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DNA复制的过程及相关计算
易错归因
不能准确理解DNA分子复制的特点和过程；不能正确进行DNA分子复制过程的相关计算。
典型易错题
例1（2022·山西吕梁·二模）如图表示大肠杆菌质粒DNA的复制过程，其中复制叉是DNA复制时在DNA链上形成的Y型结构。若该细菌的质粒DNA含有的碱基数目为m，胸腺嘧啶数目为a，下列叙述错误的是（ ）
A．该DNA复制的特点为边解旋边复制、双向复制
B．该过程需要解旋酶和DNA酶的参与，且两种酶发挥作用时均消耗ATP
C．该DNA复制n次，消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为（2n－1）×（m/2－a）
D．该DNA复制一次，共形成m个磷酸二酯键
【答案】B
【解析】据图分析，图中有两个复制叉，部分解旋后开始进行复制，体现该DNA复制过程的特点是边解旋边复制、双向复制，A正确；该过程需要解旋酶和DNA聚合酶的参与，且两种酶发挥作用时均消耗ATP，B错误；DNA分子中含有的碱基数目为m，含有T的数目为a，则一个DNA分子中含有的C的数目是（m-2a）/2，因此复制n次共需要G的数目为（2n-1）×（m-2a）/2，C正确；据题意可知，图中DNA含有的碱基数为m，即含有的脱氧核苷酸数为m，因为该DNA为环状双链分子，磷酸二酯键数等于脱氧核苷酸数，因此复制过程形成2条环状的DNA链，故形成的磷酸二酯键为m，D正确。故选B。
例2（2021·浙江省·历年真题）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
【解析】在双链DNA分子共含有100个碱基对，A与T之和占其中一条链碱基的40%，则这条链A+T=100×40%=40个，G+C=60个；根据碱基配对原则A=T，G=C可知，另一条链同样A+T=40个，G+C=60个；由G=C可知，该DNA双链中G=C=60个。如果连续复制2次，根据半保留复制的特点，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量，即C=（22－1）×60=180。
故选B。
解题技巧
1．DNA分子复制的过程
2．归纳法求解DNA分子中的碱基数
1）在DNA双链中，嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A+G=T+C。
2）在DNA双链中，互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中想等，即若在一条链中（A+T）/（G+C）=m，则在互补链及整个DNA分子中，（A+T）/（G+C）=m。
3）在DNA双链中，非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中（A+G）/（T +C）=a，则在其互补链中（A+G）/（T +C）=1/a，而在整个DNA分子中（A+G）/（T +C）=1
3．分析DNA复制的相关计算
1）将1个含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则
2）DNA复制过程中消耗脱氧核苷酸数（若亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个）
（1）若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为：m·（2n－1）。
（2）第n次复制所需该种脱氧核苷酸数目为：m·2n-1。
同类题练习
1．（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
2．（2022·浙江省·模拟题）将两段寡聚脱氧核苷酸片段5'-ACCACGTAAC-3'和5'-GTTAC-3'按1：1的比值与DNA聚合酶一起加到含有四种脱氧核苷酸的反应混合物之中，预测反应的终产物被掺入的各碱基的比例可能是（ ）
A．2C：1T B．2G：1T C．3G：2T D．3G：2C
3．（2021·北京市·高考真题）酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是（ ）
A．DNA复制后A约占32%
B．DNA中C约占18%
C．DNA中（A+G）/（T+C）=1
D．RNA中U约占32%
4．（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
5．（2022·湖北省·模拟）噬菌体DNA分子和质粒DNA分子都是环状结构。环状DNA通常采用滚环型复制，复制过程如图所示。下列有关分析正确的是（ ）
A．质粒DNA分子中有2个游离的磷酸基团
B．质粒DNA分子中有2个游离的磷酸基团
C．质粒DNA分子中有2个游离的磷酸基团
D．滚环复制时需要限制酶和DNA连接酶
6．（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1/4
D．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
7．（2022·浙江·镇海中学模拟预测）某DNA分子中腺嘌呤占碱基总数的20%，其中的鸟嘌呤全部被7-乙基化，复制时7-乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶配对而与胸腺嘧啶配对。该DNA分子正常复制产生两个DNA分子，其中一个DNA分子中胸腺嘧啶占碱基总数的35%，另一个DNA分子中鸟嘌呤（不包括7-乙基鸟嘌呤）占其所在单链的比例是（ ）
A．15% B．30% C．45% D．60%
8．（2022·河北·模拟预测）现有某生物（2n＝32）的原始生殖细胞，将该生物原始生殖细胞的核DNA用15N全部标记，体外培养诱导（培养液中不含15N）使其正常进行有丝分裂或者减数分裂，下列叙述错误的是（ ）
A．该原始生殖细胞进行一次减数分裂，得到的子细胞中一定有16条带15N标记的核DNA
B．该原始生殖细胞进行一次减数分裂，得到的子细胞中可能有32条带15N标记的核DNA
C．该原始生殖细胞进行两次有丝分裂，得到的子细胞中可能有32条带15N标记的核DNA
D．该原始生殖细胞进行两次有丝分裂，得到的子细胞中可能有16条带15N标记的核DNA
9．（2021·辽宁·东北育才学校二模）一个DNA分子由300个脱氧核苷酸构成，其中含80个腺嘌呤。该DNA经过诱变后，一个正常碱基变成了5-溴尿嘧啶（BU）。BU可与碱基A配对，诱变后的DNA分子连续进行2次复制，得到的子代DNA分子加热后得到5种单链片段如图所示，该DNA分子中BU替换的碱基可能是？复制过程中需要鸟嘌呤脱氧核苷酸多少个（ ）
A．G 209 B．T 209 C．G 208 D．T 208
10．（2022·贵州毕节·模拟预测）如下图是某染色体DNA分子的局部结构示意图。请据图分析回答：
（1）该DNA分子有____个游离的磷酸基团，两条单链按_______方式盘旋成双螺旋结构。
