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第3节　DNA的复制
1.简述DNA复制方式的假说及实验证据。2.阐述DNA复制的过程及精确复制的原因。
[学习目标]
预习案·自主学习
一、对DNA复制的推测
1.半保留复制
(1)提出者: 。
沃森和克里克
(2)假说内容。
氢键
两条单链
脱氧核苷酸
碱基互补配对
2.全保留复制: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.实验方法
同位素标记技术和 法。
2.实验原理
15N标记的双链DNA密度大,双链含14N的DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。
3.实验假设
DNA以 的方式复制。
DNA双链
新合成
密度梯度离心
半保留
4.实验过程
5.结果分析
(1)亲代大肠杆菌:提取DNA→离心→ 。
(2)细胞分裂一次(即细菌繁殖一代):提取DNA→离心→ 。
(3)细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代):提取DNA→离心→ 。
6.实验结论
DNA的复制是以 的方式进行的。
三、DNA复制的过程
1.DNA复制的概念:以 为模板合成 的过程。
2.发生时期:在真核生物中,这一过程是在 ,随着染色体的复制而完成的。
全部重带
全部中带
1/2轻带、1/2中带
半保留
亲代DNA
子代DNA
细胞分裂前的间期
3.过程
解旋酶
解开的每一条母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
4.结果:一个DNA分子形成了两个 的DNA分子。
5.特点
(1)边解旋边复制。
(2) 复制。
6.准确复制的原因
(1)DNA独特的 结构,为复制提供了精确的模板。
(2)通过 ,保证了复制能够准确地进行。
7.意义:DNA通过复制,将 从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了 的连续性。
完全相同
半保留
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
遗传信息
判断正误
(1)沃森和克里克以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。(　　)
×
【提示】 梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。
(2)DNA复制时,双螺旋的两条链全部解开后,才开始子链的合成。(　　)
×
【提示】 DNA复制是一个边解旋边复制的过程。
(3)DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。(　　)
×
【提示】 DNA分子的复制方式为半保留复制,所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。
(4)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。(　　)
×
【提示】 单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。
(5)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中。(　　)
×
【提示】 真核细胞的DNA复制可发生在细胞核、线粒体和叶绿体中。
探究案·互动探究
任务一　探究DNA的复制方式
科学家曾提出DNA复制方式的三种假说:全保留复制、半保留复制和分散复制(复制完成后,亲代DNA双链被切成片段后,分散进入子代复制品的每条链中),如下图所示。请据图回答下列问题。
(1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链
【提示】 同位素标记技术。
(2)如何测定子代DNA带有同位素的情况
【提示】 对DNA进行离心,观察其在离心管中的分布情况。
(3)若DNA复制方式是半保留复制,则预期实验结果:
①立即取出,提取DNA,离心,获得 。
②繁殖一代,提取DNA,离心,获得 。
③繁殖两代,提取DNA,离心,获得 和 。
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
(4)若DNA复制的方式是全保留复制,请你预期实验结果并完善表格。
大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型
亲代 下部,100% 15N/15N-DNA
第一代 下部 , 上部
第二代 下部 , 上部
50%
15N/15N-DNA、
14N/14N-DNA
50%
25%
75%
15N/15N-DNA、
14N/14N-DNA
(5)若DNA复制的方式是分散复制,则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何
【提示】 第一代只出现一条中带,第二代只出现一条位于中带和轻带之间的条带。
(6)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带,这个结果排除了哪种复制方式
【提示】 排除了全保留的复制方式。
(7)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带,这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉
【提示】 排除了分散复制的方式。
「典型例题」
1.(2025·东莞期末)下图为科学家利用大肠杆菌探究DNA的复制过程,下列叙述正确的是(　　)
[A] 实验中采用了放射性同位素标记和密度梯度离心的研究方法
[B] 通过比较试管②和①的结果,无法证明DNA复制为半保留复制
[C] 可用T2噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验,且提取DNA更方便
[D] 大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代,细胞中只有DNA含15N
B
【解析】 本实验应用了14N和 15N,14N和 15N都没有放射性,所以本实验采用了同位素标记和密度梯度离心的研究方法;通过比较试管②和①的结果,说明其复制方式不是全保留复制,可能是半保留复制或分散复制;T2噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能在培养液中独立生活和繁殖,因而不能代替大肠杆菌进行题述实验;蛋白质和核酸等物质都含有N,所以大肠杆菌在含有 15NH4Cl的培养液中生长若干代,细胞中含 15N的物质有DNA、RNA、蛋白质等。
2.(2025·延安期末)为研究DNA的复制方式,先将大肠杆菌在含15N的培养液中培养若干代,使DNA均被15N标记(离心结果见图甲试管),后转至含14N的培养液中培养。提取每代大肠杆菌的DNA进行离心,离心结果见试管乙、丙、丁。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 乙试管是大肠杆菌在14N培养液繁殖一代的结果
