【高考精细化复习】高考生物（必修2）一轮复习-第8讲《DNA的复制》讲义（全国通用）

第8讲 DNA的复制 考点一　DNA半保留复制的实验证据（一）对DNA分子复制的推测1.沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说：  半保留复制   。（二）DNA半保留复制的实验证据（同位素标记法）1.DNA半保留复制的实验分析(1)科学家：1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselson）和 斯塔尔（F.Stahl）(2)实验材料：大肠杆菌  (3)科研方法：假说演绎法(4)实验方法：同位素示踪法和密度梯度离心技术。(5)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。(6)实验假设：DNA以半保留的方式复制。(7)实验预期： (密度最大)两条链都为 15N 标记的亲代双链DNA(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(密度最小)两条链都为14N 标记的子代双链DNA(8)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。(9)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。考点二　DNA半保留复制的过程（一）DNA分子复制的过程第一步：解旋复制开始时，DNA分子首先利用细胞提供的   能量   ，在   解旋   酶的作用下，把两条螺旋的双链解开，这个过程叫做   解旋   。第二步：合成子链以解开的每一段  母链   为模板， 在   DNA聚合酶   等酶的作用下，以细胞中游离的4种   脱氧核苷酸    为原料，按照碱基互补配对   原则，各自合成与母链互补的一段子链。随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断地延伸。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成   双螺旋   结构。第三步：重新螺旋形成子代DNA分子复制结束后，一个DNA分子就形成了两个   完全相同   的DNA分子。新复制出的两个子代DNA分子，通过   细胞分裂   分配到子细胞中去。（二）DNA分子复制相关知识总结概念指以   亲代DNA   为模板合成   子代DNA   的过程。（表示为：DNA→DNA）时间发生在细胞分裂的 间期 ，即 有丝分裂间期 和 减数分裂Ⅰ前的间期 。场所  细胞核  (主要场所)、  线粒体  和  叶绿体  。条件模板   DNA的两条链    原料4种游离的  脱氧核糖核苷酸  能量  ATP  酶   解旋酶   、   DNA聚合酶   过程解旋提供模板→合成互补子链→重新螺旋形成两个新的DNA分子。特点过程：   边解旋边复制   ，方式：  半保留复制   。准确复制的原因（1）DNA分子独特的  双螺旋  结构，为复制提供了精确的模板。（2）通过  碱基互补配对原则  ，保证了复制能够准确的进行。意义DNA分子通过  复制 ，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。考点三　DNA半保留复制的相关计算DNA分子数（1）子代DNA分子数＝ 2n 个（2）含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝ 2 个（3）不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝ （2n－2） 个脱氧核苷酸链数（1）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝ 2 n＋1 条（2）亲代脱氧核苷酸链数＝ 2 条（3）新合成的脱氧核苷酸链数＝ （2n＋1－2） 条消耗的脱氧核苷酸数（1）若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为 m·（2n－1） 个 （1）n次复制需该脱氧核苷酸数＝m·2n个，则第n次复制需该脱氧核苷酸数＝ m·2n－1 个 【真题训练】一、单选题1．（2021·海南·高考真题）已知5-溴尿嘧啶（BU）可与碱基A或G配对。大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A-T转变为A-BU，要使该位点由A-BU转变为G-C，则该位点所在的DNA至少需要复制的次数是（       ）A．1 B．2 C．3 D．4【答案】B【详解】根据题意可知：5-BU可以与A配对，又可以和G配对，由于大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A-T转变为A-BU，由半保留复制可知，复制一次会得到G-5-BU，复制第二次时会得到有G-C，所以至少需要经过2次复制后，才能实现该位点由A-BU转变为G-C，B正确。2．（2021·辽宁·高考真题）下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是（　　）A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端B．子链的合成过程不需要引物参与C．DNA每条链的5′端是羟基末端D．DNA聚合酶的作用是打开DNA双链【答案】A【详解】A、子链延伸时5′→3′合成，故游离的脱氧核苷酸添加到3′端，A正确；B、子链的合成过程需要引物参与，B错误；C、DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基末端，C错误；D、解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。