2019-2020学年高中生物 第三章 遗传的分子基础 第三节 遗传信息的传递学案 浙科版必修2

第三节遗传信息的传递1.概述DNA分子的复制。2.通过“活动：探究DNA的复制过程”，感悟科学实验中蕴含的理性精神与求真意识、批判精神与创新意识，逐步领悟科学的本质特征。学生用书P47一、DNA复制的概念产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程。二、DNA复制的过程1形成“模板链”：在有关酶的作用下，两条链的配对碱基之间的氢键断开，碱基暴露出来，形成了两条模板链。2合成子链：每一条母链按照碱基互补配对的原则，吸引含有互补碱基的核苷酸，最后相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间形成磷酸二酯键，产生一条新链(子链)。3形成新的DNA分子：一条“模板链”(母链)与一条新链(子链)形成一个新的DNA分子，即一个双螺旋DNA分子变成了两个双螺旋分子，并且新形成的DNA分子与亲代DNA分子相同。三、DNA复制的特点DNA复制的特点是半保留复制，即新合成的双链DNA分子中，一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。四、DNA复制的意义DNA复制是遗传物质从亲代向子代传递的基础。生殖细胞形成过程中进行DNA的复制，使亲代的遗传信息传递给了子代，从而保持了前后代遗传信息的连续性。 完成DNA复制的基本条件是什么？提示：模板、原料、能量和酶等。 以DNA的一条链“ATC”为模板，经复制后的子链是什么？提示：DNA复制合成子链时，每一条母链按照互补配对的原则，吸引含有互补碱基的核苷酸，最后相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间形成磷酸二酯键，产生一条新链(子链)。所以根据碱基互补配对原则，在DNA分子中A与T配对，C与G配对，模板链为“ATC”，经复制后的子链为“TAG”。DNA复制的探究学生用书P481探究方法：同位素示踪法。2探究过程3结果世代DNA分子离心后在管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子之比不同脱氧核苷酸链占全部链之比只含15N的DNA分子含14N、15N的DNA分子只含14N的DNA分子含15N的链含14N的链亲代全在下部10010第二代全在中部0101/21/2第三代1/2中部，1/2上部01/21/21/43/44.结论(1)新合成的子代双链DNA分子中，一条链是来自亲代的DNA，另一条链则是新合成的。(2)DNA的复制是以亲代的一条DNA链为模板，按照碱基互补配对原则，合成另一条具有互补碱基的新链。(3)复制出的DNA分子与亲代DNA分子完全相同。5特点：DNA的复制方式为半保留复制。1细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA经高速离心分离，图为可能的结果，下列叙述错误的是()A子一代DNA应为B子二代DNA应为C子三代DNA应为 D亲代的DNA应为解析：选C。由于DNA分子的复制是半保留复制，因此依据这一特点来分析，为亲代DNA，为子一代DNA，为子二代DNA，为子三代DNA。不可能出现中的情形。2在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15NDNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基中，再连续繁殖两代(和)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示，请分析回答下列问题：(1)由实验结果可以推测第一代()细菌DNA分子中一条链是_，另一条链是_。(2)将第一代()细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得的细菌的DNA用同样的方法分离。请参照A图将DNA分子可能出现在试管中的位置在B图中标出。解析：DNA复制为半保留复制，亲代15NDNA在14N的培养基中连续复制两次的图示为：答案：(1)15N母链14N新链(2)见图DNA复制的理解学生用书P481DNA复制相关知识归纳场所真核细胞：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体；原核细胞：拟核、细胞质(细胞溶胶)时间细胞分裂间期模板亲代DNA的两条链原料4种游离的脱氧核苷酸能量ATP酶DNA聚合酶等特点半保留复制，多个复制起点结果一个DNA分子形成了两个DNA分子。新复制出的2个子代DNA分子通过细胞分裂分配到2个子细胞中去(1)DNA复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。(2)能够进行DNA复制的生物：一切以DNA为遗传物质的生物。(3)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。(4)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。解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。DNA连接酶的作用是连接DNA片断。(5)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，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时分开，分别进入两个子细胞中。(6)DNA分子的复制往往是从多个起点进行的，如图：2DNA准确复制的原因DNA分子之所以能自我复制，取决于DNA的双螺旋结构，它为复制提供了模板；同时，由于碱基具有互补配对的特性，因此能确保复制的准确。在复制过程中，脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性，但也可能发生差错，这种稳定性和可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。3下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A在细胞有丝分裂前的间期，发生DNA复制BDNA通过一次复制后产生四个DNA分子CDNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA的复制D单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链解析：选A。