[B] 大肠杆菌在14N培养液繁殖三代后DNA全部含有14N
[C] 位于丁试管上部的DNA的两条链均含有14N
[D] 含15N与含14N培养液互换,繁殖一代的结果与丙试管相同
A
【解析】 15N标记的DNA转至14N的培养液中培养,繁殖一代的结果是子代DNA分子都是一条链含 14N,另一条链含 15N,离心后全为中带,与丙符合;由于DNA为半保留复制,转入14N培养液中繁殖三代后,所有的DNA都含有 14N;位于丁试管上部的DNA的密度最小,两条链均含有 14N;根据DNA半保留复制特点,含 15N与含 14N培养液互换,繁殖一代的结果都是一条链含 14N,另一条链含 15N,离心后全为中带,与丙试管相同。
任务二　分析DNA复制的过程及相关计算
下图为真核细胞DNA分子复制示意图,如果用15N标记该DNA分子的两条链,让其在含有14N的环境中复制n次,结合DNA分子半保留复制的特点,思考并回答下列问题。
(1)图中过程需要的原料是 ,该过程需要的酶除解旋酶外,还有 。
(2)DNA复制时,子链的延伸方向是怎样的
4种游离的脱氧核苷酸
【提示】 5′端→3′端。
DNA聚合酶
(3)图中DNA每个复制起点在一次细胞分裂过程中使用 次,多复制起点的意义是 。
提高复制的效率
一
(4)复制n次后,DNA分子中含14N的DNA分子数和只含14N的DNA分子数分别是多少
【提示】 2n+1条;2条;(2n+1-2)条。
【提示】 2n个;(2n-2)个。
(5)复制n次后,DNA分子中脱氧核苷酸链数、含15N的脱氧核苷酸链数、含14N的脱氧核苷酸链数分别是多少
「核心归纳」
1.DNA复制的起点和方向
(1)原核生物:单起点双向复制。
(2)真核生物:多起点双向复制。
多起点复制提高了复制的效率。在复制速率相同的前提下,真核生物细胞的复制泡大小不一,原因是它们的复制起始时间有先后,上图中DNA是从其最右边开始复制的。
2.DNA复制中相关计算的规律方法
一个双链均被15N标记的DNA分子复制n代,其结果分析如下。
(1)DNA分子数。
①子代DNA分子数=2n个。
②含15N的子代DNA分子数=2个。
③含14N的子代DNA分子数=2n个。
④只含14N的子代DNA分子数=(2n-2)个。
(2)脱氧核苷酸链数。
①子代DNA分子的总链数=2n×2=2n+1条。
②含15N的链数=2条。
③含14N的链数=(2n+1-2)条。
(3)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,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m×(2n-1)个。
②第n次复制,需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
「典型例题」
3.(2025·毕节期末)下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图,下列分析正确的是(　　)
[A] 酶①为DNA聚合酶,酶②为解旋酶
[B] 该过程的模板链为a、d链
[C] 该过程中的c、d链碱基排列顺序相同
[D] DNA复制的特点是半保留复制
D
【解析】 酶①的作用是解开DNA双链,因此酶①是解旋酶,酶②的作用是将游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链,因此酶②是DNA聚合酶;DNA复制时,以解开的两条DNA单链为模板进行复制,从题图中可以看出该过程的模板链为a链和b链;c链是以a链为模板合成的,d链是以b链为模板合成的,a链和b链是互补关系,所以c链和d链是互补关系,它们的碱基排列顺序不同。
4.未被32P标记的某DNA分子中含有1 000个碱基对,其中鸟嘌呤300个,以含32P的化合物为原料,DNA分子连续复制3次。下列有关叙述错误的是(　　)
[A] 所有子代DNA分子都含有32P
[B] 子代DNA分子中,可能出现只有1条链含32P
[C] 3次复制过程中共需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸2 800个
[D] 子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8
C
【解析】 在该DNA分子中,G=C=300个,则A=T=700个,则3次复制过程中共需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数=700×(23-1)=4 900(个)。
思维导图
随堂检测
1.(2025·合肥期末)研究人员分别在含15NH4Cl和14NH4Cl 的培养液中培养大肠杆菌,用以研究DNA的复制特点。图甲代表的化合物由①②③三部分构
成;图乙是利用离心技术将提取到的大肠杆菌DNA进行检测得到的结果。
下列有关说法错误的是(　　)
[A] 让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中繁殖多代后,取其DNA离心检测,可得Ⅱ所示结果
[B] 让大肠杆菌在含14NH4Cl的培养液中繁殖多代后,取其DNA离心检测,可得Ⅰ所示结果
[C] 将15N标记的大肠杆菌置于含14NH4Cl的培养液中培养2代后,取其DNA离心检测,可得Ⅲ所示结果
[D] 将14N标记的大肠杆菌置于含15NH4Cl的培养液中培养,15N标记的是图甲的①处
D
【解析】 15N标记的是图甲中的③处。
2.(2025·石家庄期末)下图是DNA复制过程示意图,①～④代表DNA长链,两条长链之间的虚线代表碱基对。据图推断,子代DNA的长链中碱基序列通常相同的是(　　)
[A] ①和② [B] ②和③
[C] ①和③ [D] ②和④
B
【解析】 DNA的两条链是互补的,在复制时分别以两条链作为模板,遵循碱基互补配对原则进行复制。题图中①②链互补,①③链互补,②③链相同,②④链互补。
3.(2025·昭通期末)若1个亲代DNA分子双链均以白色表示,经过两次复制所得的4个DNA分子如下图所示。第一次复制后产生的子链用一种颜色表示,第二次复制后产生的子链用另一种颜色表示,下列相关叙述正确的是(　　)
[A] DNA复制过程中,两条新形成的子链通过碱基互补配对形成新的DNA
分子
[B] 真核生物的DNA复制为先解旋再复制
[C] 4个子代DNA分子中,新合成的单链占总单链数的3/4
[D] 图中用黑色表示的子链是第一次复制后产生的
C
【解析】 DNA复制为半保留复制,是以亲代DNA分子的两条链分别为模板,各自合成一条子链,新形成的子链与其对应的模板链通过碱基互补配对形成新的DNA分子,而不是两条新形成的子链形成新的DNA分子;真核生物的DNA复制是边解旋边复制;1个亲代DNA分子经过两次复制后得到4个DNA分子,共8条单链,其中新合成的单链有6条,新合成的单链占总单链数的比例为3/4;题图中用黑色表示的子链是第二次复制后产生的。
4.(2025·昆明期末)下图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程,图中甲、乙、丙均表示DNA分子,a、b、c、d均表示DNA链,①②表示相关酶。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 图中酶①能使甲解旋,酶②在c链的形成过程中发挥作用
