2018-2019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学习目标1.了解对DNA分子复制的推测及实验证据。2.归纳DNA分子的复制过程，并探讨DNA复制的生物学意义。一、探究DNA的复制过程1.实验方法：同位素示踪法。2.实验原理(1)含15N的双链DNA密度较大，离心后的条带应分布于离心管的下部。(2)含14N的双链DNA密度较小，离心后的条带应分布于离心管的上部。(3)两条链分别含15N和 14N的双链DNA密度介于双链均含15N的DNA和双链均含14N的DNA之间，离心后的条带应分布于离心管的中部。3.实验过程(1)大肠杆菌在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中繁殖若干代。(2)将上述大肠杆菌转到以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养。(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，即分别取完成一次细胞分裂和两次细胞分裂的大肠杆菌，并将其中的DNA分子分离出来。(4)将提取的DNA进行密度梯度超速离心和分析，记录离心后离心管中DNA的位置。4.实验结果(如图示)(1)离心管a：立即取出提取DNA离心离心管底部(15N15NDNA)。(2)离心管b：繁殖一代后取出提取DNA离心离心管中部(15N14NDNA)。(3)离心管c：繁殖二代后取出提取DNA离心离心管上部和离心管中部(14N14NDNA和15N14NDNA)。5.实验结论：DNA的复制方式为半保留复制。例1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14NDNA(相对分子质量为a)和15NDNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，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。下列对此实验的叙述不正确的是()A.代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15NB.代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的C.预计代细菌DNA分子的平均相对分子质量为D.上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制答案B解析15NDNA在14N的培养基上进行第一次复制后，产生的两个子代DNA分子均含有一条15N的DNA链和一条14N的DNA链。这样的DNA用离心法分离后，应该全部处在试管的中部。代的两个DNA分子再分别进行复制，它们所产生的两个子代DNA分别为全14NDNA分子和14N、15NDNA分子。此时，将该DNA作离心处理，产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部。含15N的DNA分子占全部DNA分子的。培养一个大肠杆菌，则其代细菌DNA分子共有8个，各条链的相对分子质量之和为(7ab)，平均相对分子质量为。例2(2018杭州模拟)如图为科学家设计的DNA 合成的同位素示踪实验，利用大肠杆菌来探究DNA 的复制过程，下列说法正确的是()A.从获得试管到试管，细胞内的染色体复制了两次B.用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA 更方便C.试管中含有14N 的DNA占D.本实验是科学家对DNA 复制方式假设的验证答案D解析大肠杆菌细胞内没有染色体，A 错误；噬菌体是营寄生生活的，不能在培养液中繁殖，不能代替大肠杆菌进行实验，B 错误；试管中含有14N 的DNA 占100%，C错误；本实验是对DNA半保留复制的验证实验，D正确。二、DNA分子复制的过程1.概念：产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程。2.DNA复制的过程(1)解旋：在解旋酶作用下，DNA分子两条链的配对碱基之间的氢键断裂，碱基暴露出来，形成两条“模板链”(母链)。(2)合成子链：以每一条母链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。(3)形成子代DNA：延伸子链，母子链盘绕成双螺旋结构。结果，一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子。3.复制的条件模板：亲代DNA解旋产生的两条母链。原料：游离的四种脱氧核苷酸。酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶。能量：ATP。4.复制的特点：半保留复制，即子代DNA双链一条母链一条新子链。5.意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。归纳总结对DNA复制的理解(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。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。例3下列关于DNA复制条件的叙述，不正确的是()A.DNA复制时只有DNA的一条链作模板B.以4种游离的脱氧核苷酸为原料C.DNA复制过程需要消耗能量D.没有酶的催化，细胞DNA复制无法进行答案A解析DNA复制是指DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下将双链解开，以解开的两条链为模板，在DNA聚合酶作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，合成与母链互补的子链，每条子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构，最终形成与亲代DNA分子相同的子代DNA的过程。例4(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，培养至第二次分裂中期。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答案A解析若将处于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，在间期的S期时DNA复制1次，所以第一次细胞分裂完成后得到的2个子细胞都是每一条染色体的DNA都只有1条链被标记，培养至第二次分裂中期，每条染色体中的两条染色单体均含3H标记。