DNA通过一次复制后产生两个DNA分子，复制两次才能产生四个DNA分子。DNA复制过程应该是边解开螺旋边复制。单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。4如图为真核细胞DNA分子复制过程模式图。据图分析，下列相关叙述中错误的是()A由图示可知，DNA分子复制的方式是半保留复制B从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的C子链合成的方向是一定的D解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP解析：选D。由图示可以看出，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，DNA分子复制的方式为半保留复制；由图中的箭头可知，两条链上DNA聚合酶移动的方向是相反的；子链合成的方向是一定的，即只能从5端向3端延伸；图示解旋的过程中只有解旋酶的作用，而没有DNA聚合酶的参与。判断DNA复制要三看一看模板是否为DNA；二看原料是否为脱氧核苷酸；三看产物是否为DNA。DNA复制的相关计算学生用书P49DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：1DNA分子数(1)子代DNA分子数2n个。(2)含有亲代链的子代DNA分子2个。(3)不含亲代链的子代DNA分子数(2n2)个。2脱氧核苷酸链数(1)亲代脱氧核苷酸链数2条。(2)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数2n1条。(3)新合成的脱氧核苷酸链数(2n12)条。3消耗的脱氧核苷酸数若一亲代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(2n1)m个。5(2017浙江4月选考)若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第2次分裂中期。下列叙述正确的是()A每条染色体中的两条染色单体均含3HB每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3HC每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3HD每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H解析：选A。第2次分裂中期时有一半DNA分子只有一条脱氧核苷酸链含3H，另一半DNA分子两条脱氧核苷酸链均含3H，故B、C、D均错。巧借模式图解答与DNA复制有关问题学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如图所示：6用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含有14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是()A含有15N的DNA分子占1/8B复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个C含有14N的DNA分子占7/8D复制结果共产生16个DNA分子解析：选C。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次，可得到24个DNA分子，其中含有14N的DNA分子占100%，C错误；含有15N的DNA分子占2/16，因为DNA分子复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中，A正确；1个DNA分子经过4次复制，共产生2416个DNA分子，D正确；在含有100个碱基对的DNA分子中，若有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤个数为(1002602)/240个，则连续复制4次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40(241)600个，B正确。与DNA复制过程相关计算的误区辨析(1)在一个含有n个碱基对的DNA分子中，双链中碱基对的排列和单链中碱基的排列最多均为4n种。 (2)运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子所占的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；看准是“含”还是“只含”；还应注意培养液中化学元素的不同。(3)运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。(4)在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。核心知识小结要点回眸规范答题1.DNA复制发生在细胞分裂的间期。2.DNA复制需要DNA模板、4种脱氧核苷酸做原料以及酶和能量。3.DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制。4.DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。随堂检测学生用书P501下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A产物是RNA分子B场所主要是细胞溶胶C原料是氨基酸D方式是半保留复制解析：选D。DNA复制方式为半保留复制，合成的子代DNA分子包括一条新链和一条母链。2如图所示是研究DNA复制方式的实验，根据这些实验结果进行的推论，正确的是() 菌种：大肠杆菌培养条件与方法：(1)在含15N的培养基中培养若干代，使DNA均被15N标记(甲图)。(2)转至14N的培养基中培养，每30分钟繁殖一代。(3)取出每代DNA样本，并离心分层。丙是转入14N培养基中复制一代的结果乙是转入14N培养基中复制二代的结果出现丁的结果至少需要60分钟戊图表示复制三代后不再具有15N标记DNAABC D解析：选B。