[B] 运用同位素标记法可研究图示过程中的半保留复制
[C] 该细胞中还会发生蛋白质的合成等
[D] 图示过程发生在细胞核内,乙、丙分开的时期为减数分裂Ⅱ后期
D
【解析】 题图所示的DNA复制过程发生在洋葱根尖分生区某细胞内,洋葱根尖分生区细胞为体细胞,只进行有丝分裂,不能进行减数分裂,因此乙、丙分开的时期为有丝分裂后期。
5.(2025·沈阳期末)将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上,置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像,①和②表示新合成的单链,①的5′端指向解旋方向,丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象,但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则,下列说法错误的是(　　)
[A] 据图分析,①和②延伸时均存在暂停现象
[B] 甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等
[C] 丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等
[D] ②延伸方向为5′端至3′端,其模板链3′端指向解旋方向
D
【解析】 据图分析,图甲时新合成的单链①比②短,图乙时①比②长,因此可以说明①和②延伸时均存在暂停现象;①和②两条链中碱基是互补的,图甲时新合成的单链①比②短,但②中多出的部分可能不含有A、T,因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等;①和②两条链中碱基是互补的,丙为复制结束时的图像,新合成的单链①与②等长,图丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等;①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来,其中一条模板链合成子链时①的5′端指向解旋方向,那么另一条模板链合成子链时②延伸方向为5′端至3′端,其模板链5′端指向解旋方向。
联系实际 迁移应用
分子生物学家冈崎提出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,另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。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2。请分析回答下列问题。
(1)以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
。
(2)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4次,在第4次复制时需要消耗 个胞嘧啶脱氧核苷酸,复制4次后含亲代脱氧核苷酸链的DNA有 个。
(3)图2中,与60 s结果相比,120 s结果中短链片段减少的原因是
。该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是
。
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
5 200
2
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第3节　DNA的复制
[学习目标]　1.简述DNA复制方式的假说及实验证据。2.阐述DNA复制的过程及精确复制的原因。
一、对DNA复制的推测
1.半保留复制
(1)提出者:沃森和克里克。
(2)假说内容。
2.全保留复制:DNA复制以DNA双链为模板,子代DNA的双链都是新合成的。
二、DNA半保留复制的实验证据
1.实验方法
同位素标记技术和密度梯度离心法。
2.实验原理
15N标记的双链DNA密度大,双链含14N的DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。
3.实验假设
DNA以半保留的方式复制。
4.实验过程
5.结果分析
(1)亲代大肠杆菌:提取DNA→离心→全部重带。
(2)细胞分裂一次(即细菌繁殖一代):提取DNA→离心→全部中带。
(3)细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代):提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
6.实验结论
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
三、DNA复制的过程
1.DNA复制的概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.发生时期:在真核生物中,这一过程是在细胞分裂前的间期,随着染色体的复制而完成的。
3.过程
4.结果:一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
5.特点
(1)边解旋边复制。
(2)半保留复制。
6.准确复制的原因
(1)DNA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,保证了复制能够准确地进行。
7.意义:DNA通过复制,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。
判断正误
(1)沃森和克里克以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。(　　)
【答案】 ×
【提示】 梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术证明DNA复制方式是半保留复制。
(2)DNA复制时,双螺旋的两条链全部解开后,才开始子链的合成。(　　)
【答案】 ×
【提示】 DNA复制是一个边解旋边复制的过程。
(3)DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。(　　)
【答案】 ×
【提示】 DNA分子的复制方式为半保留复制,所以子代DNA的两条链中包含了一条母链和一条子链。
(4)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。(　　)
【答案】 ×
【提示】 单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。
(5)真核细胞的DNA复制只发生在细胞核中。(　　)
【答案】 ×
【提示】 真核细胞的DNA复制可发生在细胞核、线粒体和叶绿体中。
任务一　探究DNA的复制方式　　　　　 　　　　　 　　　　　
　　科学家曾提出DNA复制方式的三种假说:全保留复制、半保留复制和分散复制(复制完成后,亲代DNA双链被切成片段后,分散进入子代复制品的每条链中),如下图所示。请据图回答下列问题。