3．（2021·山东·高考真题）利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的 T-DNA 插入到水稻细胞 M 的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个 DNA 分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U，脱氨基过程在细胞 M 中只发生一次。将细胞 M 培育成植株 N。下列说法错误的是（       ）A．N 的每一个细胞中都含有 T-DNAB．N 自交，子一代中含 T-DNA 的植株占 3/4C．M 经 n（n≥1）次有丝分裂后，脱氨基位点为 A-U 的细胞占 1/2nD．M 经 3 次有丝分裂后，含T-DNA 且脱氨基位点为 A-T 的细胞占 1/2【答案】D【详解】A、N是由M细胞形成的，在形成过程中没有DNA的丢失，由于T-DNA 插入到水稻细胞 M 的某条染色体上，所以M细胞含有T-DNA，因此N的每一个细胞中都含有 T-DNA，A正确；B、N植株的一条染色体中含有T-DNA，可以记为+，因此N植株关于是否含有T-DNA的基因型记为+-，如果自交，则子代中相关的基因型为++∶+-∶--=1∶2∶1，有 3/4的植株含 T-DNA ，B正确；C、M中只有1个DNA分子上的单链上的一个 C 脱去氨基变为 U，所以复制n次后，产生的子细胞有2n个，但脱氨基位点为 A-U 的细胞的只有1个，所以这种细胞的比例为1/2n，C正确；D、如果M 经 3 次有丝分裂后，形成子细胞有8个，由于M细胞 DNA 分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U，所以是G和U配对，所以复制三次后，有4个细胞脱氨基位点为C-G，3个细胞脱氨基位点为A-T，1个细胞脱氨基位点为U-A，因此含T-DNA 且脱氨基位点为 A-T 的细胞占 3/8，D错误。4．（2021·浙江·高考真题）在 DNA 复制时，5-溴尿嘧啶脱氧核苷（BrdU）可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用 Giemsa 染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子的双链都含有 BrdU 的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有 BrdU 的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取根尖用 Giemsa 染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是（　　）A．第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色B．第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同C．第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4D．根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体【答案】C【详解】A、根据分析，第一个细胞周期的每条染色体的染色单体都只有一条链含有 BrdU，故呈深蓝色，A正确；B.第二个细胞周期的每条染色体复制之后，每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双链都含有 BrdU呈浅蓝色，一条单体只有一条链含有 BrdU呈深蓝色，故着色都不同，B正确；C.第二个细胞周期结束后，不同细胞中含有的带有双链都含有 BrdU的染色体和只有一条链含有 BrdU 的染色体的数目是不确定的，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例不能确定，C错误； D.根尖分生区细胞可以持续进行有丝分裂，所以不管经过多少个细胞周期，依旧可以观察到一条链含有BrdU的染色单体，成深蓝色，D正确。5．（2021·浙江·高考真题）含有100个碱基对的—个DNA分子片段，其中一条链的A+T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，如果连续复制2 次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为（　　）A．240个 B．180个 C．114个 D．90个【答案】B【详解】分析题意可知：该DNA片段含有100个碱基对，即每条链含有100个碱基，其中一条链（设为1链）的A+T占40%，即A1+T1=40个，则C1+G1=60个；互补链（设为2链）中G与T分别占22%和18%，即G2=22，T2=18，可知C1=22，则G1=60-22=38=C2，故该DNA片段中C=22+38=60。已知DNA复制了2次，则DNA的个数为22=4，4个DNA中共有胞嘧啶脱氧核苷酸的数量为4×60=240，原DNA片段中有60个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，则需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为240-60=180，B正确，ACD错误。6．（2019·天津·高考真题）用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究（      ）A．DNA复制的场所 B．mRNA与核糖体的结合C．分泌蛋白的运输 D．