)，C正确；实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制，从亲代→Ⅰ代→Ⅱ代才能说明DNA是半保留复习，D错误。
〔变式训练1〕 关于DNA分子复制机制，科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹，结果如图所示。下列相关叙述错误的是( A )
A．DNA分子的一条单链中，具有一个游离的磷酸基团的一端被称为3′－端
B．Rep可以破坏DNA双链之间的氢键
C．DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用
D．根据材料推断Rep推动复制叉移动需要水解ATP提供能量
解析：DNA分子的一条单链中，具有一个游离的磷酸基团的一端被称为5′－端，A错误；由题干可知，Rep是DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，能驱动复制叉的移动，使得双链打开，故Rep可以破坏DNA双链之间的氢键，B正确；DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上，可防止DNA单链重新形成双链，C正确；DNA复制需要ATP提供能量，Rep推动复制叉移动需要通过水解ATP提供能量，D正确。
考向二 围绕DNA分子复制的相关计算，考查演绎推理能力
》例2 将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到如图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析，正确的是( D )
A．DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为1∶3
B．DNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因分离定律
C．复制n次需要胞嘧啶的数目是eq \f(2n－1m－a,2)个
D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2条
解析：DNA复制为半保留复制，形成的子代DNA含有一条亲代链和一条新形成的子代链，所以DNA第二次复制产生的4个子代DNA分子中，2个为Ⅰ类型，2个为Ⅱ类型，比例为1∶1，A错误；大肠杆菌属于原核生物，不能进行减数分裂，细胞内的基因不遵循基因分离定律，B错误；拟核DNA中共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶，则A＝T＝a，G＝C＝eq \f(1,2)(m－2a)，复制n次需要胞嘧啶的数目是eq \f(1,2)(2n－1)(m－2a)，C错误；复制n次可以合成DNA分子数为2n，共有2n＋1条链，只有两条母链不含放射性，所以形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2条，D正确。
有关DNA复制和计算的4点“注意”
(1)DNA中氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP供能，也可加热断裂(体外)；而氢键是自动形成的，不需要酶和能量。
(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，后者只包括第n次的复制。
(3)DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”；所问的是“DNA分子数”还是“链数”，是“含”还是“只含”。
(4)在真核生物中，DNA复制一般是多起点复制；在原核生物中，DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物，DNA复制大多数都是双向进行的。
〔变式训练2〕 (2024·襄阳四中调研)一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是( B )
A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程
B．第三次复制需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D．子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
解析：DNA分子中共有10 000个碱基，其中胞嘧啶3 000个，DNA第三次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23－1)×3 000－(22－1)×3 000＝1.2×104(个)。