特别提醒DNA分子复制特点及子代DNA存在位置与去向(1)复制特点半保留复制，即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链)，另一条链(子链)由新链构建而成。(2)2个子代DNA位置：当一个DNA分子复制后形成两个新DNA分子后，这两个新DNA恰位于两条姐妹染色单体上，且由着丝粒连在一起，即：(3)2个子代DNA去向：在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分开，分别进入两个子细胞中。例5(2018杭州五校联考)下列关于DNA的相关计算，正确的是()A.具有1 000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则每一条链上都具有胞嘧啶200个B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后共需2nm个胸腺嘧啶C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制需要2n1m个胸腺嘧啶D.无论是双链DNA还是单链DNA，(AG)所占的比例均是答案C解析具有1 000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则DNA中含胞嘧啶400个，因此一条链上的胞嘧啶数可为0400个，A项错误；具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后DNA数由1个变为2n个，因此需要(2n1)m个胸腺嘧啶，其第n次复制DNA数由2n1个变为2n个，这一过程需要(2n2n1)m2n1m个胸腺嘧啶，B项错误，C项正确；只有在双链DNA中才遵循卡伽夫法则，即AT、GC，在单链DNA中不存在这一关系，因此只有双链DNA中(AG)所占的比例为，单链DNA中该比值不一定为，D项错误。1.保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是()A.解旋酶促使DNA的两条链分离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链结构答案B解析DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。2.用15N标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖四代，a、b、c为三种DNA分子；a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，如下图，这三种DNA分子的比例正确的是()答案D3.DNA分子复制时，解旋酶作用的部位应该是()A.腺嘌呤与鸟嘌呤之间的氢键B.腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键C.脱氧核糖与含氮碱基之间的化学键D.脱氧核糖与磷酸之间的化学键答案B解析DNA复制过程中用到解旋酶和DNA聚合酶，其中解旋酶的作用是把两条螺旋的双链解开，破坏的是A与T、G与C之间的氢键。4.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，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图为可能的结果，下列叙述错误的是()A.第一次分裂的子代DNA应为B.第二次分裂的子代DNA应为C.第三次分裂的子代DNA应为D.亲代的DNA应为答案A解析亲代DNA为15N15N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N14N，应如图所示。5.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的子代B的子代操作提取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)轻带(14N/14N)中带(15N/14N)请分析并回答：(1)要得到DNA中的N全部被15N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：若B的子代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于_，据此可判断DNA分子的复制方式不是_复制。若将B的子代DNA双链分开后再离心，其结果_(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。若在同等条件下将B的子代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置_。若某次实验的结果中，B的子代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中有少部分含_。答案(1)多15N(15NH4Cl)(2)312半保留复制(3)B半保留不能没有变化15N解析在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两条单链均被15N标记，“轻带”为两条单链均被14N标记，“中带”为一条单链被14N标记，另一条单链被15N标记。对点训练题组一探究DNA的复制过程1.1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料进行实验(如图)，证实了DNA是以半保留方式复制的。、试管是模拟可能出现的结果。下列相关推论正确的是()培养条件与方法：(1)在含15N的培养基培养若干代，使DNA双链均被15N标记(试管)。(2)转至14N的培养基培养，每30分钟繁殖一代。(3)取出每代DNA样本，并离心分层。A.该实验运用了同位素标记法，出现的结果至少需要90分钟B.是转入14N培养基中复制一代的结果，是复制二代的结果C.对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用的是试管结果D.