(1)用什么技术区分来自模板DNA的母链与新合成的DNA子链
【提示】 同位素标记技术。
(2)如何测定子代DNA带有同位素的情况
【提示】 对DNA进行离心,观察其在离心管中的分布情况。
(3)若DNA复制方式是半保留复制,则预期实验结果:
①立即取出,提取DNA,离心,获得15N/15NDNA。
②繁殖一代,提取DNA,离心,获得15N/14NDNA。
③繁殖两代,提取DNA,离心,获得15N/14NDNA和14N/14NDNA。
(4)若DNA复制的方式是全保留复制,请你预期实验结果并完善表格。
大肠杆菌 DNA在离心管中的位置及比例 DNA分子所含N的类型
亲代 下部,100% 15N/15NDNA
第一代 下部50%, 上部50% 15N/15NDNA、 14N/14NDNA
第二代 下部25%, 上部75% 15N/15NDNA、 14N/14NDNA
(5)若DNA复制的方式是分散复制,则第一代和第二代出现条带的数量及位置如何
【提示】 第一代只出现一条中带,第二代只出现一条位于中带和轻带之间的条带。
(6)科学家的实验结果显示第一代只出现一条中带,这个结果排除了哪种复制方式
【提示】 排除了全保留的复制方式。
(7)科学家的实验结果显示第二代出现了一条中带和一条轻带,这个结果可以进一步将哪种复制方式排除掉
【提示】 排除了分散复制的方式。
典型例题
1.(2025·东莞期末)下图为科学家利用大肠杆菌探究DNA的复制过程,下列叙述正确的是(　　)
[A] 实验中采用了放射性同位素标记和密度梯度离心的研究方法
[B] 通过比较试管②和①的结果,无法证明DNA复制为半保留复制
[C] 可用T2噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验,且提取DNA更方便
[D] 大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代,细胞中只有DNA含15N
【答案】 B
【解析】 本实验应用了14N和 15N,14N和 15N都没有放射性,所以本实验采用了同位素标记和密度梯度离心的研究方法;通过比较试管②和①的结果,说明其复制方式不是全保留复制,可能是半保留复制或分散复制;T2噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能在培养液中独立生活和繁殖,因而不能代替大肠杆菌进行题述实验;蛋白质和核酸等物质都含有N,所以大肠杆菌在含有 15NH4Cl的培养液中生长若干代,细胞中含 15N的物质有DNA、RNA、蛋白质等。
2.(2025·延安期末)为研究DNA的复制方式,先将大肠杆菌在含15N的培养液中培养若干代,使DNA均被15N标记(离心结果见图甲试管),后转至含14N的培养液中培养。提取每代大肠杆菌的DNA进行离心,离心结果见试管乙、丙、丁。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 乙试管是大肠杆菌在14N培养液繁殖一代的结果
[B] 大肠杆菌在14N培养液繁殖三代后DNA全部含有14N
[C] 位于丁试管上部的DNA的两条链均含有14N
[D] 含15N与含14N培养液互换,繁殖一代的结果与丙试管相同
【答案】 A
【解析】 15N标记的DNA转至14N的培养液中培养,繁殖一代的结果是子代DNA分子都是一条链含 14N,另一条链含 15N,离心后全为中带,与丙符合;由于DNA为半保留复制,转入14N培养液中繁殖三代后,所有的DNA都含有 14N;位于丁试管上部的DNA的密度最小,两条链均含有 14N;根据DNA半保留复制特点,含 15N与含 14N培养液互换,繁殖一代的结果都是一条链含 14N,另一条链含 15N,离心后全为中带,与丙试管相同。
任务二　分析DNA复制的过程及相关计算
　　下图为真核细胞DNA分子复制示意图,如果用15N标记该DNA分子的两条链,让其在含有14N的环境中复制n次,结合DNA分子半保留复制的特点,思考并回答下列问题。
(1)图中过程需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸,该过程需要的酶除解旋酶外,还有DNA聚合酶。
(2)DNA复制时,子链的延伸方向是怎样的
【提示】 5′端→3′端。
(3)图中DNA每个复制起点在一次细胞分裂过程中使用一次,多复制起点的意义是提高复制的效率。
(4)复制n次后,DNA分子中含14N的DNA分子数和只含14N的DNA分子数分别是多少
【提示】 2n个;(2n-2)个。
(5)复制n次后,DNA分子中脱氧核苷酸链数、含15N的脱氧核苷酸链数、含14N的脱氧核苷酸链数分别是多少
【提示】 2n+1条;2条;(2n+1-2)条。
核心归纳
1.DNA复制的起点和方向
(1)原核生物:单起点双向复制。
(2)真核生物:多起点双向复制。
多起点复制提高了复制的效率。在复制速率相同的前提下,真核生物细胞的复制泡大小不一,原因是它们的复制起始时间有先后,上图中DNA是从其最右边开始复制的。
2.DNA复制中相关计算的规律方法
一个双链均被15N标记的DNA分子复制n代,其结果分析如下。
(1)DNA分子数。
①子代DNA分子数=2n个。
②含15N的子代DNA分子数=2个。
③含14N的子代DNA分子数=2n个。
④只含14N的子代DNA分子数=(2n-2)个。
(2)脱氧核苷酸链数。
①子代DNA分子的总链数=2n×2=2n+1条。
②含15N的链数=2条。
③含14N的链数=(2n+1-2)条。
(3)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,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m×(2n-1)个。
②第n次复制,需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
典型例题
3.(2025·毕节期末)下图为某真核细胞中DNA复制过程模式图,下列分析正确的是(　　)
[A] 酶①为DNA聚合酶,酶②为解旋酶
[B] 该过程的模板链为a、d链
[C] 该过程中的c、d链碱基排列顺序相同
[D] DNA复制的特点是半保留复制
【答案】 D
【解析】 酶①的作用是解开DNA双链,因此酶①是解旋酶,酶②的作用是将游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链,因此酶②是DNA聚合酶;DNA复制时,以解开的两条DNA单链为模板进行复制,从题图中可以看出该过程的模板链为a链和b链;c链是以a链为模板合成的,d链是以b链为模板合成的,a链和b链是互补关系,所以c链和d链是互补关系,它们的碱基排列顺序不同。
4.未被32P标记的某DNA分子中含有1 000个碱基对,其中鸟嘌呤300个,以含32P的化合物为原料,DNA分子连续复制3次。下列有关叙述错误的是(　　)
[A] 所有子代DNA分子都含有32P
[B] 子代DNA分子中,可能出现只有1条链含32P
[C] 3次复制过程中共需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸2 800个
