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(共55张PPT)
第3章 基因的本质
第3节　DNA的复制
课时目标 1.通过DNA的复制，认同生命的延续与发展观。(生命观念)
2．分析DNA复制过程，归纳DNA复制过程中的相关计算规律，提高逻辑分析和计算能力。(科学思维)
3．运用假说—演绎法，探究DNA半保留复制。(科学探究)
一、对DNA复制的推测
1．半保留复制假说
2.全保留复制假说
DNA复制以 为模板，子代DNA的双链都是 的。
二、DNA半保留复制的实验证据
1．实验技术： 技术和离心技术。
DNA双链
新合成
同位素标记
2．实验原理
两条链被标记情况 密度大小 离心后位置
都是15N 最大 靠近试管的 部
一条15N，一条14N 居中 位置
都是14N 最小 靠近试管的 部
底
居中
上
3.实验预期及实验过程
4．实验结论：DNA的复制是以 的方式进行的。
半保留
三、DNA复制的过程
1．过程
2．意义：将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的 。
连续性
◆名师点睛
1．哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行DNA复制；不分裂的细胞不存在DNA复制。
2．DNA复制时，子链的延伸方向是5'端→3'端。
3．DNA复制一旦完成，亲代DNA不再存在，模板链依然存在。
◆助学巧记
DNA复制之“一、二、三、四”
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
√
√
×
×
×
×
◆思维启迪
确保DNA能准确复制的基础是什么？
提示：①DNA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，保证了复制能准确地进行。
任务一 DNA复制的过程
根据图甲、图乙思考下列问题：
[问题探究]
1．图甲中进行的是什么过程？发生的时期和场所是什么？
答案：DNA复制；细胞分裂前的间期，无丝分裂也有DNA复制。真核生物DNA复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物DNA复制的场所主要是拟核。
2．图甲中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图乙中的哪个部位？a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？
答案：酶1是解旋酶，作用于f，酶2是DNA聚合酶，作用于e；a和c的碱基排列顺序相同，b和d的碱基排列顺序相同。
1．DNA复制的场所
DNA复制的注意事项
(1)解旋与复制同时进行，并非双螺旋全部解开后复制。
(2)互补的碱基配对时自动形成氢键，不需要酶的催化作用。
B
解析：
真核细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中均有DNA，DNA的复制主要发生在细胞核，线粒体、叶绿体中也可进行DNA的复制，原核细胞中DNA的复制主要在拟核中进行，A错误；DNA复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，DNA的双链都作为模板，B正确；DNA复制是边解旋边复制，C错误；复制时合成的两条子链是分别以两条母链为模板合成的，故合成的两条子链可互补配对，碱基序列不相同，D错误。
B
解析：
DNA的两条链是互补的，在复制的时候分别以两条链作为模板，遵循碱基互补配对原则进行复制，①②互补，①③互补，那么②③碱基序列通常相同，②④互补，①④碱基序列通常相同，B正确。
A
[答题指导]
解析：
根据rep蛋白的功能可知，rep蛋白能破坏A与T、C与G之间形成的氢键，A错误；DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上，可防止单链重新形成双链，B正确；DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点，C正确；正常情况下，一个DNA分子复制结束后可形成两个完全相同的DNA分子，D正确。
任务二 DNA复制中碱基数量的计算
将用15N标记的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，如下图所示。
[问题探究]
1．将用15N标记的DNA分子，放在含有14N的培养基上培养，当测得含有15N的DNA分子数占12.5%时，该DNA分子复制了几次？
答案：4次。
2．DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA分子？
答案：DNA复制n次形成2n个DNA分子，第n次复制形成2n-1个DNA分子。
DNA复制的有关计算
(1)将用15N标记的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
①子代DNA分子共2n个：
a．含15N的DNA分子2个。
b．只含15N的DNA分子0个。
c．含14N的DNA分子2n个。
d．只含14N的DNA分子(2n－2)个。
②脱氧核苷酸链共2n+1条：
a．含15N的脱氧核苷酸链2条。
b．含14N的脱氧核苷酸链 (2n+1－2)条。
(2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数(若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个)：
①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次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)－m·(2n-1－1)＝m·2n-1个。
DNA复制的有关计算的三个易错点
(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，而后者只包括最后一次复制。
(2)在DNA复制过程中，无论复制几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(3)看清碱基的数目单位是“对”还是“个”，“DNA分子数”还是“脱氧核苷酸链数”，“含”还是“只含”等关键词。
B
解析：
该DNA分子在含31P的培养液中复制两次，可得到4个DNA分子，其中含31P的DNA分子占4/4＝100%，含32P的DNA分子占2/4＝50%，A正确、B错误。因为DNA复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入2个子代DNA分子中，所以4个DNA分子中有2个DNA分子的每条链都只有31P，还有2个DNA分子是一条链含31P、另一条链含32P；前两个DNA 分子相对分子质量比原DNA分子共减少了4 000，后两个DNA分子
解析：
相对分子质量比原DNA分子共减少了2 000，这样4个DNA分子的相对分子质量平均比原来减少了6 000/4＝1 500，C正确。在含有1 000个碱基对的DNA分子中，胸腺嘧啶有400个，则含有鸟嘌呤(1 000×2－400×2)/2＝600个，复制两次所消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为600×(22－1)＝1 800个，D正确。