（2）如果将14N标记的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中，细胞在该培养液中分裂5次，DNA分子也复制5次，则得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子数和含15N的DNA分子数的比例为________。
（3）若该DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤有m个，则该DNA分子复制5次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸_______个。
同类题练习参考答案
1．A 【解析】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；子链的合成过程需要引物参与，B错误；DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基末端，C错误；解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。故选A。
2．C 【解析】DNA聚合酶催化在引物的3'端连上脱氧核苷酸，5'-GTTAC-3'起引物作用，与5'-ACCACGTAACGGA-3'从右往左数第四个碱基处开始配对，所以最后复制得到的片段是5'-TGGTG3'，即掺入T：G为2：3，C正确，ABD错误。故选C。
3．D 【解析】DNA复制以亲代DNA为模板，遵循碱基互补配对，所以复制后A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则C约占50%－32%=18%，B正确；DNA中A与T配对，G与C配对，所以（A+G）/（C+T）=1，C正确；RNA是以DNA分子一条链为模板转录而来，由于无法确定DNA分子一条链中碱基A所占比例，所以不能确定RNA中碱基U的比例，D错误。故选D。
4．B 【解析】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。故选B。
5．C 【解析】质粒DNA分子是环状结构，所以分子中没有游离的磷酸基团，A错误；滚环复制时，子链的延伸方向为5′→3′端，B错误；结合题图可知：滚环复制时两条子链的合成都是连续的，C正确；滚环复制时需要解旋酶和DNA聚合酶，D错误。故选C。
6．C 【解析】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；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；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；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，呈深蓝色，D正确。故选C。
7．B 【解析】由题意可知，原DNA分子中A=T=20%，则C=G=（1－20%×2）÷2=30%，正常复制得到的DNA分子T也占20%，由于复制时7-乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶配对而与胸腺嘧啶配对，复制得来的一个DNA分子中胸腺嘧啶占碱基总数的35%，推知该DNA分子新增T为35%－20%=15%=7-乙基鸟嘌呤，即合成该DNA分子的模板链中鸟嘌呤占碱基总数的15%，则另一条模板链中胞嘧啶也占碱基总数的15%，则正常复制产生的另一个DNA分子中鸟嘌呤（不包括7-乙基鸟嘌呤）占其所在单链的比例是15%×2=30%。故选B。
8．B 【解析】该原始生殖细胞进行一次减数分裂，即DNA复制一次，细胞分裂两次，间期DNA复制后，每条姐妹染色单体上的DNA双链中一条为有15N标记的单链，一条为不带15N标记的单链，得到的子细胞中的16条染色体都各有一条带15N标记的单链和一条不带15N标记的单链，A正确、B错误；该细胞经过一次有丝分裂得到的子细胞中每条染色体上的DNA双链中各有一条带15N标记的单链和一条不带15N标记的单链，再进行第二次有丝分裂，完成后得到的子细胞中含有15N标记的核DNA可能有0~32条，C、D正确。故选B。
9．A 【解析】设突变的正常碱基为P，该碱基突变后变成了5-溴尿嘧啶（BU）。BU可与碱基A配对，根据半保留复制的特点，DNA分子经过一次复制后，突变链形成的DNA分子中含有A-BU，该DNA分子经过第二次复制后，形成的两个DNA分子上对应位置的碱基为A-BU、A-T，水解形成的单链类型为图示中的前面三种情况。后面的两种单链类型说明亲代DNA经过两次复制后的另两个DNA分子上的碱基对为C-G，由于突变链上正常碱基P突变为BU，故最左面的单链为突变链，根据碱基互补配对原则可知最右面的链为亲代DNA分子的另一条模板链，根据最下面碱基为C，可知对应突变链上正常碱基P应该为G，即鸟嘌呤，该DNA分子有含300个脱氧核苷酸，其中含80个腺嘌呤，则鸟嘌呤G=300/2-80=70个，由于突变过程是鸟嘌呤发生改变引起的，且该DNA分子经过两次复制后形成的四个DNA分子中两个是发生突变的DNA片段，两个是正常的DNA片段，因此这四个DNA片段中碱基G的数量为70+70+69+69=278个，除去亲代DNA分子中的69个体G，则该DNA分子经过两次复制现成的四个DNA分子的过程中需要消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为278-69=209个，即A正确。故选A。
10．（1）2 反向平行
（2）1：16
（3）31·(a/2－m)
【解析】
分析题图可知，图中①是胞嘧啶，②是腺嘌呤，③是鸟嘌呤，④是磷酸，⑤是胸腺嘧啶，⑥是脱氧核糖，⑦是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，⑧是脱氧核苷酸链。
（1）DNA分子结构的主要特点之一：DNA分子是由两条链组成的，每一条链上含有1个游离的磷酸基团，因此该DNA分子有2个游离的磷酸基团，DNA分子中两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（2）将14N标记的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中培养，细胞分裂5次，即DNA复制5次，获得32个DNA分子，其中有2个DNA分子同时含有14N和15N，30个DNA分子只含有15N，所以子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例为2：32=1：16。
（3）若该DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤有m个，所以胞嘧啶数为（a/2－m），复制5次，共增加DNA分子(25－1)=31个，故需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为31·(a/2－m)个。
答案第1页，共2页
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