[D] 子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8
【答案】 C
【解析】 在该DNA分子中,G=C=300个,则A=T=700个,则3次复制过程中共需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数=700×(23-1)=4 900(个)。
随堂检测　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.(2025·合肥期末)研究人员分别在含15NH4Cl和14NH4Cl 的培养液中培养大肠杆菌,用以研究DNA的复制特点。图甲代表的化合物由①②③三部分构成;图乙是利用离心技术将提取到的大肠杆菌DNA进行检测得到的结果。下列有关说法错误的是(　　)
[A] 让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中繁殖多代后,取其DNA离心检测,可得Ⅱ所示结果
[B] 让大肠杆菌在含14NH4Cl的培养液中繁殖多代后,取其DNA离心检测,可得Ⅰ所示结果
[C] 将15N标记的大肠杆菌置于含14NH4Cl的培养液中培养2代后,取其DNA离心检测,可得Ⅲ所示结果
[D] 将14N标记的大肠杆菌置于含15NH4Cl的培养液中培养,15N标记的是图甲的①处
【答案】 D
【解析】 15N标记的是图甲中的③处。
2.(2025·石家庄期末)下图是DNA复制过程示意图,①～④代表DNA长链,两条长链之间的虚线代表碱基对。据图推断,子代DNA的长链中碱基序列通常相同的是(　　)
[A] ①和② [B] ②和③
[C] ①和③ [D] ②和④
【答案】 B
【解析】 DNA的两条链是互补的,在复制时分别以两条链作为模板,遵循碱基互补配对原则进行复制。题图中①②链互补,①③链互补,②③链相同,②④链互补。
3.(2025·昭通期末)若1个亲代DNA分子双链均以白色表示,经过两次复制所得的4个DNA分子如下图所示。第一次复制后产生的子链用一种颜色表示,第二次复制后产生的子链用另一种颜色表示,下列相关叙述正确的是(　　)
[A] DNA复制过程中,两条新形成的子链通过碱基互补配对形成新的DNA分子
[B] 真核生物的DNA复制为先解旋再复制
[C] 4个子代DNA分子中,新合成的单链占总单链数的3/4
[D] 图中用黑色表示的子链是第一次复制后产生的
【答案】 C
【解析】 DNA复制为半保留复制,是以亲代DNA分子的两条链分别为模板,各自合成一条子链,新形成的子链与其对应的模板链通过碱基互补配对形成新的DNA分子,而不是两条新形成的子链形成新的DNA分子;真核生物的DNA复制是边解旋边复制;1个亲代DNA分子经过两次复制后得到4个DNA分子,共8条单链,其中新合成的单链有6条,新合成的单链占总单链数的比例为3/4;题图中用黑色表示的子链是第二次复制后产生的。
4.(2025·昆明期末)下图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程,图中甲、乙、丙均表示DNA分子,a、b、c、d均表示DNA链,①②表示相关酶。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 图中酶①能使甲解旋,酶②在c链的形成过程中发挥作用
[B] 运用同位素标记法可研究图示过程中的半保留复制
[C] 该细胞中还会发生蛋白质的合成等
[D] 图示过程发生在细胞核内,乙、丙分开的时期为减数分裂Ⅱ后期
【答案】 D
【解析】 题图所示的DNA复制过程发生在洋葱根尖分生区某细胞内,洋葱根尖分生区细胞为体细胞,只进行有丝分裂,不能进行减数分裂,因此乙、丙分开的时期为有丝分裂后期。
5.(2025·沈阳期末)将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上,置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像,①和②表示新合成的单链,①的5′端指向解旋方向,丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象,但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则,下列说法错误的是(　　)
[A] 据图分析,①和②延伸时均存在暂停现象
[B] 甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等
[C] 丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等
[D] ②延伸方向为5′端至3′端,其模板链3′端指向解旋方向
【答案】 D
【解析】 据图分析,图甲时新合成的单链①比②短,图乙时①比②长,因此可以说明①和②延伸时均存在暂停现象;①和②两条链中碱基是互补的,图甲时新合成的单链①比②短,但②中多出的部分可能不含有A、T,因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等;①和②两条链中碱基是互补的,丙为复制结束时的图像,新合成的单链①与②等长,图丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等;①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来,其中一条模板链合成子链时①的5′端指向解旋方向,那么另一条模板链合成子链时②延伸方向为5′端至3′端,其模板链5′端指向解旋方向。
　　分子生物学家冈崎提出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,另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。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2。请分析回答下列问题。
(1)以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。
(2)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4次,在第4次复制时需要消耗5 200个胞嘧啶脱氧核苷酸,复制4次后含亲代脱氧核苷酸链的DNA有2个。
(3)图2中,与60 s结果相比,120 s结果中短链片段减少的原因是短链片段连接成长链片段。该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是在实验时间内细胞中均能检测到较多的短链片段。
课时作业
(时间:30分钟　分值:49分)
第1～7题每题3分,第8题6分,共计27分。
基础对点练
知识点1　DNA半保留复制的实验证据
1.(2025·郑州期末)把含14N的大肠杆菌培养在氮源为15N的培养液中,完成一次细胞分裂后,再放回氮源为14N的环境中培养,DNA复制一次后,收集大肠杆菌并提取DNA进行密度梯度离心。右图为大肠杆菌DNA密度梯度离心结果模式图,如果DNA是以半保留方式复制,则离心后DNA组成分析应为(　　)
[A] 3/4轻氮型,1/4重氮型
[B] 1/4轻氮型,3/4中间型
[C] 1/2中间型,1/2重氮型