细胞膜脂质的流动【答案】A【详解】胸腺嘧啶为DNA特有的碱基，将其标记后合成的脱氧核苷酸是DNA复制的原材料，故可利用其研究DNA复制的场所，A正确；mRNA的基本单位是核糖核苷酸，故用标记的脱氧核苷酸不能研究 mRNA与核糖体的结合，B错误；分泌蛋白的需要内质网的加工，形成囊泡运到高尔基体，加工、分类和包装，形成分泌小泡，通过细胞膜胞吐运出，与脱氧核苷酸无关，C错误；细胞膜中的脂质不含脱氧核苷酸，其流动与脱氧核苷酸无关，D错误。7．（2014·上海·高考真题）某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是A．  B．C．  D．【答案】D【详解】亲代DNA双链用白色表示，DNA复制方式是半保留复制，因此复制一次后得到的两个DNA分子只含有白色和灰色，而第二次复制得到的四个DNA分子以这两个DNA分子的四条链为模板合成的四个DNA分子中，都含有黑色的DNA子链，D正确。8．（2013·海南·高考真题）关于真核细胞中生命活动与能量关系的叙述，错误的是A．DNA复制需要消耗能量B．光合作用的暗反应阶段需要消耗能量C．物质通过协助扩散进出细胞时需要消耗ATPD．细胞代谢所需的ATP可在细胞质基质中产生【答案】C【详解】本题C项出现知识性错误体现在：协助扩散和自由扩散都是顺浓度梯度进行的被动运输，不需要耗能，只有主动运输才会耗能。A项中DNA的复制需要消耗能量用于断开氢键来解开螺旋，B项中提到的暗反应需要光反应提供的能量ATP和还原剂[H]，要记住光反应和暗反应的联系，D项考查呼吸作用的场所，有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段都发生在细胞质基质，能产生少量ATP。9．（2010·山东·高考真题）蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是（ ）A．每条染色体中都只有一条单体被标记       B．每条染色体的两条单体都被标记C．半数的染色体中只有一条单体被标记       D．每条染色体的两条单体都不被标记【答案】A【详解】本题考查DNA的半保留复制特点和细胞的增殖过程中染色体的变化，属于对理解、应用层次的考查。根据DNA半保留复制及有丝分裂的特点，第一次有丝分裂后产生的细胞的DNA都是一条被3H标记，一条不被3H标记。第二次有丝分裂过程中，DNA分子复制时，以被3H标记的那条链为模板形成的DNA，一条被3H标记，一条不被3H标记；以不被3H标记的那条链为模板形成的DNA，两条链都不被3H标记；在有丝分裂中期，这两个DNA分子仍在一条染色体上（因为此时姐妹染色单体还没有分开），每条染色体上都有一条染色单体被3H标记。二、解答题10．（2010·北京·高考真题）科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。组别1组2组3组4组培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代数多代多代一代两代培养产物ABB的子Ⅰ代B的子Ⅱ代操作提取DNA并离心离心结果仅为轻带（14N/14N）仅为重带（15N/15N）仅为中带（15N/14N）1/2轻（14N/14N）1/2中（15N/14N） 请分析并回答：（1）要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过______代培养，且培养液中的______是唯一氮源。（2）综合分析本实验的DNA离心结果，第______组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第______组和第________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是______。（3）分析讨论：①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于___代，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果_______（选填“能”或“不能”）判断DNA的复制方式。③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置_______，宽度发生变化的是______带。④若某次实验的结果中，子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为________。【答案】     （1）多     15NH4Cl     （2）3     1     2     半保留复制     （3）B     半保留     不能     没有变化     轻     15N【详解】（1）培养液中以15NH4Cl为唯一氮源，需经过多代培养，才能要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B。（2）若证明DNA的复制为半保留复制，则需证明后代DNA的两条链，一条链是母链，另一条链是新合成的子链，第3组结果与第1组、第2组的结果对比可以证实。（3）①若子I代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于B，据此可判断DNA分子的复制方式不是半保留复制。②将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，无法判断后代DNA的两条链的来源，不能判断DNA的复制方式； ③将子Ⅱ代继续培养，子n代DNA的情况是有两个为14N/15N-DNA，其余全部为14N/14N-DNA，所以子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置没有变化，宽度发生变化的是轻带；④“中带”为14N/15N-DNA，“中带”略宽，说明新合成的DNA单链中N尚含有部分15N。