A
解析：
该DNA分子含有500个碱基对，其中一条单链上碱基A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，则该链中A、G、T、C分别是50个、100个、150个、200个，另一条单链上依次是150个、200个、50个、100个，因此该DNA分子中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸100＋200＝300个。该DNA分子连续复制数次后，消耗周围环境中含G的脱氧核苷酸2 100个，设该DNA分子复制了n次，则(2n－1)×300＝2 100，解得n＝3。故选A。
冈崎假说——科学思维
1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成的，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图甲)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密
度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图乙。
设计1：考查逻辑推理能力
(1)若1个双链DNA片段中有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸， 复制四次后含亲代脱氧核苷酸链的DNA有________个。
设计2：考查长句表达能力与科学思维
(2)将3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是_________________________________
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设计3：考查问题解决能力与科学思维
(3)图乙中，与60 s结果相比，120 s结果中短链片段减少的原因是______
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____________________________________________________________。
该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是什么？___________________
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答案：(1)5 200　2
(2)标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料
(3)短链片段连接成长链片段　在实验时间内细胞中均能检测到较多的短链片段
解析：
(1)1个双链DNA片段中有1 000个碱基对，其中胸腺嘧啶有350个，则胞嘧啶有1 000－350＝650个，若该DNA连续复制四次，在第四次复制时相当于新合成24－23＝8个DNA分子，需要消耗的胞嘧啶脱氧核苷酸数为650×8＝5 200个。由于DNA复制方式为半保留复制，故复制四次后含最初亲代脱氧核苷酸链的DNA有2个。(2)将3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体
解析：
DNA复制提供原料，所以在噬菌体DNA中检测到了放射性。(3)图2中，与60 s结果相比，120 s时有些短链片段连接成长链片段，所以短链片段减少。在实验时间内细胞中均能检测到较多的短链片段的实验结果为冈崎假说提供有力的证据。
B
解析：
DNA双螺旋结构的发现是该实验提出假说的依据，因此能为该实验提供必要的理论基础，A正确；梅塞尔森和斯塔尔将15N标记的大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养，收集大肠杆菌并提取DNA，对其进行密度梯度离心，15N不具备放射性，因此不需要用放射性同位素检测技术进行检测，B错误；该实验利用密度梯度离心技术让不同密度的DNA分层，从而证明了半保留复制，因此密度梯度离心为DNA分子在
解析：
试管分层提供了有效方法，C正确；梅塞尔森和斯塔尔在实验之前进行演绎推理，观察到与演绎一致的预期现象后，实验证明了“DNA的半保留复制”，因此假说—演绎法为该实验的研究过程提供了科学的思维方法，D正确。
C
解析：
探究DNA复制过程利用了同位素标记法，A正确；细胞有丝分裂一次意味着DNA复制一次，发生在细胞分裂前的间期，B正确；密度梯度离心后，DNA在试管中的位置取决于DNA所含同位素的情况，即与相对分子质量有关，C错误；实验结果说明了DNA具有半保留复制的特点，D正确。
D
解析：
DNA双螺旋结构经解旋后为DNA复制提供两条模板(即复制的标准)，严格的碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性，保证了子代DNA是以亲代DNA提供的两条模板为标准合成的。故选D。
D
解析：
DNA复制是以DNA两条链为模板合成子代DNA的过程，A正确；结合题图可知，DNA分子可以进行双向复制，因此DNA解旋也是双向的，B正确；若该片段碱基T占20%，由于双链DNA分子中A＝T，C＝G，因此C、G各占30%，复制后子代DNA中碱基与亲代相同，碱基比例不变，故复制后碱基C占30%，C正确；由于DNA聚合酶只能使子链由5'→3'方向延伸，因此图中⑨为子链的3'端，而模板链正好相反，故④为5'端，⑤为3'端，①为5'端，D错误。
B
解析：
细胞内DNA复制主要发生在细胞核中，其次是线粒体和叶绿体中，核糖体中不进行DNA复制，A错误；DNA复制过程中，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行，B正确；游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子链，C错误；在真核细胞中，分裂间期完成DNA的复制和相关蛋白质的合成，同时也就完成了染色体的复制，D错误。
6．下图表示DNA的复制过程，请回答有关问题：
(1)在真核生物中，DNA的复制发生在________________期。
(2)①→②过程称为______，该过程需要______酶。
(3)②→③过程必须遵循____________原则。
(4)将一个DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续复制3次，则含14N的DNA占DNA总数的________，含15N的DNA占DNA总数的________。
答案：(1)细胞分裂前的间
(2)解旋　解旋
(3)碱基互补配对
(4)100%　25%
解析：
(1)DNA的复制发生在细胞分裂前的间期。(2)据图分析，①为双链，②为单链，因此①→②为解旋过程，需要解旋酶的参与。(3)②→③为DNA聚合酶利用脱氧核苷酸遵循碱基互补配对原则合成子链的过程。(4)将一个DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续复制3次，形成8个DNA分子。DNA的复制方式为半保留复制，则有2个DNA分子一条链含有14N，另一条链含有15N，其余6个DNA分子只含14N，所以8个DNA分子均含14N，含15N的DNA占DNA总数的25%。

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