由于DNA分子复制是半保留复制，而丙中DNA全在中部，所以丙是转入14N培养基中复制一代的结果，正确；乙中是1/2在下部、1/2在中部，而DNA分子复制是半保留复制，所以复制后不可能有在下部的DNA存在，错误；丁中是1/2在中部、1/2在上部，说明DNA已复制两次，而复制一次需要30分钟，所以出现丁的结果至少需要60分钟，正确；戊中全部在上部，表示不具有15N标记的DNA；而DNA分子的复制是半保留复制，15N标记的DNA两条链一直存在，错误。 3.(2019浙江1月学考)假设T2噬菌体的DNA含1 000个碱基对，其中胞嘧啶占全部碱基的30%。一个32P标记的T2噬菌体侵染细菌，释放出50个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A子代噬菌体中最多有2个32P标记的噬菌体B噬菌体增殖过程所需的原料、模板、酶等全部由细菌提供C用含32P的培养基可直接培养出32P标记的T2噬菌体D产生这些子代噬菌体共消耗了9 800个胸腺嘧啶脱氧核苷酸答案：A4在试管中合成DNA的实验过程是：先把高能磷酸基团接到四种脱氧核苷酸上，然后将这四种磷酸脱氧核苷酸放入一支试管中，还要加入从某种生物体内提取的DNA聚合酶系，最后放入一条带15N 标记的DNA分子，并将试管放在适宜温度的环境中。据下列实验结果回答： (1)由生化分析得知：新合成的DNA分子，AT, GC，这个事实说明DNA的合成遵偱_。新合成的DNA分子中，(AT)/(GC)的比率与带15N标记的 DNA分子一样，这说明新DNA分子是_。分析还得知，新合成的DNA分子带有15N标记的DNA的链占50%，这个事实说明_。(2)在一个新合成的DNA中，(AT)/(CG)的值与它的模板DNA的任一单链_(填“相同”或“不相同”)。简述理由_。(3)一段时间内测得容器内共有8个DNA分子，此段时间DNA分子共进行_次复制。在这8个DNA中，不含15N的DNA、一条链中含15N的DNA和两条链都含15N的DNA数目之比是_。答案：(1)碱基互补配对原则以标记DNA为模板的产物DNA的复制是半保留复制 (2)相同因为所有的双链DNA中，A与T的数目相同，C与G的数目相同(3)3620 课时作业 学生用书P113(单独成册)一、选择题1DNA分子复制所需要的原料是()A核苷酸B核苷C碱基 D脱氧核苷酸解析：选D。DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，所以在复制过程中需要脱氧核苷酸作为原料。2DNA分子复制不发生在()A洋葱根尖分生区增殖细胞B减数第一次分裂间期C减数第二次分裂间期D精原细胞形成初级精母细胞的时期解析：选C。DNA分子复制发生在细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期，而洋葱根尖分生区细胞通过有丝分裂方式增殖，精原细胞形成初级精母细胞的时期即为减数第一次分裂间期。3保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是()A需要有关酶促使DNA的两条互补链分离B游离的脱氧核苷酸与母链碱基进行互补配对C配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链D模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构解析：选B。DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。4用15N同位素标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基上连续繁殖4代，a、b、c为三种DNA分子：a只含15N，b同时含15N和14N，c只含14N。如图中这三种DNA分子的比例正确的是()解析：选D。假设亲代DNA分子为n个，则繁殖四代后，DNA分子总数为16n，其中，只含15N的DNA分子为0个，同时含14N和15N的分子为2n个，只含14N的分子有14n个，则它们呈现的比例为D图所示。5关于DNA复制过程的叙述，错误的是()ADNA复制时伴随有氢键的断裂和重新形成BDNA复制时伴随有磷酸二酯键的断裂和重新形成CDNA复制时伴随有高能磷酸键的断裂和重新形成DDNA复制时伴随有双螺旋结构的破坏与重新形成解析：选B。DNA复制时需要在酶的作用下破坏碱基对之间的氢键，复制完成时模板母链与子链之间形成氢键，然后重新螺旋化；在复制过程中要消耗能量，能量由高能化合物(ATP)来提供，所以伴随有高能磷酸键的断裂和重新形成；复制时只在DNA聚合酶的作用下伴随有磷酸二酯键的形成，而没有磷酸二酯键的断裂。6某细胞DNA分子的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用3H标记，然后放在普通的培养基上让其进行有丝分裂，在第一次有丝分裂和第二次有丝分裂中，其染色单体的放射性情况分别是()A一半、全部B全部、一半C一半、有的一半有的没有D一半、一半解析：选B。DNA分子的复制是半保留复制，第一次复制后，每条染色单体的DNA分子中都保留了亲代的一条链，都具有放射性，但第一次分裂产生的DNA分子的两条链中，一条具有放射性，一条不具有放射性；第二次复制完成后，每条染色体的两个染色单体中，以不具放射性的链为模板合成的不具放射性，以具有放射性的链合成的仍具有放射性，所以一半具有放射性，一半不具有放射性。7在体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关酶、4种脱氧核苷酸和ATP，37 下保温、适宜的酸碱度。下列叙述中正确的是()A能生成DNA，DNA的碱基比例与4种脱氧核苷酸的比例一致B不生成DNA，因为实验中缺少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不生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜条件解析：选B。DNA复制需要模板、酶、原料、能量和适宜条件。8BrdU能代替胸腺嘧啶脱氧核苷掺入到新合成的DNA链中。若用姬姆萨染料染色，在染色单体中，DNA只有一条单链掺有BrdU则着色深；DNA的两条单链都掺有BrdU则着色浅。将植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中培养一段时间，取出根尖并用姬姆萨染料染色，用显微镜观察染色体的染色单体的颜色差异。