[D] 1/2轻氮型,1/2中间型
【答案】 D
【解析】 将含14N的大肠杆菌转移到氮源为15N的培养液中,完成一次细胞分裂后所形成的子代DNA分子都是中间型,再放回原环境中复制一次后,形成的DNA分子,其中有1/2DNA分子的一条链含 15N,另一条链含 14N;1/2DNA分子两条链均含 14N。所以,子代DNA组成分析为1/2轻氮型、1/2中间型。
2.(2025·合肥期末)用假说—演绎法进行DNA复制的研究时,将14N标记的大肠杆菌放在含有15N的培养液中培养,使其分裂2次。下列叙述错误的是(　　)
[A] 如果是全保留复制,子一代DNA分子1/2分布在轻带,1/2分布在重带
[B] 如果是全保留复制,子二代DNA分子1/4分布在轻带,3/4分布在重带
[C] 如果是半保留复制,子一代DNA分子1/2分布在中带,1/2分布在重带
[D] 如果是半保留复制,子二代DNA分子1/2分布在中带,1/2分布在重带
【答案】 C
【解析】 如果是半保留复制,子一代DNA分子都是一条链含14N,另一条链含15N,都分布在中带。
知识点2　DNA复制的过程
3.(2025·南京期末)DNA通过复制保持了前后代细胞遗传信息的连续性。下列关于DNA复制条件和方式的叙述,正确的是(　　)
[A] 只能以一条链为模板 [B] 不需要酶
[C] 不需要能量 [D] 半保留复制
【答案】 D
【解析】 DNA复制时是以两条链为模板进行的;DNA复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等;DNA复制过程需要消耗能量(ATP);DNA复制的方式是半保留复制。
4.已知某DNA分子含有500个碱基对,其中一条链上A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4。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,则该DNA分子已经复制了(　　)
[A] 3次 [B] 4次 [C] 5次 [D] 6次
【答案】 A
【解析】 根据DNA分子含有500个碱基对,而一条单链上碱基A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4,可知该DNA分子中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸为300个。复制数次后,所有DNA中的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是2 100+300=2 400(个),设该DNA分子复制了n次,则有关系式:2n×300=
2 400,解得n=3。
5.(2025·咸阳期中)下图表示DNA复制的过程,结合图示判断,下列有关叙述错误的是(　　)
[A] DNA复制过程中需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键
[B] DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点,生成的两条子链的方向相反
[C] DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成链
[D] DNA的两条子链都是连续合成的
【答案】 D
【解析】 由题图可知,DNA分子的两条子链中,一条单链的合成是连续的,另一条单链的合成是不连续的。
6.(2025·聊城期中)大肠杆菌DNA呈环状,下图表示其复制过程。下列说法错误的是(　　)
[A] 环状DNA分子中游离的磷酸基团有2个
[B] 酶1是解旋酶,酶2是DNA聚合酶
[C] 酶2催化子链延伸的方向是5′端→3′端
[D] 复制原点处G—C碱基对含量越高越不利于解旋
【答案】 A
【解析】 环状DNA分子中无游离的磷酸基团。
7.(2025·西安期末)某嗜热好氧杆菌的一个DNA有1 000个碱基对,A的比例为12%。下列说法错误的是(　　)
[A] 该DNA中G的比例为38%,热稳定性较高
[B] DNA第3次复制时需要消耗3 040个鸟嘌呤
[C] 提高G的含量,会改变该DNA中嘌呤的比例
[D] 该DNA复制时,碱基消耗的主要场所是拟核
【答案】 C
【解析】 该DNA中A的比例为12%,根据碱基互补配对原则,DNA中A=T=12%,C=G=38%,G—C碱基对的含量高于A—T碱基对,因此该DNA分子热稳定性较高;该DNA分子中G的比例为38%,则该DNA分子中G的数量为2 000×38%=760(个),则该DNA第3次复制时需要消耗760×4=3 040(个)鸟嘌呤;由于DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数,因此提高G的含量不会改变该DNA中嘌呤的比例;嗜热好氧杆菌为原核生物,该DNA复制的主要场所是拟核,因此,该DNA复制时,碱基消耗的主要场所是拟核。
综合提升练
8.线粒体中含有少量的DNA,其复制过程如下图所示。该过程中需要合成引物,第一个引物以内环为模板延伸,至第二个复制起点时,又合成另一个反向引物以外环为模板进行反向延伸,DNApoly为线粒体内用于DNA复制的DNA聚合酶。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 线粒体DNA复制与核DNA复制时碱基互补配对方式相同
[B] 线粒体DNA复制的起点在双链DNA的同一个位点
[C] 线粒体DNA复制属于半保留复制,DNA的每条链都可以作为模板
[D] 若dNTP能为复制提供所需的原料,则dNTP中含有脱氧核糖
【答案】 B
【解析】 线粒体DNA复制与核DNA复制时的碱基互补配对方式相同(A与T配对,G与C配对);由于内外环复制有时间先后,故复制起点不是双链DNA的同一位点;线粒体DNA复制时DNA的每条链都可以作为模板,子链和模板链构成一个新的DNA分子,也是半保留复制;dNTP能为复制提供原料,由于DNA复制的原料是脱氧核苷酸,因此dNTP中一定含脱氧
核糖。
9.(10分)(2025·信阳期末)目前已知的DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链,而不能从头合成DNA链,因此DNA复制时,子链的延伸需要RNA引物引导,引物的3′羟基端作为新合成子链的起始。图1为某DNA部分片段;图2为真核细胞DNA复制过程及结束阶段示意图,每条链5′端→3′端的方向由箭头指示,粗线代表母链(a链和b链),细线代表新生链(滞后链和前导链)。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒随着细胞分裂的进行逐渐缩短可能与DNA的复制方式密切相关。
(1)图1中④为DNA分子的一个完整单体,其名称为　　　　　　　　　　　　　　　　。DNA分子在加热的条件下可以解开双链,研究表明对于相同长度的DNA分子,⑤的含量越高,需要的解旋温度也会越　　　　。
(2)若图1中DNA分子共有1 500个碱基对,含⑥900个,该段DNA分子复制n次,第n次复制时,需要消耗C　　　　　　(用公式表达)个。
(3)图2中,滞后链延伸的方向和解旋酶的移动方向　　　　　(填“相同”或“相反”),其合成需要　　　　(填“一个”或“多个”)RNA引物。