给试管中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管所示答案C解析该实验运用了同位素标记法，根据DNA半保留复制特点可知，是复制二代的结果，因此出现的结果至少需要60分钟，A错误；根据DNA半保留复制特点可知，是转入14N培养基中复制一代的结果，是复制二代的结果，B错误；对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用的是试管结果，C正确；给试管中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果应该是出现重带和轻带，与试管所示不符，D错误。2.(2017温州模拟)如图表示采用同位素示踪技术和离心处理来探究DNA复制方式的过程图解，下列说法错误的是()A.轻带表示14N14N的DNA分子B.证明DNA的复制方式为半保留复制C.细菌繁殖三代后取样，提取DNA，离心后试管中出现三条条带D.若将DNA双链分开来离心，则b、c两组实验结果条带位置相同答案C解析轻带表示14N14N的DNA分子，A正确；据分析可知，该实验可以证明DNA的复制方式为半保留复制，B正确；细菌繁殖三代后取样，提取DNA，离心后试管中出现2条条带，一条中带，一条轻带，C错误；若将DNA双链分开来离心，则b、c实验结果均为一条重带，一条轻带，D正确。3.(2017台州模拟)将15N标记的大肠杆菌(其DNA经密度梯度离心后如甲图)，转至以14NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养，每20分钟繁殖一代，收集并提取DNA，进行密度梯度离心，如图为离心结果模拟图。已知大肠杆菌DNA中胞嘧啶个数为X。下列有关叙述正确的是()A.繁殖过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数B.乙是转入14N培养基中复制一代的结果C.出现丙结果至少需要40分钟D.出现丁结果至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为4X答案A解析双链DNA中嘌呤数等于嘧啶数，故繁殖过程中所需的嘌呤数等于嘧啶数，A正确；转入14N培养基中复制一代的结果是产生2个DNA，且均为一条链为14N，另一条链为15N，对应图丙，B错误；据B项分析可知，出现丙结果至少需要20分钟，C错误；转入14N培养基中复制二代的结果是产生4个DNA，其中15N标记的只有2个DNA(一条链为14N，另一条链为15N)，其余的2个DNA均为14N标记，对应图丁，出现丁结果至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为3X，D错误。4.将在含15NH4Cl的培养液中培养若干代的某真核细胞转移到含14NH4Cl的培养液中培养，让细胞连续进行有丝分裂，并进行密度梯度离心，则下列说法中不正确的是()A.细胞经过一次分裂和离心后，DNA位于试管的中层B.细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层C.细胞经过三次分裂和离心后，的DNA位于试管的中层，的DNA位于试管的上层D.该实验可以证明DNA的复制是半保留复制答案C解析细胞经过一次分裂和离心后，所形成的每个子代DNA分子中的两条链中一条链含15N，另一条链含14N，位于试管的中层，A项正确；细胞经过两次分裂和离心后，一半DNA位于试管的中层，另一半DNA位于上层，B项正确；细胞经过三次分裂和离心后，有的DNA位于试管的上层，的DNA位于试管的中层，C项错误；该实验可以证明DNA的复制是半保留复制，D项正确。题组二DNA分子复制的过程5.下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是()A.DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸B.在复制过程中，解旋和复制是同时进行的C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子答案B解析在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链；边解旋边复制也是DNA复制的一个特点；以解开的每一条单链为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链，最后每条新合成的子链与对应的模板链螺旋，形成两个一样的DNA分子。6.在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在()A.两条DNA母链之间B.DNA子链与其互补的母链之间C.两条DNA子链之间D.DNA子链与其非互补母链之间答案A解析在DNA复制时，首先是构成DNA的两条母链解旋，然后以分开的两条母链为模板，按照碱基互补配对原则合成子链。7.下列关于DNA复制过程的顺序，正确的是()互补碱基对之间氢键断裂互补碱基对之间氢键合成DNA分子在解旋酶的作用下解旋以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对子链与母链盘绕成双螺旋结构A. B.C. D.答案D解析DNA复制的基本过程是：解旋合成子链双链螺旋化，在解旋时互补碱基对之间氢键断裂，在合成子链时重新形成新的氢键。8.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是()A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率答案A解析从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，A错误；图中DNA分子复制是边解旋边双向复制，B正确；真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与，C正确；真核细胞的DNA分子具有多个复制起点，这种复制的方式加速了复制过程，提高了复制速率，D正确。题组三DNA复制过程中的数量关系9.某双链DNA分子中共有含氮碱基1 400个，其中一条单链上(AT)(CG)25。问该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是()A.200个B.400个C.600个D.1 200个答案C解析双链DNA分子中一条单链上(AT)(CG)25，则整个双链DNA分子中(AT)(CG)25，而双链DNA分子中共有碱基1 400个，所以AT200个，该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是(221)200600个。10.