下列相关叙述错误的是()A在第一个细胞周期中，每条染色体的染色单体间均无颜色差异B在第二个细胞周期的前期，每条染色体中有3条脱氧核苷酸链含有BrdUC在第三个细胞周期的中期，细胞中有1/4染色体的染色单体间出现颜色差异D此实验可用于验证DNA的复制方式为半保留复制解析：选C。DNA的复制方式为半保留复制，由题干信息，在第一个细胞周期中，每条染色体的染色单体中，DNA分子都只有一条单链掺有BrdU，均着色深，无颜色差异。在第二个细胞周期的前期，每条染色体含两个染色单体，每条染色体中有3条脱氧核苷酸链含有BrdU；在第三个细胞周期的中期，由于第二个细胞周期后期着丝粒分开移至两极时有不同的情况，形成的子细胞中染色体DNA含有BrdU多少不一，细胞中不一定有1/4染色体的染色单体间出现颜色差异。因此选项A、B、D正确，选项C错误。9某DNA分子中含有1 000个碱基对(P元素只含32P)。若将DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次，则子代DNA的相对分子质量平均比原来()A减少1 500 B增加1 500C增加1 000 D减少1 000解析：选A。具有1 000个碱基对的DNA分子连续分裂两次，形成4个DNA分子，这4个DNA分子中有2个DNA分子的每条链都是含31P的，还有2个DNA分子都是一条链是31P，另一条链是32P。前2个DNA分子的相对分子质量比原DNA共减少了4 000，后2个DNA分子的相对分子质量比原来共减少了2 000，这样4个DNA分子平均比原来减少了6 000/41 500。10下列关于如图DNA分子片段的说法，正确的是()A解旋酶可作用于处B“G”是鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸C该DNA的特异性表现在碱基种类和(AG)/(CT)的比例上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：选B。解旋酶的作用是催化氢键断开，使DNA两条链分开，形成两条单链DNA，即作用于图中处，A错误；“G”是鸟嘌呤脱氧核苷酸，B正确；DNA分子的特异性是由于每个特定的DNA分子都具有其特定的碱基对排列顺序，对于任何双链DNA分子中，(AG)/(CT)的比值都是等于1，C错误；把此DNA放在含15N的培养液中复制2代，子代DNA都含有15N，D错误。11下列关于DNA复制过程的正确顺序是()互补碱基对之间氢键断裂互补碱基对之间形成氢键DNA分子在有关酶的作用下解开螺旋以解开螺旋后的母链为模板进行碱基互补配对新链与模板链盘旋成双螺旋状结构ABC D解析：选A。DNA的复制顺序是形成“模板链”()、合成子链()、形成新的DNA分子()。12已知某DNA分子含有1 000个碱基对，其中一条链上AGTC1234。该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是()A600个 B900个C1 200个 D1 800个解析：选D。DNA分子中含有2 000个碱基，又知其中一条链中AGTC1234。该DNA分子中AT，CG，则求出该DNA分子中鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为600个，该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为(221)6001 800个。二、非选择题13如图为DNA的复制图解，请据图回答下列问题：(1)DNA复制发生在_期。(2)过程称为_。(3)指出中的子链：_。(4)过程必须遵循_原则。(5)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有_特点。(6)将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，则含14N的DNA细胞占总细胞数的_，含15N的DNA细胞占总细胞数的_。(7)已知原来DNA中有100个碱基对，其中A 有40个，则复制4次，在复制过程中将需要_个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸参加。解析：DNA分子的复制方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和与母链互补的子链；复制n次产生的子代DNA分子数为2n个；若亲代DNA分子中含某种碱基数为a个，则复制n次需该种碱基数为a(2n1)个。答案：(1)有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间(2)解旋(3)、(4)碱基互补配对(5)半保留复制(6)100%12.5%(7)90014含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可以参与DNA分子的组成，但32P比31P的质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含31P的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞，然后将G0代细胞移至含有32P的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞，再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后，得到结果如图，由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同，若表示轻、中、重三种DNA分子的位置，请回答下列问题：(1)G0、G1、G2三种DNA离心后的试管分别对应哪个图？G0_，G1_，G2_。(2)G2代在三条带中DNA数的比例为_。(3)图中两条带中DNA分子所含的同位素P分别是：条带_，条带_。(4)上述实验结果证明DNA的复制方式是_，DNA分子的自我复制能使生物的_保持相对稳定。(5)设全部含31P的DNA分子相对分子质量为a，全部含32P的DNA分子相对分子质量为b，则G2代DNA分子的平均相对分子质量为_。解析：根据题意，可以明显地看出，G0代的DNA全部是由含31P的脱氧核苷酸组成的，是轻DNA；G1代每一个DNA分子中，一条是含31P的母链，一条是含32P的子链，是中DNA；G2代共4个DNA分子，有2个DNA分子的母链含31P，子链含32P，是中DNA，另2个DNA分子的母链、子链都含32P，是重DNA。答案：(1)ABD(2)022(3)31P31P和32P(4)半保留复制遗传特性(5)(a3b)/414