(4)DNA复制结束后,需去除所有RNA引物,并由DNA片段继续延伸填补相应缺口。由于图2中编号　　　　(填“①”“②”或“③”)处的引物去除后,缺口无法填补,造成端粒缩短,这一机制与细胞的衰老有关。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸　高
(2)900×2n-1　
(3)相反(1分)　多个(1分)
(4)③
【解析】 (1)由碱基互补配对原则可知,图1中④对应的碱基为T(胸腺嘧啶),则④为胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。⑤为C—G碱基对,C—G碱基对含三个氢键,而A—T碱基对含两个氢键,所以,⑤的含量越高,需要的解旋温度也会越高。
(2)若图1中DNA分子共有1 500个碱基对,含⑥G 900个,该段DNA分子复制n次,则第n-1次复制完成后共有2n-1个DNA,第n次复制时,需要消耗C个数为900×2n-1。
(3)图2中,滞后链延伸的方向是向左的,DNA解旋酶的移动方向是向右的,二者方向相反;据题图可知,滞后链的合成需要多个RNA引物参与。
(4)DNA复制结束后,需去除RNA引物并由DNA片段继续延伸填补相应缺口,由于新生链延伸只能沿5′端→3′端方向进行,图2中③处的引物去除后,缺口无法填补,造成端粒缩短。
10.(12分)(2025·连云港期末)真核细胞内染色体外环状DNA(eccDNA)是游离于染色体基因组外的DNA,DNA的损伤可能会导致eccDNA的形成。下图中途径1、2分别表示真核细胞中DNA复制的两种情况,a、b、a′和b′表示子链的两端,①～④表示生理过程。请回答下列问题。
(1)途径1中酶1和酶2分别为　　　　　　、　　　　　　。
(2)途径2中a和a′都是　　　　(填“3′”或“5′”)端。
(3)途径1 DNA的复制在不同起点　　　　　(填“同时”或“不同时”)开始。观察过程①③可推测DNA复制的　　　　　　　等方式,提高了复制效率。
(4)据图分析,eccDNA能自我复制的原因是　　　　　　　　　　　　。
(5)eccDNA在肿瘤细胞中普遍存在,肿瘤细胞分裂时,eccDNA不能平均分配到子细胞中的原因是 　。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)解旋酶　DNA聚合酶
(2)5′(1分)
(3)不同时(1分)　双向、多起点
(4)eccDNA上有复制起点
(5)eccDNA无着丝粒,无法与纺锤丝连接,因此不能平均分配到子细胞中
【解析】 (1)由题图可知,途径1中酶1结合在两条DNA模板链上,说明酶1为解旋酶;酶2结合在一条DNA模板链和一条子链上,说明酶2为DNA聚合酶。
(2)根据DNA的复制方向(从子链的5′端到3′端),故途径2中a和a′都是5′端。
(3)途径1中,复制泡的大小不同,说明DNA的复制在不同起点不同时开始。观察过程①③可推测DNA复制采用了双向、多起点等方式,这极大地提高了复制速率。
(4)复制起点让DNA拥有自我复制的能力,故eccDNA能自我复制的原因是eccDNA上有复制起点。
(5)肿瘤细胞分裂时,eccDNA无着丝粒,无法与纺锤丝连接,因此不能平均分配到子细胞中。第3节　DNA的复制
课时作业
(时间:30分钟　分值:49分)
第1～7题每题3分,第8题6分,共计27分。
基础对点练
知识点1　DNA半保留复制的实验证据
1.(2025·郑州期末)把含14N的大肠杆菌培养在氮源为15N的培养液中,完成一次细胞分裂后,再放回氮源为14N的环境中培养,DNA复制一次后,收集大肠杆菌并提取DNA进行密度梯度离心。右图为大肠杆菌DNA密度梯度离心结果模式图,如果DNA是以半保留方式复制,则离心后DNA组成分析应为(　　)
[A] 3/4轻氮型,1/4重氮型
[B] 1/4轻氮型,3/4中间型
[C] 1/2中间型,1/2重氮型
[D] 1/2轻氮型,1/2中间型
【答案】 D
【解析】 将含14N的大肠杆菌转移到氮源为15N的培养液中,完成一次细胞分裂后所形成的子代DNA分子都是中间型,再放回原环境中复制一次后,形成的DNA分子,其中有1/2DNA分子的一条链含 15N,另一条链含 14N;1/2DNA分子两条链均含 14N。所以,子代DNA组成分析为1/2轻氮型、1/2中间型。
2.(2025·合肥期末)用假说—演绎法进行DNA复制的研究时,将14N标记的大肠杆菌放在含有15N的培养液中培养,使其分裂2次。下列叙述错误的是(　　)
[A] 如果是全保留复制,子一代DNA分子1/2分布在轻带,1/2分布在重带
[B] 如果是全保留复制,子二代DNA分子1/4分布在轻带,3/4分布在重带
[C] 如果是半保留复制,子一代DNA分子1/2分布在中带,1/2分布在重带
[D] 如果是半保留复制,子二代DNA分子1/2分布在中带,1/2分布在重带
【答案】 C
【解析】 如果是半保留复制,子一代DNA分子都是一条链含14N,另一条链含15N,都分布在中带。
知识点2　DNA复制的过程
3.(2025·南京期末)DNA通过复制保持了前后代细胞遗传信息的连续性。下列关于DNA复制条件和方式的叙述,正确的是(　　)
[A] 只能以一条链为模板 [B] 不需要酶
[C] 不需要能量 [D] 半保留复制
【答案】 D
【解析】 DNA复制时是以两条链为模板进行的;DNA复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等;DNA复制过程需要消耗能量(ATP);DNA复制的方式是半保留复制。
4.已知某DNA分子含有500个碱基对,其中一条链上A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4。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,则该DNA分子已经复制了(　　)
[A] 3次 [B] 4次 [C] 5次 [D] 6次
【答案】 A
【解析】 根据DNA分子含有500个碱基对,而一条单链上碱基A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4,可知该DNA分子中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸为300个。复制数次后,所有DNA中的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是2 100+300=2 400(个),设该DNA分子复制了n次,则有关系式:2n×300=
2 400,解得n=3。
5.(2025·咸阳期中)下图表示DNA复制的过程,结合图示判断,下列有关叙述错误的是(　　)
[A] DNA复制过程中需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键
[B] DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点,生成的两条子链的方向相反
[C] DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成链
[D] DNA的两条子链都是连续合成的
【答案】 D