某双链DNA分子，经三次复制后，所得到的第四代DNA分子中，含有原亲代DNA链的分子数是()A.1 B.2 C.4 D.8答案B解析亲代DNA分子有两条链，在复制过程中分别进入两个子代DNA分子中，所以不管复制多少次，只有两个DNA分子含有亲代DNA链。11.已知一条完全标记上15N的DNA分子在含14N的培养基中经n次复制后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为71，则n是()A.2 B.3 C.4 D.5答案C解析DNA分子复制是半保留复制，所以无论这个DNA分子复制多少次，总有两个DNA分子各有一条链带有15N标记，因此仅含14N的DNA分子总数应为14个，复制n次后，共得到16个DNA分子；由公式2n16可知，DNA分子复制了4次。12.在噬菌体侵染细菌的实验中，如果细菌体内的DNA和蛋白质分别含有31P和32S，噬菌体中的DNA和蛋白质分别含有32P和35S，噬菌体DNA在细菌体内复制了三次，那么从细菌体内释放出的子代噬菌体中含有32P的噬菌体和含有35S的噬菌体分别占子代噬菌体总数的()A.和1 B.和0C.和0 D.和1答案C解析噬菌体侵染细菌时进入细菌体内的只有噬菌体的DNA，被标记的蛋白质外壳留在外面，新的噬菌体的蛋白质是以细菌的氨基酸为原料重新合成的，因此所有子代噬菌体的外壳都含有32S而不含35S。假如一个含有32P的噬菌体在细菌体内利用31P复制了三次，由于DNA是半保留复制，在产生的8个子代噬菌体中，只有2个含有32P，占所有子代噬菌体的。综合强化13.如下图所示为DNA的复制图解，请据图回答下列问题：(1)DNA的复制发生在_期。(2)过程称为_。(3)过程中的子链是_。(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_的特点。(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细胞占细胞总数的_，含15N的DNA细胞占细胞总数的_。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%解析DNA的复制发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。DNA复制时，先将两条链之间的氢键打开，形成两条单链，即解旋；然后以两条单链为模板，按照碱基互补配对原则，再各形成一条新链，最后母链和新合成的子链进行螺旋化，形成新的DNA分子。DNA分子复制的方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和一条与母链互补的子链，DNA分子中的两条母链一直往后代传递。复制n次后产生的子代DNA分子为2n个，本题中含有15N标记的子代DNA分子为2个，所占比例为。14.下面是DNA复制的有关图示。ABC表示大肠杆菌的DNA复制。DF表示哺乳动物的DNA复制。图中黑点表示复制起点，“”表示复制方向，“”表示时间顺序。(1)若A中含有48 502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min，假设DNA分子从头到尾复制，则理论上此DNA分子复制约需30 s，而实际上只需约16 s，根据AC过程分析，这是因为_。(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长，若按AC的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需要约2 h左右，根据DF过程分析，是因为_。(3)AF均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是_的。(4)C与A相同，F与D相同，C、F能被如此准确地复制出来，是因为(写出两点原因)：_，_。答案(1)复制是双向进行的(2)DNA分子中有多个复制起点(3)边解旋边复制(4)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板碱基互补配对原则保证DNA分子复制的准确无误解析(1)由题知，实际复制时间约相当于理论上复制时间的一半，再根据图示可知DNA复制为双向复制。(2)哺乳动物的DNA分子的实际复制时间要短于按AC的方式复制的时间，说明DNA复制不只是单起点双向复制，结合DF可推断DNA复制为多起点双向复制。15.DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的。当时推测可能有如图A所示的三种方式。1958年，Meslson和Stahl用密度梯度离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲代链的去向，实验过程是：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均为15NDNA(亲代)，将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(子代和子代)后离心得到如图B所示的结果。请依据上述材料回答问题：(1)如果与对照相比，子代离心后能分出轻和重两条密度带，则说明DNA传递遗传信息的方式是_。如果子代离心后只有1条中度密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式是_。如果子代离心后只有1条中密度带，再继续做子代的DNA密度鉴定：若子代离心后能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是_。若子代离心后不能分出中、轻两条密度带，则可以确定DNA传递遗传信息的方式是_。(2)他们观测的实验数据如下：梯度离心DNA浮力密度(g/mL)表世代实验对照亲代1.7241.710子代1.7171.710子代()1.717，()1.7101.710分析实验数据可知：实验结果与当初推测的DNA三种可能复制方式中的_方式相吻合。答案(1)全保留复制全保留复制半保留复制分散复制(2)半保留复制解析(1)由题意可知，如果子代离心后能分出轻和重两条密度带，可得出是全保留复制。如果子代离心后只有1条中密度带，肯定不可能是全保留复制，可能是半保留复制或分散复制。子代为第二次复制的产物，若是半保留复制会有中和轻密度带；若是全保留复制会有重和轻密度带。若子代能分出轻、中密度带，可推知为半保留复制方式；若没中、轻密度带之分，则可能为分散复制。(2)分析表中的数据，子代为全中；子代为中、轻，可推测该复制方式为半保留复制。15