【解析】 由题图可知,DNA分子的两条子链中,一条单链的合成是连续的,另一条单链的合成是不连续的。
6.(2025·聊城期中)大肠杆菌DNA呈环状,下图表示其复制过程。下列说法错误的是(　　)
[A] 环状DNA分子中游离的磷酸基团有2个
[B] 酶1是解旋酶,酶2是DNA聚合酶
[C] 酶2催化子链延伸的方向是5′端→3′端
[D] 复制原点处G—C碱基对含量越高越不利于解旋
【答案】 A
【解析】 环状DNA分子中无游离的磷酸基团。
7.(2025·西安期末)某嗜热好氧杆菌的一个DNA有1 000个碱基对,A的比例为12%。下列说法错误的是(　　)
[A] 该DNA中G的比例为38%,热稳定性较高
[B] DNA第3次复制时需要消耗3 040个鸟嘌呤
[C] 提高G的含量,会改变该DNA中嘌呤的比例
[D] 该DNA复制时,碱基消耗的主要场所是拟核
【答案】 C
【解析】 该DNA中A的比例为12%,根据碱基互补配对原则,DNA中A=T=12%,C=G=38%,G—C碱基对的含量高于A—T碱基对,因此该DNA分子热稳定性较高;该DNA分子中G的比例为38%,则该DNA分子中G的数量为2 000×38%=760(个),则该DNA第3次复制时需要消耗760×4=3 040(个)鸟嘌呤;由于DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数,因此提高G的含量不会改变该DNA中嘌呤的比例;嗜热好氧杆菌为原核生物,该DNA复制的主要场所是拟核,因此,该DNA复制时,碱基消耗的主要场所是拟核。
综合提升练
8.线粒体中含有少量的DNA,其复制过程如下图所示。该过程中需要合成引物,第一个引物以内环为模板延伸,至第二个复制起点时,又合成另一个反向引物以外环为模板进行反向延伸,DNApoly为线粒体内用于DNA复制的DNA聚合酶。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 线粒体DNA复制与核DNA复制时碱基互补配对方式相同
[B] 线粒体DNA复制的起点在双链DNA的同一个位点
[C] 线粒体DNA复制属于半保留复制,DNA的每条链都可以作为模板
[D] 若dNTP能为复制提供所需的原料,则dNTP中含有脱氧核糖
【答案】 B
【解析】 线粒体DNA复制与核DNA复制时的碱基互补配对方式相同(A与T配对,G与C配对);由于内外环复制有时间先后,故复制起点不是双链DNA的同一位点;线粒体DNA复制时DNA的每条链都可以作为模板,子链和模板链构成一个新的DNA分子,也是半保留复制;dNTP能为复制提供原料,由于DNA复制的原料是脱氧核苷酸,因此dNTP中一定含脱氧
核糖。
9.(10分)(2025·信阳期末)目前已知的DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链,而不能从头合成DNA链,因此DNA复制时,子链的延伸需要RNA引物引导,引物的3′羟基端作为新合成子链的起始。图1为某DNA部分片段;图2为真核细胞DNA复制过程及结束阶段示意图,每条链5′端→3′端的方向由箭头指示,粗线代表母链(a链和b链),细线代表新生链(滞后链和前导链)。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒随着细胞分裂的进行逐渐缩短可能与DNA的复制方式密切相关。
(1)图1中④为DNA分子的一个完整单体,其名称为　　　　　　　　　　　　　　　　。DNA分子在加热的条件下可以解开双链,研究表明对于相同长度的DNA分子,⑤的含量越高,需要的解旋温度也会越　　　　。
(2)若图1中DNA分子共有1 500个碱基对,含⑥900个,该段DNA分子复制n次,第n次复制时,需要消耗C　　　　　　(用公式表达)个。
(3)图2中,滞后链延伸的方向和解旋酶的移动方向　　　　　(填“相同”或“相反”),其合成需要　　　　(填“一个”或“多个”)RNA引物。
(4)DNA复制结束后,需去除所有RNA引物,并由DNA片段继续延伸填补相应缺口。由于图2中编号　　　　(填“①”“②”或“③”)处的引物去除后,缺口无法填补,造成端粒缩短,这一机制与细胞的衰老有关。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸　高
(2)900×2n-1　
(3)相反(1分)　多个(1分)
(4)③
【解析】 (1)由碱基互补配对原则可知,图1中④对应的碱基为T(胸腺嘧啶),则④为胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。⑤为C—G碱基对,C—G碱基对含三个氢键,而A—T碱基对含两个氢键,所以,⑤的含量越高,需要的解旋温度也会越高。
(2)若图1中DNA分子共有1 500个碱基对,含⑥G 900个,该段DNA分子复制n次,则第n-1次复制完成后共有2n-1个DNA,第n次复制时,需要消耗C个数为900×2n-1。
(3)图2中,滞后链延伸的方向是向左的,DNA解旋酶的移动方向是向右的,二者方向相反;据题图可知,滞后链的合成需要多个RNA引物参与。
(4)DNA复制结束后,需去除RNA引物并由DNA片段继续延伸填补相应缺口,由于新生链延伸只能沿5′端→3′端方向进行,图2中③处的引物去除后,缺口无法填补,造成端粒缩短。
10.(12分)(2025·连云港期末)真核细胞内染色体外环状DNA(eccDNA)是游离于染色体基因组外的DNA,DNA的损伤可能会导致eccDNA的形成。下图中途径1、2分别表示真核细胞中DNA复制的两种情况,a、b、a′和b′表示子链的两端,①～④表示生理过程。请回答下列问题。
(1)途径1中酶1和酶2分别为　　　　　　、　　　　　　。
(2)途径2中a和a′都是　　　　(填“3′”或“5′”)端。
(3)途径1 DNA的复制在不同起点　　　　　(填“同时”或“不同时”)开始。观察过程①③可推测DNA复制的　　　　　　　等方式,提高了复制效率。
(4)据图分析,eccDNA能自我复制的原因是　　　　　　　　　　　　。
(5)eccDNA在肿瘤细胞中普遍存在,肿瘤细胞分裂时,eccDNA不能平均分配到子细胞中的原因是 　。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)解旋酶　DNA聚合酶
(2)5′(1分)
(3)不同时(1分)　双向、多起点
(4)eccDNA上有复制起点
(5)eccDNA无着丝粒,无法与纺锤丝连接,因此不能平均分配到子细胞中
【解析】 (1)由题图可知,途径1中酶1结合在两条DNA模板链上,说明酶1为解旋酶;酶2结合在一条DNA模板链和一条子链上,说明酶2为DNA聚合酶。
(2)根据DNA的复制方向(从子链的5′端到3′端),故途径2中a和a′都是5′端。
(3)途径1中,复制泡的大小不同,说明DNA的复制在不同起点不同时开始。观察过程①③可推测DNA复制采用了双向、多起点等方式,这极大地提高了复制速率。
(4)复制起点让DNA拥有自我复制的能力,故eccDNA能自我复制的原因是eccDNA上有复制起点。
(5)肿瘤细胞分裂时,eccDNA无着丝粒,无法与纺锤丝连接,因此不能平均分配到子细胞中。

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